一种有效的指纹图象的纹线细化处理法

一种有效的指纹图象的纹线细化处理法
朱霞辉　罗飞路　钱彦岭
(国防科技大学八系805教研室　长沙410073)
摘　要　指纹自动识别在现实生活中有着广阔的应用前景。

指纹细化在指纹自动识别中占着重要的地位,它直接影响后续识别匹配的效率。

本文针对已有的经典细化算法中对指纹这种特定图象处理中不尽人意的地方,提出了一种新的细化处理模板,效果显著。

关键词　指纹图象　细化　经典细化算法
收稿日期:1997年6月12日
1　引言
指纹识别被公认为是人身识别的最可靠的方式之一。

它不仅用于公安司法领域的犯罪识别,而且也用于军事部门、机要保密单位、银行、金库等。

凡需迅速辨明个人身份的场合均可用指纹识别。

指纹图象是由黑白相间的脊线、沟线紧密地排列在一起而构成的特殊灰度图象。

所谓指纹图象纹线的细化处理,是指把纹线粗细不均匀的指纹图象转化成线宽仅为一个象素的条纹中心线图象的过程。

细化的主要作用是去除不必要的纹线粗细信息,节省内存,便于从指纹图象中提取细节特征,从而提高指纹图象的处理速度和效率。

2　定义和术语
(1)数字二值图象与3×3窗
数字二值图象用一矩阵表示,其中每个象素为1
(黑点)或为0(白点)。

如图(1)所示,P 1,P 2,…,P 8和P 一起构成象素P 的3×3窗。

P 4P 3P 2P 5P P 1P 6
P 7
P 8
0
000P 10
0010P 00
　图(1)象素P 的3×3窗 图(2)端点的3×3窗
(2)4-邻域点和8-邻域点
如图(1)所示,P 1,P 3,P 5,P 7称为P 的4-邻
域点。

P 1,P 2,…,P 8称为P 的8-邻域点。

(3)指纹细节特征点—端点、分叉点
设象素P 的值为1。

若其3×3窗具有图(2)中两个窗或其90°、180°、270°旋转窗的任何一种形式,则称P 为端点:如果其3×3窗具有图(3)中三个窗或其90°、180°、270°旋转窗的任何一种形式,则称P 为分叉点。

0100P 10
1
0100P 11
1000P 11
图(3)分叉点的3×3窗
3　指纹纹线的细化处理
图象细化算法的种类很多,提出的方法也不尽相同,代表性的算法有H ildtch 法、E 1S 1D eu tsch 法。

细化方法不同,细化结果就有差异。

指纹图象自动识别中的纹线细化处理要求满足收敛性、连接性、拓扑性、保持性、细化性、中轴性、快速性的要求,但如E 1S 1D eu tsch 法有明显的纹线吞食现象且纹线骨架偏向右侧,显然不能满足指纹图象识别的要求。

本文结合已有的经典算法,对之进行改造,使之适合于指纹图象处理的要求,使骨架能够更好的反映指纹图象形状上的本质特征。

(1)经典细化算法
经典细化算法将骨架象素定义为与图(4)模式
(包括模式的90°、180°、270°旋转)相一致的那些象素。

图中用A 或B 标记的每个象素群中,至少有一个象素必须为非零。

A A A 0P 0B
B
B
A A A A P 0A
1
0
101P 10
0001P 00
　图(
4)骨架象素模式的3×3窗 (a ) (b )
图(6)　
(a )被经典细化算法删除的分叉点(b )被经典细化算法删除的端点
一象素集P 的骨架是按下述步骤求出的集。

首先
确定骨架象素和P 的轮廓象素,然后移去不是骨架的轮廓象素,并且用这样求出的集代替P 。

重复这一过程,直至剩下仅由骨架象素所组成的集为止。

理论上我们依次考察图中每一象素,若满足条件,则标记为骨架
・
81・计算机应用研究1997年　
象素,否则为非骨架象素,如果一个象素在一次迭代期间已被标记为骨架象素,那么以后就不能删除它。

实际上,根据模板,我们仅检查其N -近邻是零的那些象素(N =1,3,5,7)。

假定一个二值输入的象素标记为0或1。

在处理过程中,待细化的集的象素用2(骨架点)或3(非骨架点)标记,这样其程序框图见图(5)。

(2)改进后的指纹图象细化模板
将经典细化算法用于指纹图象的纹线细化处理,发现处理出来的骨架纹线清晰,与原图的保持性较好,但是图中也出现了一批空白区,严重影响识别工作。

对经典细化算法的模板进行总体考察,发现经典细化算法对分叉点和端点的处理实际上是一种无条件的删除。

将如图(6)所示的分叉点和端点在经典算法模板匹配,结果是不匹配而被当作非骨架点而被删除。

但是,在指纹自动识别中,分叉点和端点将是极为重要的特征点,如被简单删除,那么其识别结果肯定是误判。

这将会严重影响指纹自动识别的准确性和可信性。

因此,在细化处理过程中,根据指纹图象本身特有的性质,在原有的经典细化算法的模板上加上指纹分叉点和端点的信息,则其条件表达式为:
N E L =P5+P1(1-P4+P3)(1-P6+P7)(1-P1+P2+P3+P7+P8)(3-P1-P3-P7+P2+P8)=0 (1)
N ER =P1+P5(1-P2+P4)(1-P8+P7)(1-P5+P3+P4+P6+P7)(3-P3-P5-
P7+P4+P6)=0 (2)
N E U =P3+P7(1-P4+P5)(1-P2+P1)(1-P7+P5+P6+P8+P1)(3-P1-P5-P7+P6+P8)=0 (3)
N E D =P7+P3(1-P6+P5)(1-P8+P1)(1-P3+P1+P2+P4+P5)(3-P1-P3-P5+P2+P4)=0 (4)
其中(1)
式是应予保留的左边缘点的条件(2)式是应予保留的右边缘点的条件(3)式是应予保留的上边缘点的条件(4)
式是应予保留的下边缘点的条件
或N EL ・N ER ・N EU ・N ED =0,则该点为予以保留的骨架点,否则,该点即为可删除的象素。

将改进后的细化模板与经典细化算法同时用于一幅指纹图象的细化处理,处理结果如图(7)所示。

参考文献
1　顾文郁编译　现代光电测试技术　上海科学技术文献出
版社　199416
2　Jam es W 1M cCo rd 著　M icro soft W indow s 311程序员参
考手册　清华大学出版社　1994111
H T T P 协议代理防火墙的原理分析
时向泉　沈　雁
(国防科技大学计算机系　长沙410073)
摘　要 本文详细介绍了具有广泛影响的防火墙免费软件FW T K 中H T T P 代理的结构和原理,并
进一步指出了其不足及发展方向。

关键词　H T T P 代理　访问控制　身份验证
●本文得到“九五”国防预研资助●收稿日期:1997年7月6日
1　HTTP 代理防火墙产生背景
目前,In ternet 上基于H T T P 协议的W EB 服务迅猛增长,越来越多的用户利用W EB 获取,发布信息,因此In ternet 上的信息量成级数倍增长,构成了一个级大的信息海洋。

但与此同时,一些恶性信息(如色情、反动)也在网上肆意蔓延,致使In ternet 上信息资源良莠不齐,此外一些恶性行为如:非法侵入他人系统,窃取他人机密,破坏他人系统也屡屡发生,严重时甚至危及国家安全。

而当前,In ternet 在我国方兴未艾,各个单位纷纷建立自己的内部网,并与In ternet 相连,这就相当于把自己暴露于世人面前,如不采取必要的安全措施加以自我保护,防患于未然,后果不堪设想。

作为一种主要的网络安全技术,防火墙被普遍采用来隔离内部网与外部网,并提供存取控制与保密服务,使内部网有选择的与外部网进行信息交换,从而为内部网提供了抵抗外部恶性信息,恶性行为的能力。

据预测近五年世界防火墙的年需求增长率将达到174%。

防火墙的类型包括包过滤型(Packet F ilter )防火墙、线路网关(C ircu it Gatew ay )防火墙、应用代理型(P roxy Service )防火墙等。

由于应用代理型防火墙能针对某一具体应用协议如FT P ,T ELN ET ,
H T T P 等进行控制,特别适用于客户
服务器模型。

在客户与服务器之间起代理作用,从而隔离了内部资源
・
91・　第6期时向泉等:H T T P 协议代理防火墙的原理分析。