基于Gabor滤波器的掌纹纹理特征的提取

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R1 − R0 R2 − R1 Ri +1 − Ri ... T T T2 − T1 Ti +1 − Ti − T − Ti Rx Ri 1 0 C = C + C1 − C0 C2 − C1 ... Ci +1 − Ci T − T x i i L L T1 − T0 T2 − T1 Ti +1 − Ti T 2 − T 2 (1) x i i L1 − L0 L2 − L1 Li +1 − Li ... 2 2 2 2 2 2 T1 − T0 T2 − T1 Ti+1 − Ti 电容和 式(1)中, Ri , Ci , Li 为第i 个周期内,单片机所获得的电阻、
1 Gabor滤波器
Gabor变换是在1946年提出的,具体针对Fourier函数的纯频域 分析的局限性,在Gaussian函数的基础上提出的短时Fourier变换, Daugman将其扩展成为二维形式,即2D Gabor函数[1][2][3][4][5] 。 本文在 应用Gabor函数进行特征提取 [6]时主要通过Gabor滤波器(即Gabor filtering)。 2D-Gabor滤波器是以2D-Gabor函数作为其基函数,由 于在时域和频域都具有的显著的优势,因此Gabor函数作为分析滤 波器被广泛应用于图像处理中。 由于Gabor滤波器的定义是在G a b or 小波族的基础上进行离散化的处理, 因此我们通过对标准2 D G abor函数进行归一化处理,即满足 ,可以得到Gabor滤波器 的函数形式,即: (1) (2)
2 基于Gabor滤波器的纹理特征提取[7]
Gabor滤波器有着优良的滤波器性能,并且与生物识别系统相 近[8][9]。 根据公式(1)和(2),本文实验数据设定如下:
在这里, 将128*128像素的图像分成8*8块,即64 块,每块为 16*16像素, 如图1 所 示 。 每 块 分 别 用 8 个 不 同 的Gabor滤波器进 行滤波,这样可以得到512维的特征向量。 图2为特征加权组示意图,图中有16个窗口,每个窗口都包含4个 特征抽取子窗口,即这16个窗口代表原样本图像的64个特征抽取子窗 1, 2,3, 4}特征抽取子窗口。 口。 例如,w4包含 { 现将图2中的16个窗口分 成互相重叠的9组,如图所示,称为 “特征加权组” ,用圆圈中的数字代 表,记为 Wl , l = 1, 2,L , 9 。 圆圈经过的窗口为该特征加权组所包含的全 w20,w24,w36, w40}Î W 部特征抽取子窗口。 例如 {w4,w8, w20, w24}Î W 1, { 4 ,等 对每一 等。 令 N 代表 Wl 中包含特征抽取子窗口的个数,在这里 N 为16。 个特征抽取子窗口都应用式(3)进行特征抽取。 设提取的特征值为 gij , 其中 i 代表第 i 个Gabor滤波器 (i = 1, 2, L ,8) , j 代表第 j 个特征抽取的 例如,对于 Wl ,当Gabor滤波器为 i 时,依次提取的特 量 ( j = 1,2,L ,64) 。 令 Sil 为 每 个 Wl 的 方 差, i 代 表 第 i 个 征为 {gi1 ,L , gi 8 , gi17, L gi 24 }。 Gabor滤波器, l 代表第 l 个特征加权组。 则 (4)
电感值,为第 i 个周期所需测算的时间。 通过式(1)构筑单片机的逻 辑运算方法,就 可 以 实 现 单 片 机 采 集RCL电 路 所 检 测 到 的 电 阻 、 电 容及电感值元件频率实际值,并转换成对应的电阻、 电容、 电感值 在LED 数显电路中进行实时显示。
参考文献
[1] 顾 正 华,顾 亚 平,陈光.基于V X I总 线 数 字 多 用 表 模 块 硬 件 设 计 [J].中国测试技术,2006,32(4):87~89,143. [2] 刘新.如何正确使用RCL测 试 仪 测 量 电 子 元 件[JBaidu Nhomakorabea.计 量 与 测 试 技术,2006,33(5):12~14. [3] 闫 玉 德.MCS-51单 片 机 原 理 与 应 用:C 语 言 版[ M ] .机 械 工 业 出 版社,2004.
5 结语
对单片机用于电子元件RCL测量的原理进行了系统的分析研 究后, 结 合 频 率 振 荡 电 路 设 计 了 基 于 单 片 机 的 硬 件 电 路 和 软 件 逻 辑程序。 本系统的研制将模拟电子技术、 数字电子技术、 单片机控 制技术、 电子工艺等多方面的知识进行了有机的结合, 形成了操作 方便、 价格便宜、 精确度高的RCL 智能检测系统。
3 计算结果
如表1为 l = 2 2, q = 45o 时的Gabor滤波器提取的掌纹纹理能 量,分 别 计 算8个 滤 波 器,得到5 1 2维 的 特 征 向 量 。
图1 将一幅掌纹图像分成6 4 块1 6 * 1 6 像素的图像
4 结论
在本文中, 重点阐述了基于纹理特征的提取问题。 这种特征提 取的方法有其特定的优势, 它不关心手掌纹线具体的分布和尺寸, 而只关心手掌在某指定方向的纹理分布,它看重不同纹线对不同 方向贡献的全局变量。 本章讨论了二维 G a b o r 滤波器的特性, 提 取G a b o r滤 波 器 的 纹 理 能 量 作 为 特 征 向 量,经 证 明 具 有 可 行 性 。
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科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
科技创新导报
2011 NO.03 Science and Technology Innovation Herald
I T 技 术
拟信号开关控制测量程序。 在RCL检 测 电 路 工 作 时,单片机控制运 算系统程序不仅担负着检测电路、 测量量程等按键命令的识别与 转换,, 同时还要负责检测数据误差的修正和显示数据信号的传输 显示。 ( 3 )结合R C L频率信号测量分析运算原理矩阵形成电阻电容 电 感 数 据 检 测 的 计 算 程 序 ,并 由 单 片 机 内 部 D S P数 据 处 理 单 元 根 据A / D模数转换所获得的频率信号值动态计算出测量元件的电 阻、 电感或电容值。 ( 4 )液晶显示驱动控制。 基 于 单 片 机 的RCL检测电路系统采用C 5 1语言编程,无论是电 阻、 电容、 或 电 感 值,均 可 以 利 用 模 拟 信 号 开 关 转 换 成 相 应 的 频 率 模拟信号后再利用单片机进行模数转换进行实时运算分析 [ 3 ] 。
本滤波器组有2*4个滤波器组成,共8个滤波器。 设样本图像为 Y ),其中, W 为滤波器的 I (x , y ) ,从图像 I ( x, y ) 中抽取的样点为( X , 窗口大小。 则 在 该 点 处 提 取 的 特 征 为: (3)
其中, l 为正弦波的波长, q 为正弦波的方向, d 为高斯包络在 x 和 y 方向上的标准差,这里 dx = d y ,它决定了高斯包络在空间上 的扩展方向。 我 们 将 滤 波 器 组 选 定 为(6×4)大小,即 沿 行 方 向 为6 个尺度,沿 列 方 向 为4个方向。 方 向 的 确 定 是 依 据 公 式(2)确定的, 由 n = 4 ,可以得到的4个方向分别为( 0o , 45o , 90o , 135o )。
4 系统检测精度分析
为 校 验 所 建 立 的 基 于 单 片 机 系 统 的R C L 智 能 检 测 系 统 的 精 准 性 和 灵 敏 度, 在标准环境调节下, 选 用 不 同 电 阻 、 电感和电容元件 利用不同的仪器进行数据精度校核。 分别选取该系统所获的2 组电 阻 R、 电 容 C、 电感L的标准值与通过Q(QWBJ-3B)表测试所获得的 电阻、 电容、 电 感 元 件 的 标 称 值 进 行 对 比 如 表1 所示。 从表1可以看出,利用两组不同的电阻、 电容、 以及电感值利用基 于单片机的RCL检测电路进行检测后所获得的数据与Q表测量的标 准值非常接近,而且整体误差可以有效控制在1%以内,说明所建立的 检测电路具有较高的精确性,完全能够满足实际工程数字检测需求。
换电路。 当仪器进行相关参数测量时,单片机检测运算系统就会通过 命令控制选择相应的振荡电路,并通过模拟信号开关转换成对应的 频率信号,经单片机接口输入到单片机内部处理单元中,完成对信号 的采样工作,然后经内部频率转换电路形成对应的检测数据结果并 以数据脉冲形式经通信通道传输给LED数显电路实现检测数据的动 态显示。 控制功能选择模块主要供用户进行待测参量选择、 历史数据 查询、 显示结果查阅、 系统节能休眠等功能的切换选择。 利用单片机 作为检测系统的控制核心,通过内部分析自动切换检测量纲级,避免 了传统RCL检测电路由于量程选择不当造成仪器烧毁现象发生。 2.2 频率信号振荡电路 从图1 中可知, 电阻和电容在测量过程中所形成的频率信号均 采用 “脉冲计数法” ,且 两 种 信 号 测 量 所 需 的 转 换 电 路 结 构 是 一 样 的,均为RC 振荡电路。 而 对 于 电 感 测 量 时,需要由多个LC 频率转换 电路形成对应的电容三点式振荡电路。 基于555电路构成的多谐振 荡R C 电 路 以 及 基 于 L C 频 率 转 换 的 电 容 三 点 式 振 荡 电 路 的 逻 辑 连 接 如 图2、 3所示。 结合振荡电路的运行原理, 可以运用一个简单的运算矩阵来表 示单片机RCL电路频率信号测量分析运算原理如式(1)所示:
用式(4)对特征 gij 进行加权后,得到的特征值 gij w 为: (5)
虽 然 特 征 加 权 组 是 重 叠 的,但每次特征加权时,都 取 原Gabor 值。 实际上, 此时提取 gij w 的特征值是一个复数量, 即: (6) 其中,P为特征值的实部,Q为特征值的虚部,此时定义 gij w (q , l ) 的纹理能量为: E = P 2 + Q 2 (7)
参考文献
[1] Daugman J.Uncertainty relation for resolution in space, spatial frequency and orientation optimized by two-dimen-
图2 特征加权组示意图
(下转26页)
①基金项目:吉林省教育厅,吉教科合字[2009]第574号。 ②作者简介:蒲鑫(1978.2 ~),性别女。 职称:讲师,硕士研究生,主要研究方向为数字图像处理。
科技创新导报
2011 NO.03 Science and Technology Innovation Herald
I T 技 术
基于 G a b o r 滤波器的掌纹纹理特征的提取①②
蒲鑫 ( 长春理工大学光电信息学院 吉林长春 1 3 0 0 1 2 ) 摘 要: 特征提取就是要对图像的性质进行定量化处理, 在已有的方法中, 有提取点特征, 线特征, 时频变换法, 纹理特征等。 时频变换法 主要是时把图像变换到频域, 通过对频域特性的分析得到在时域时的情况。 纹理的方法是一种全局的方法, 它不关心手掌纹线具体的分 布和尺寸, 而只关心在某个特定方向的纹理分布, 即忽略掌纹的细节特征, 而只看重不同纹线对不同方向贡献的全局变量。 在本文中, 采 用纹理作为特征向量, 结果表明此方法可以较好的提取掌纹的特征。 关键词:掌纹 Gabor滤波 纹理特征 中图分类号: T P 3 9 1 文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2011)01(c)-0024-02
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