Разработка подсистемы анализа изображения отпечатков пальцев

Описание постановки задачи подсистемы анализа изображения отпечатков пальцев

Характеристика задачи. Графические изображения представляемые окружающим миром человеку, обладают большим разнообразием. Неотъемлемым атрибутом изображения является его пространственная структура. Способность реконструировать эту структуру при визуальном восприятии и обеспечивает предметность восприятия.

Пространственная определенность, которая состоит в том, что любая точка изображения принадлежит единственному и вполне определенному структурному элементу, который может представлять объект либо принадлежит одному или нескольким объектам соответствующей предметной области. Таким образом, любое изображение строится в соответствии с некоторым априорным планом, определяющим место положения и смысловые характеристики его структурных элементов.

Модели представления изображений в ЭВМ можно разделить на два типа: растровые и векторные.

Наиболее распространенная форма представления «сырых» изображений на ЭВМ — это растр. Изображение в этом случае представляет собой матрицу из NxM точек (пикселей). Визуализация растровых изображений достаточно проста и заключается в построчном выводе его пикселей на экран. Однако модель этого типа не несет в себе структурной и тем более семантической информации, что ограничивает сферу ее применения. При вводе изображений из реального мира в ЭВМ они часто предстают в растровой форме.

Векторные модели представления изображений основаны на том, что любую линию можно представить в аналитическом виде, например в виде совокупности векторов — направленных отрезков. Визуализация изображений в векторной модели сложнее, чем в растровой. Но модель приобретает когнитивность за счет включения в нее структурной информации.

Образ отпечатка пальца, как правило, сохраняется в двоичном коде, где каждый пиксель рисунка описывается 8 битами, то есть 256 оттенками серого цвета. В передовых системах сканирования цифровой образ отпечатка обрабатывается с помощью специального алгоритма улучшения изображения. Этот алгоритм обеспечивает обратную связь с датчиком для регулирования параметров сканирования. Когда датчик фиксирует окончательный образ, алгоритм настраивает контрастность и четкость изображения отпечатка для получения наилучшего качества.

Методы опознания отпечатка пальца основаны на сравнении с образцами или на использовании характерных деталей.

При опознании по деталям из образа извлекаются только специфические места, где найдена особенность (деталь). Обычно это либо окончание гребня, либо его раздвоение (рисунок 3.1). Содержание шаблона в этом случае составляют относительные координаты и сведения об ориентации детали. Распознающий алгоритм отыскивает и сравнивает между собой соответствующие детали. Ни поворот отпечатка пальца, ни его параллельный перенос (сдвиг) не влияют на функционирование системы, поскольку алгоритм работает с относительными величинами.

Рисунок 3.1 — Типы минюций Для сравнения на битовом образе производится поиск локальных особенностей папиллярного узора — минюций. Для поиска используется алгоритм обхода по контуру гребней. В результате подсистема анализа реализует переход от растрового представления к структурному представлению.

Входная информация. Входной информацией является битовый растр отпечатка, полученный с помощью сканирования разрешением 600 dpi. Расширение битового файла по умолчанию *.bmp. Формат bmp (от слов BitMaP — битовая массив) представляет из себя несжатое (в основном), что позволяет не вносить погрешностей, изображение, которое довольно легко читается и выводится в ОС Windows, в которой есть специальные функции API, которые в этом помогают.

Выходная информации. Выходной информацией является список минюций в абсолютных параметрах, расположенный в памяти, содержащий параметры каждой найденной минюции. Каждый элемент массива содержит все необходимые параметры минюции: координаты целого типа — 2×4 байта, угол направления 8 байт, тип точки 1 байт.

Структура массива:

Таблица 3.1 — Формат строки файла со структурным описанием.

Математическая постановка задачи. Работа подсистемы реализуется следующими этапами:

корректировка входного образа, устранение дефектов и искажений;

поиск минюций и формирование списка их абсолютных параметров;

фильтрация полученного списка параметров;

Для решения поставленных задач требуются стандартные операции для работы с массивом, которые представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 — Операции над массивом.

Целью работы является реализация программы для выполнения схемы, изображенной на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 — Функциональная схема подсистемы анализа папиллярного узора.