摘要：增强运算是指纹预处理中的关键步骤，在以往算法的基础上加以改进，设计了一种基于查表结构的硬件电路，提高了运算速度，同时节约了硬件资源。用Verilog硬件描述语言对电路进行RTL (Register Transistor Level)建模，并编写测试模型对电路进行仿真。通过测试结果可知，电路运算速度快，是等条件下通用处理器运算速度的10倍以上；增强后为二值化指纹图，减少了预处理的步骤与时间；其优越的增强效果，保证了后续的指纹特征提取与识别的正确率。该增强电路可作为IP核应用在指纹识别集成电路中。

    指纹识别技术是当今最流行、最方便、最可靠的个人身份认证技术之一。指纹增强是指纹预处理过程中的核心算法，其目的有：消除图像中的噪声，增加指纹图像中的脊线与谷线的对比度，对指纹断点进行修复，对可修复模糊区域进行恢复，提高后续指纹特征点的提取以及指纹比对的正确率。因此，一个高效的指纹增强算法对指纹识别系统起着至关重要的作用。

    目前，常用的指纹增强算法有：Lin Hong等人提出利用块方向的Gabor滤波器增强指纹图像，该算法不仅要计算指纹图像的方向图，还要计算脊线的频率方向，故算法复杂、费时，且准确地计算脊线方向也是一个难点；O ' Gorman提出方向滤波器，通过计算出指纹图像的方向图，依据方向值选择相应的滤波模板对像素点增强，其算法相对简单，处理速度快，增强效果显著。本文在后者的基础上加以改进，构造一种查表结构的硬件电路，节约了硬件资源，且比传统的处理算法至少快10倍。

1电路结构与设计

1.1点方向计算电路设计

    基于方向图滤波的指纹增强要先算出指纹图像的方向图，最常用的有基于Sobel梯度算子的算法和基于点方向模板的算法。其中，梯度算法含加、减、乘、除、反正切运算，算法相对复杂，同时电路在实现除法、反正切运算时比较费时且消耗大量硬件资源。

    图1所示为求像素点的方向模板。将中心像素点（以＊表示）周边划分为8个方向，其中：0-7分别代表0°、22 .5°、45°、67 .5°、90°、112.5°、135°、157.5°方向，则具体的点方向计算步骤为：

    (1)求出方向模板中的每个方向上的4个像素点灰度值的平均值M。

    (2)将8个方向按照两两垂直的方向分成4组（0&4、1&5、2&6,、3&7），并计算每组均值DMi，即：

    取DMi中值最大一组中的两个方向j或j +4,j为当前点方向，jЕi。

(3)按照式(3)求出当前像素点＊的脊线方向：

其中，M＊代表像素点＊的灰度值，D＊代表该点的方向符号。

    (4)按照步骤(1)-(3)将方向模板从左到右、从上到下遍布整个指纹图像。

[1] [2] [3] [4]  下一页