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专利号: 2019103627794
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、提取图像像素点的Hessian矩阵的高斯核函数模板G(x,y;σ);

步骤2、由高斯核函数模板在X轴向和Y轴向分别求偏导可以得到g'x(x,y;σ)g'y(x,y;

σ),然后进一步求得这两个方向上的二阶偏导数Gxx(x,y;σ)Gyy(x,y;σ),以及X Y方向上的二阶混合偏导数Gxy(x,y;σ),Gyx(x,y;σ),由于两个独立的变量的二阶偏导数与其求偏导的顺序无关,因此X Y方向上的两个混合偏导数相等,将图像Fig与三个高斯二阶偏导数模板按式(2)卷积,即可得到图像在4个方向上的空间导数Ixx、Ixy、Iyx和Iyy;

Ixx(x,y)=Gxx(x,y;σ)*Fig   (2)

卷积后的结果构造了基于σ的多尺度滤波器,通过控制尺度大小控制不同宽度结构的滤波响应值;

步骤3、设定好空间尺度因子,提取静脉图像每个像素点的Hessian矩阵;

步骤4、每个像素点的Hessian矩阵描述了二维图像的局部曲率变化,对每个像素点通过特征分解可得到2个正交方向特征向量以及对应的特征值λ1和λ2;令|λ1|≥|λ2|,数值小的特征值λ2对应的特征向量指着皮裂纹的方向,该方向局部灰度梯度变化小;反之另一垂直方向灰度梯度变化大;分析手指蜕皮的静脉图像特点,将其像素点分为三类:步骤5、根据相似性构造函数式进行Frangi滤波,构造函数设置为对数函数;

步骤6、对手指蜕皮类图像和正常图像在空间尺度因子为σc的情况下进行分析,根据其滤波响应值来确定分割阈值,对图像得到的响应图进行二值化分割;

步骤7、基于皮裂纹区域二值图对指静脉图像进行开关型的非局部均值滤波去噪;采用了非局部均值滤波算法,寻找图像中与待去噪像素点周围结构类似的像素点进行相似度计算之后,赋予权值求和平均得到去噪后的目标点像素值;在原图上对应皮裂纹二值图上非0的像素点进行非局部均值滤波去噪;原图上对应皮裂纹二值图像素值为0的像素点不进行去噪处理,最终得到去噪后的手指静脉图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤1的高斯核函数模板如式(1):式(1)中x和y取值由高斯模板中标准差因子t决定,正方形窗口边长为p=2×t+1,因此x和y取值均为[-p,p];σ为高斯核函数的标准差,也称为空间尺度因子,影响模板偏导数的大小。

3.根据权利要求2所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤3的Hessian可如式(3)得到:式(3)中Ixx、Ixy、Iyy和Iyx分别是方向为0°、45°、90°、135°的图像空间导数。

4.根据权利要求3所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤4根据手指蜕皮的静脉图像特点,将其像素点分为三类:①背景像素:灰度分布均匀,任意方向上的灰度变化都比较小,两个特征值都较小;

②孤点、角点:任意方向上灰度变化都较大,两个特征值都较大;

③皮裂纹处和静脉处:沿着皮裂纹或静脉方向灰度变化小,曲率较小,特征值较小;反之垂直方向曲率较大,特征值较大;

采用的手指静脉图像中皮裂纹为亮背景下的暗结构,其区域的像素点特征值特点满足式(4)、式(5)的条件:λ1-λ2>Tλ,λ1≥λ2,λ1>0   (4)

式(4)、式(5)中的Tλ为初步分割的阈值,可以根据式(4)中的条件滤除背景区域像素点,由非背景区域的像素点的两个特征值之差求和平均得到;N表示非背景区域的像素点的个数。

5.根据权利要求4所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤5中构造函数设置为如下对数函数形式:figT(i,j;σc)=log(λi,j+1)  (6)

λi,j为非背景区域像素点的Hessian矩阵两个特征值中较大的一个,figT(i,j;σc)为匹配皮裂纹特征宽度的空间尺度因子σc的情况下每个像素点的滤波响应,figT(i,j;σc)的值越大,表示该像素点属于皮裂纹区域可能性越大。

6.根据权利要求5所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤6所述的对手指蜕皮类图像和正常图像在空间尺度因子为σc的情况下进行分析,根据其滤波响应值来确定分割阈值,由式(7)对图像得到的响应图进行二值化分割:式(7)中th为像素点滤波响应值二值化分割的阈值,fig为最终得到的皮裂纹区域二值图。

7.根据权利要求6所述的一种基于皮裂纹分割分割的NLM滤波指静脉去噪方法,其特征在于步骤7具体实现采用公式如下:式(8)中,T(Ni)、T(Nj)分别是以i和j为中心的待去噪像素邻域与加权像素领域;ω(i,j)是加权系数,反映了T(Ni)和T(Nj)的相似度,采用高斯加权欧氏距离来估算;h为平滑参数,控制高斯函数的衰减程度,h越大高斯函数变化越平缓,滤波后图像越模糊;Z(i)为归一化参数,将权值处理在[0,1]之间;

根据步骤6得到的皮裂纹区域二值图,将手指静脉图像分为待去噪区域与无需去噪区域;

当检测到像素点是待去噪的区域时,打开NLM滤波器;当检测到像素点是无需去噪的区域时,关闭NLM滤波器,如式(10):式中,T(j)是原图加权邻域中心像素点;I为大搜索窗口,由于对全图上进行遍历计算权值太费时,设置一个以待去噪像素点为中心的较大范围的搜索窗口I,然后在I的内部遍历加权像素点领域T(Nj);NL[T](i)是去噪后的像素值。