ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3-2009
Автоматическая идентификация. Идентификация биометрическая. Форматы обмена биометрическими данными. Часть 3. Спектральные данные изображения отпечатка пальца

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТ Р исо/мэк

19794-3 _

2009

Автоматическая идентификация

ИДЕНТИФИКАЦИЯ БИОМЕТРИЧЕСКАЯ

Форматы обмена биометрическими данными Часть 3

Спектральные данные изображения отпечатка пальца

ISO/IEC 19794-3:2006 Information Technology — Biometric data interchange formats — Part 3: Finger pattern spectral data (IDT)

Издание официальное

Москва

Сгандартинформ

2011

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р1.0—2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Научно-исследовательским и испытательным центром биометрической техники Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (НИИЦ БТ МГТУ им. Н. Э. Баумана) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Управлением технического регулирования и стандартизации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 декабря 2009 г. № 588-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО/МЭК 19794-3—2006 «Информационные технологии. Форматы обмена биометрическими данными. Часть 3 Спектральные данные изображения отпечатка пальца» (ISO/IEC 19794-3:2006 «Information Technology—Biometric data interchange formats - Part 3: Finger pattern spectral data»). Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ 1.5 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок—в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования —на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет.

©Стандартинформ, 2011

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3— 2009

2)    вычисляют меру различия яркости пикселей ячейки изображения отпечатка пальца и яркости пикселей каждого из возможных типов ячеек (пример вычисления меры различия приведен ниже);

3)    выбирают тип ячейки, которому соответствует минимальная мера различия, вычисленная на предыдущем этапе;

4)    выбирают косинусоидальный триплет, соответствующий выбранному типу ячейки, для представления данных ячейки изображения отпечатка пальца.

Мера различия для ячейки размером SxTпикселей (рисунок4) может быть вычислена по формуле

D = I^i,-| — ®1.1 I ⁺ I-^1,2 — ®1,2 I ⁺⁺ I^s,t ^— ®s,rl ■

	1	2		...	т
1
2
•		:		...
S

А - ячейка изображения    В    -    структура    ячейки

отпечатка пальца

Рисунок 4 — Матрица SxT пикселей для ячейки изображения отпечатка пальца и подходящая структура ячейки

Примечание — Могут использоваться другие способы вычисления меры различия, отличные от приведенного выше, в частности, Евклидова мера.

В случае неопределенности, вызванной соответствием минимальной меры различия нескольким типам ячеек, необходимо выбрать тип ячейки, которому соответствует косинусоидальный триплет, выбранный из ряда возможных триплетов следующим образом:

1)    выбирают косинусоидапьный(ые) триплет(ы) с минимальным значением фазового сдвига б;

2)    из триплетов, выбранных на предыдущем этапе, выбирают косинусоидапьный(ые) триплет(ы) с максимальной пространственной длиной волны А,;

3)    из триплетов, выбранных на предыдущем этапе, выбирают триплет с минимальным углом распространения 6.

Если после выполнения этапа 1) или 2) остается единственный косинусоидальный триплет, то именно его следует использовать для представления данных ячейки изображения отпечатка пальца. Если после выполнения этапа 2) остается несколько типов возможных косинусоидальных триплетов, конкретный тип триплета выбирают на этапе 3).

При использовании метода квантованных косинусоидальных триплетов размер ячейки должен быть таким, чтобы число гребней было не более двух. На рисунке 3 показана ячейка, содержащая более двух гребней, однако это сделано в иллюстративных целях.

7.4.2 Дискретное преобразование Фурье

Ячейка изображения отпечатка пальца может быть представлена спектральными данными, полученными с использованием двумерного (2М) дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Данные ячейки изображения отпечатка пальца представляют собой двумерный массив действительных значений яркости h (s, f) размером SxT, ДПФ которого может быть вычислено по формуле

Н(к,1) = X¹ TJ?h(s,t)e

s=О t=0

где к = 0,1.....S - 1 и / = 0,1.....Г - 1.

Следует отметить, что значениями функции Н (к, I) являются комплексные числа, хотя значениями яркости h (s, t) являются действительные числа. Первоначальный массив значений яркости h (s, t) может быть восстановлен с использованием обратного дискретного преобразования Фурье по формуле

Л(5,0 = sVx' ^ТХН(к,1)е

где s = 0,1.....S - 1 и t = 0,1.....Г- 1.

7

Обозначим пространственные частоты по осям х и у символами f_x и f_y, соответственно. Символами NQ_X и NQ_y обозначим частоты Найквиста по осям х и у, соответственно. Частота Найквиста по оси х равна разрешению изображения по оси х, деленному на 2. Аналогично частота Найквиста по оси у равна разрешению изображения по оси у, деленному на 2. В этом случае каждый элемент массива Н (к, I), соответствующий пространственным частотам f_x и f_y (f_x = т?Л/О_х, f_y = yNQ_y^j, где к = 0,1,..., S- 1 и / = 0,1,...,

T- 1, является комплексным числом с модулем a_kj= \ Н (к, I) \ и аргументом Ь_к , = ZH (к, I).

Диапазоны возможных значений модуля и аргумента комплексных чисел:

-    а: [0; 255 ST), где число 255 — максимальное значением яркости одного пикселя;

-    5: [0°; 360°).

Представление параметра а с использованием р битов показано в таблице 4, а представление параметра 5 с использованием q битов — в таблице 5.

Таблица 4 — p-битовое представление для а

Диапазон значений а Двоичный p-битовый код Десятичное значение а 0; — 255 ST\ [ 2р ) 0...000 0 -L 255 ST; -2-255S7| 2Р 2Р ) 0...001 — 255 ST 2Р — 255S7; -3- 255St| 2р 2р ) 0...010 -2- 255 ST 2Р \ 2Р - 2 2Р - 1 'l --- 255 ST; --L 255 ST [ 2Р 2Р J 1...110 2Р -2 255 ST 2Р 2р - 1 ^ --- 255S7"; 255ST [ 2р ) 1...111 2Р - 1 255 ST 2Р

Таблица 5 — g-битовое представление для 8

Диапазон значений 5 Двоичный q-битовый код Десятичное значение 5 0; -J- х 360 ] L 2я ) 0...000 0 — 360; -2-360| 12я 2я ) О О О I 4-360 2я -2- 360; ^-360] \_2Я 2я ) 0...010 -2-360 2я Г2ч _ 2 2я - 1 1 ^^ 360; ^-- 360 [2я 2я J 1...110 2я - 2 --=-360 2я 2<? 1 360; Збо! L 2Ч J 1...1И 2я - 1 ——-—- 360 2я

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

2М функция ДПФ для действительных сигналов обладает свойством эрмитовой симметрии, то есть число Н (к, I) является комплексно сопряженным с числом H(S-k, Т-1). Эрмитова симметрия приводит к избыточности двумерного массива Н (к, I), полученного в результате выполнения 2М ДПФ изображения отпечатка пальца. В результате выполнения 2М ДПФ массива действительных значений яркости пикселей, входящих в ячейку размером SxT, получают:

Т уникальных комплексных составляющих, если S нечетное значение, и

- (у + l) 7" уникальных комплексных составляющих, если S четное значение.

Следовательно, для восстановления полного изображения без потери точности необходимо сохранить первые ₂ ^{1 +} столбцов массива Н (к, I), если S нечетное значение, или первые + l) столбцов, если S четное значение. Сохранение меньшего числа компонентов и последующее восстановление изображения с их использованием приводит к потере информации, проявляющейся в искажении исходного изображения. Некоторые сокращенные наборы спектральных составляющих допускается использовать для восстановления контрольных точек отпечатков пальцев. Возможность использования определяется числом составляющих и методом их отбора.

При проведении спектрального разложения целого изображения отпечатка пальца следует учитывать необходимость сохранения энергии спектральных компонентов в пределах информативного диапазона пространственных частот. Для большинства людей информативный диапазон пространственных частот соответствует пространственной длине волны от 14 до 18 пикселей при разрешении изображения отпечатка пальца порядка 500 dpi. Другому разрешению изображения соответствует другая пространственная длина волны.

Если размеры ячеек больше длины волны периодически повторяющейся структуры папиллярных гребней, по крайней мере, в два раза, в спектре изображения отпечатка пальца будет преобладать одна составляющая с большой амплитудой. Данной составляющей соответствует пространственная длина волны одного порядка с длиной волны структуры папиллярных гребней.

Если размеры ячеек сопоставимы с длиной волны структуры папиллярных гребней или меньше ее, а также если в ячейке содержится бифуркация и/или окончание гребня, в спектре изображения отпечатка пальца может не быть преобладающих составляющих.

Для устранения эффекта Гиббса при восстановлении изображения с использованием ограниченного числа спектральных составляющих целесообразно применять оконную фильтрацию перед выполнением двумерного ДПФ. Хороший эффект дает использование для фильтрации изображения двумерного гаусси-ана. Использованию фильтрации окном Гаусса перед ДПФ аналогично применение фильтров Габора с заранее определенной длиной волны и направлением распространения. Описание фильтров Габора приведено в 7.4.3.

7.4.3 Фильтры Габора

Ячейка изображения отпечатка пальца может быть представлена спектральными данными, полученными с использованием 2М фильтра Г абора. 2М фильтр Г абора описывается функцией, которая является произведением гауссиана и комплексной экспоненты

s²+f²

G_(c,_f,_e)(s,0 = e"^ х _e^;2lrf(Sl+fl),

где s₁ = s cos0 + t sin0, Ц = - s sin0 + t cos0, о — стандартное отклонение гауссиана, f —частота,

0 — угол, определяющий направление относительно оси х.

Следует отметить, что в общем случае стандартные отклонения гауссиана по осям абсцисс и ординат различны (о_х, о_у), однако при обработке изображений отпечатков пальцев считают, что <з_х = с_у = а, что позволяет использовать в формуле одно значение стандартного отклонения.

Данные о ячейке изображения отпечатка пальца содержатся в массиве вещественных чисел h (s, f) размером Sx Т. Для фильтрации необходимо провести свертку функции h (s, t), описывающей изображение, с функцией G_(o f е), описывающей фильтр Г абора по формуле

S-1 Г-1

Z(s,t)= I X G_(of0)(s-x, t-y)h(s,t).

х=0 у=О

9

Результатом фильтрации является комплекснозначная функция, определяемая модулем Габора a_S'_t= IZ (s, f) I и аргументом Габора 5_{s t} = Z Z (s, f). Фильтр Габора играет роль локального полосно-пропускающего фильтра с определенными полосами пропускания в пространственной и частотной областях.

При обработке изображений отпечатков пальцев пространственная частота f должна иметь порядок величины, обратной расстоянию между папиллярными гребнями, а угол 0 должен принимать ряд значений с равным шагом из диапазона [0°; 180°).

Диапазоны возможных значений модуля и аргумента комплексных чисел:

- а: [0; 255 ST), где число 255 является максимальным значением яркости одного пикселя;

-5: [0°; 360°).

Представление параметра а с использованием р битов приведено в таблице 6, а представление параметра 5 с использованием q битов - в таблице 7.

Таблица 6 —p-битовое представление для а

Диапазон значений а Двоичный p-битовый код Десятичное значение а 0; — 255 ST\ [ 2 Р ) 0...000 0 — 255S7; -2-255ST\ 2Р 2р ) О о о 255 ST 2Р -2-255 S7; -3- 255 ST\ 2Р 2р ) 0...010 -2- 255 ST 2Р \ 2Р - 2 2Р - 1 ^ --- 255 ST; --- 255 ST [2 Р 2 Р J 1...110 2Р -2 255 ST 2Р 2Р - 1 1 --- 255S7"; 255ST [ 2 Р ) 1...111 2Р - 1 255 ST 2 Р

Таблица 7 — д-битовое представление для 8

Диапазон значений 5 Двоичный q-битовый код Десятичное значение 5 0; Д- 3601 L 2й ) 0...000 0 X 360; X 3601 [2и 2й ) 0...001 X 360 2Я X 360; X 3601 1.2й 2й ) 0...010 -2-360 2Я ОЙ О ОЙ А ^ ——360; ^-^ЗбО 2И 2^ 1...110 2я -2 360 2я 2й - 1 1 360; 360 оИ . ^ / 1...111 2я - 1 360 2я

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

Спектральные составляющие, необходимые для сохранения информации о ячейке изображения, а также способ сохранения этих составляющих в поле спектральных данных изображения отпечатка пальца описаны в 8.2.2.2.

7.5 Качество группы ячеек

Ячейки изображения отпечатка пальца, определенные выше, формируют группы ячеек. Число ячеек в каждой группе определяется параметром зернистости: группа с параметром зернистости 1 состоит из одной ячейки; группа с параметром зернистости 2 состоит из четырех ячеек и имеет структуру 2x2. Каждой группе ячеек ставится в соответствие определенный показатель качества, причем большему значению показателя качества соответствует более высокое качество группы ячеек. На качество группы ячеек влияют разрядность шкалы градаций серого, линейность этой шкалы, дисторсия, положение ядра отпечатка пальца в пределах изображения и ряд других факторов.

8 Запись спектральных данных изображения отпечатка пальца

Формат записи спектральных данных изображения отпечатка пальца применяют для обеспечения взаимодействия между системами распознавания отпечатков пальцев с использованием спектральных данных. Формат записи содержит поля для хранения как стандартизированных, так и дополнительных (нестандартизированных) спектральных данных изображения отпечатка пальца. Список полей, из которых состоит запись, приведен в 8.1. В таблице 20 приведен список полей. Все данные представлены в двоичном формате за исключением идентификатора формата и номера версии стандарта, являющимися строками символов ASCII, заканчивающимися символом конца строки. В формате отсутствуют разделители записи или метки поля; разделение полей осуществляется по числу байтов.

Запись биометрических данных, установленная в настоящем стандарте, должна быть вложена в единую структуру форматов обмена биометрическими данными в качестве блока биометрических данных (ББД). Установлены три различных типа форматов ББД, предназначенных для записи данных изображения отпечатка пальца и кодируемых с помощью 16 битов:

-10(0x0004): спектральные данные изображения отпечатка пальца, полученные с использованием квантованных косинусоидальных триплетов;

-    12(0х000С): спектральные данные изображения отпечатка пальца, полученные с использованием дискретного преобразования Фурье;

-    13(0x0000): спектральные данные изображения отпечатка пальца, полученные с использованием фильтра Габора.

Необходимо отметить, что тип формата ББД указывают в стандартном биометрическом заголовке записи биометрической информации в соответствии с ИСО/МЭК 19785-1. Ни в одном из полей, описанных ниже, тип формата ББД не указывают.

Запись спектральных данных изображения отпечатка пальца имеет следующую структуру (рисунок 5):

а)    заголовок записи переменной длины, содержащий информацию обо всей записи в целом, включая число пальцев, с которых были сняты отпечатки, и общую длину записи в байтах;

б)    запись для каждого пальца, состоящая из:

1)    заголовка фиксированной длины (6 байтов), содержащего информацию о данных для одного

пальца;

2)    блока спектральных данных изображения отпечатка пальца, включающего в себя последовательность спектральных данных о каждой ячейке изображения отпечатка, за которой следуют данные о качестве изображения отпечатка пальца;

3)    блока дополнительных данных, включающего в себя данные, определяемые производителем биометрического оборудования.

Заголовок записи Блок спектральных данных изображения отпечатка пальца • • • Блок спектральных данных изображения отпечатка пальца

Заголовок Блок дополнительных    Заголовок    Блок    дополнительных данных    данных

Запись о пальце 1    Запись    о    пальце    п

Рисунок 5 — Запись спектральных данных изображения отпечатка пальца

11

8.1    Заголовок записи

Каждая запись спектральных данных изображения отпечатка пальца должна иметь отдельный заголовок записи, содержащий информацию о наименовании и характеристиках биометрического устройства.

8.1.1    Идентификатор формата

Идентификатор формата должен состоять из символов «FSP», за которыми следует нулевой байт, являющийся нулевым символом завершения. Для записи идентификатора формата следует использовать четыре байта.

8.1.2    Номер версии стандарта

Номер версии данного стандарта, использованной для формирования записи спектральных данных изображения отпечатков пальцев, должен быть закодирован с использованием четырех байтов. Номер версии должен состоять из трех цифр в формате ASCII, за которыми следует нулевой байт, являющийся нулевым символом завершения. Первая и вторая цифры означают номер основной версии стандарта, а третья цифра — номер редакции. После утверждения настоящего стандарта номер версии должен быть «010» (символ ASCII «0», символ ASCII «1», символ ASCII «0»), что соответствует версии стандарта 1.0.

8.1.3    Длина записи

Длина (в байтах) полной записи спектральных данных изображений отпечатков пальцев должна быть записана в четырех байтах.

8.1.4    Число представлений пальцев

Число пальцев, информация о спектральных данных изображений отпечатков которых содержится в записи, должно быть закодировано в одном байте. Запись должна содержать спектральные данные изображения отпечатка не менее одного пальца.

8.1.5    Разрешение изображения по горизонтали

Разрешение по горизонтали изображений отпечатков каждого из пальцев должно быть закодировано в двух байтах. Значение разрешения должно быть в пикселях на сантиметр. Значение разрешения должно быть округлено до целого значения и не может быть равно нулю.

8.1.6    Разрешение изображения по вертикали

Разрешение по вертикали изображений отпечатков каждого из пальцев должно быть закодировано в двух байтах. Значение разрешения должно быть в пикселях на сантиметр. Значение разрешения должно быть округлено до целого значения и не может быть равно нулю.

8.1.7    Число ячеек по горизонтали

Информация о числе ячеек по горизонтали должна быть записана в двух байтах. Изображение отпечатка пальца должно содержать не менее одной ячейки по горизонтали.

8.1.8    Число ячеек по вертикали

Информация о числе ячеек по вертикали должна быть записана в двух байтах. Изображение отпечатка пальца должно содержать не менее одной ячейки по вертикали.

8.1.9    Число пикселей в ячейках по горизонтали

Информация о числе пикселей в ячейках по горизонтали должна быть записана в двух байтах.

8.1.10    Число пикселей в ячейках по вертикали

Информация о числе пикселей в ячейках по вертикали должна быть записана в двух байтах.

8.1.11    Число пикселей между центрами ячеек по горизонтали

Информация о числе пикселей между центрами смежных или перекрывающихся ячеек по горизонтали должна быть записана в двух байтах. Значение 0 в этом поле означает наличие только одной ячейки по горизонтали.

8.1.12    Число пикселей между центрами ячеек по вертикали

Информация о числе пикселей между центрами смежных или перекрывающихся ячеек по вертикали должна быть записана в двух байтах. Значение 0 в этом поле означает наличие единственной ячейки по вертикали.

8.1.13    Метод выбора спектральных составляющих

Настоящий стандарт устанавливает три возможных метода определения спектральных составляющих, использующихся для представления информации об изображении отпечатка пальца. Метод, использованный для получения спектральных составляющих, содержащихся в записи, должен быть закодирован в одном байте в соответствии с таблицей 8.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

Таблица 8 — Метод выбора спектральных составляющих

Метод Значение Квантованные косинусоидальные триплеты 0 Дискретное преобразование Фурье 1 Фильтры Габора 2

8.1.14 Тип окна

Значение поля типа окна зависит от значения поля метода выбора спектральных оставляющих:

-    если в поле метода выбора спектральных составляющих содержится значение 0, поле типа окна не требуется;

-    если в поле метода выбора спектральных составляющих содержится значение 1, поле типа окна определяет тип окна, использующегося для предварительной фильтрации изображения отпечатка пальца; тип окна должен быть закодирован в одном байте в соответствии с таблицей 9

Таблица 9 — Тип ДПФ окна

Тип окна Значение Прямоугольное окно 0 Окно Гаусса 1

-    если в поле метода выбора спектральных составляющих содержится значение 2, поле типа окна не требуется.

8.1.15    Стандартное отклонение

Значение поля стандартного отклонения зависит от значения полей метода выбора спектральных составляющих и типа окна:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, поле стандартного отклонения не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1 и поле типа окна имеет значение 0, поле стандартного отклонения не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1 и поле типа окна имеет значение 1, поле стандартного отклонения требуется и описывает стандартное отклонение, входящее в формулу, определяющую форму окна Гаусса;

-    если поле метода выбора спектральной составляющей имеет значение 2, поле стандартного отклонения требуется и описывает стандартное отклонение, входящее в формулу, определяющую фильтр Габора.

При необходимости стандартное отклонение о должно кодироваться с использованием четырех байтов в виде значения с плавающей точкой.

8.1.16    Число частот

Значение поля числа частот зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

-если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0 или 1, поле числа частот не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, поле числа частот требуется и определяет число частот, использующихся в фильтрах Габора. Информацию о числе частот записывают с использованием двух байтов. Целое число частот, указанное в поле числа частот, в дальнейшем используют для определения длины (в байтах) следующего поля, предназначенного для записи частот, использующихся в фильтре Габора (см. 8.1.17).

8.1.17    Частоты

Значение поля частот зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0 или 1, поле частот не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, поле частот требуется и определяет частоты, использующиеся в фильтре Габора. Информация о каждой частоте должна быть

13

записана с использованием четырех байтов в виде значения с плавающей точкой. Если число определяемых частот больше одного, блоки из четырех байтов, содержащих информацию о каждой из частот, должны располагаться последовательно один за другим.

8.1.18    Число направлений

Значение поля числа направлений зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0 или 1, поле числа направлений не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, поле числа направлений требуется и используется для определения числа равноотстоящих направлений в фильтре Габора. Для записи числа направлений используется один байт. Например, если число направлений равно четырем, угол 9 принимает значения из ряда {0, 45, 90, 135}.

8.1.19    Число сохраняемых спектральных составляющих для каждой ячейки

Значение поля числа сохраняемых спектральных составляющих для каждой ячейки зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, информация о спектральных данных ячейки сохраняется с использованием триплета значений 0Д и 5, определяющих косинусоидальную функцию, которая ставится в соответствие данной ячейке; в этом случае поле числа сохраняемых спектральных составляющих не используется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1, поле числа сохраняемых спектральных составляющих обязательно и состоит из пяти байтов. Структура поля числа сохраняемых спектральных составляющих приведена в таблице 10

Таблица 10

Сохраняемые спектральные составляющие Значение старшего байта Параметр Значение четырех младших байтов Все уникальные составляющие 0 Не используется 0 К составляющих, К > 1 1 К От 1 до (232 — 1) Сохранены для дальнейшего использования От 2 до 255 Не используется 0

- если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, поле числа сохраняемых спектральных составляющих обязательно и состоит из одного байта. Структура поля сохраняемых спектральных составляющих приведена в таблице 11

Таблица 11

Сохраняемые спектральные составляющие Значение Угол фильтра с максимальной энергией 0 Все модули Габора 1 Все модули и аргументы Габора 2 Сохранены для дальнейшего использования От 3 до 255 Примечание — В настоящем стандарте энергия фильтра определена как квадрат модуля Габора а2.

8.1.20 Число битов, кодирующих угол распространения косинусоидальной функции

Значение поля числа битов, кодирующих угол распространения, зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

- если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, поле числа битов, кодирующих угол распространения, требуется и определяет число битов, использующихся для представления углов распространения косинусоидальной функции. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта;

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1 или 2, поле числа битов, кодирующих угол распространения, не требуется.

8.1.21    Число битов, кодирующих длину волны косинусоидальной функции

Значение поля числа битов, кодирующих длину волны, зависит от значения поля метода выбора спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, поле числа битов, кодирующих длину волны, требуется и определяет число битов, использующихся для представления длин волн косинусоидальной функции. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значения 1 или 2, поле числа битов, кодирующих длину волны, не требуется.

8.1.22    Число битов, кодирующих фазовый сдвиг

Значение поля числа битов, кодирующих фазовый сдвиг, зависит от значения полей метода выбора спектральных составляющих и числа сохраняемых спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, поле числа битов, кодирующих фазовый сдвиг, требуется и определяет число битов, использующихся для представления фазового сдвига косинусоидальной функции. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1, поле числа битов, кодирующих фазовый сдвиг, требуется и определяет число битов, использующихся для представления аргумента спектральных компонент, полученных в результате ДПФ. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, а поле числа сохраняемых спектральных составляющих для каждой ячейки имеет значения 0 или 1, поле числа битов, кодирующих фазовый сдвиг, не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, а поле числа сохраняемых спектральных составляющих для каждой ячейки имеет значение 2, поле числа битов, кодирующих фазовый сдвиг, требуется и определяет число битов, использующихся для представления аргумента Габора. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта.

8.1.23    Число битов, кодирующих модуль

Значение поля числа битов, кодирующих модуль, зависит от значения полей метода выбора спектральных составляющих и числа сохраняемых спектральных составляющих:

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 0, поле числа битов, кодирующих модуль, не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 1, поле числа битов, кодирующих модуль, требуется и определяет число битов, использующихся для представления модуля спектральных компонентов, полученных в результате ДПФ. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, а поле числа сохраняемых спектральных составляющих имеет значение 0, поле числа битов, кодирующих модуль, не требуется;

-    если поле метода выбора спектральных составляющих имеет значение 2, а поле числа сохраняемых спектральных составляющих имеет значения 1 или 2, поле числа битов, кодирующих модуль, требуется и определяет число битов, использующихся для представления модуля Г абора. Информацию о числе битов записывают с использованием одного байта.

8.1.24    Число битов, кодирующих показатель качества

Информация о числе битов, кодирующих показатель качества групп ячеек, должна быть записана с использованием одного байта.

8.1.25    Параметр зернистости группы ячеек

Параметр зернистости группы ячеек записывают с использованием одного байта. Данный параметр определяет число ячеек в группе в направлении оси абсцисс (а также число ячеек в группе в направлении оси ординат, поскольку число ячеек в группе в горизонтальном и вертикальном направлениях одинаковое). Таким образом, размер группы ячеек (число ячеек, входящих в группу) равен квадрату параметра зернистости. Все ячейки справа и снизу изображения, которых недостаточно для образования соответствующей группы, должны быть исключены.

15

8.1.26 Зарезервированные байты

Для последующих редакций настоящего стандарта зарезервировано два байта. Для текущей версии стандарта 1.0 значения битов этих двух байтов должны быть равны нулю.

8.2 Запись данных одного пальца

8.2.1    Заголовок

Каждая секция записи данных одного пальца должна начинаться с заголовка, в котором приведена информация об изображении отпечатка данного пальца. Изображению отпечатка каждого пальца, содержащегося в записи спектральных данных изображения отпечатка пальца, должен соответствовать один заголовок, в совокупности занимающий шесть байтов.

8.2.1.1    Локализация пальца

Локализация пальца должна быть записана в одном байте. Допустимые значения для этого байта приведены в таблице 12 (таблица заимствована H3ANSI/NIST-ITL1-2000). Допускается использовать только коды от 0 до 10, соответствующие изображениям прокатанного отпечатка пальца. Коды от 11 до 14 соответствуют изображениям плоского отпечатка пальца и включены в таблицу исключительно в ознакомительных целях.

Таблица 12 — Коды локализации

Положение пальца Значение Неизвестный палец 0 Правый большой 1 Правый указательный 2 Правый средний 3 Правый безымянный 4 Правый мизинец 5 Левый большой 6 Левый указательный 7 Левый средний 8 Левый безымянный 9 Левый мизинец 10 Правый большой (плоский отпечаток) 11 Левый большой (плоский отпечаток) 12 Правые указательный, средний, безымянный и мизинец (плоские отпечатки) 13 Левые указательный, средний, безымянный и мизинец (плоские отпечатки) 14

8.2.1.2 Тип отпечатка пальца

Тип отпечатка(ов) пальца(ев) должен быть указан в одном байте. В таблице 13 настоящего стандарта приведены допустимые значения поля «Тип отпечатка». Типы «неживой» плоский отпечаток и «неживой» отпечаток, полученный методом прокатки, относятся к изображениям, полученным в электронной форме с промежуточных материальных носителей, например путем сканирования бумажных бланков дакгилокарт и т. п. Таблица 13 настоящего стандарта соответствует таблице 4 ANSI/NIST-ITL1-2000 с добавлением типа отпечатка, полученного методом протяжки. Протяжка — метод получения отпечатка пальца, при котором палец вручную перемещают поперек одномерного датчика с целью формирования двумерного изображения. Настоящий стандарт допускает использование в качестве значений поля «Тип отпечатка пальца» значения 0, 1, 2, 3 и 8. Использование в качестве типа отпечатка пальца группы «след отпечатка пальца» (значения от 4 до 7) настоящим стандартом не допускается.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

Содержание

1    Область применения....................................... 1

2    Соответствие........................................... 1

3    Нормативные ссылки....................................... 1

4    Термины и определения..................................... 2

5    Обозначения и сокращения................................... 3

6    Представление данных..................................... 4

6.1    Последовательность байтов и битов............................. 4

6.2    Система координат...................................... 4

6.3    Разрядность шкалы градаций серого............................. 4

6.4    Полярность изображения................................... 4

6.5    Направление отсчета угла.................................. 4

6.6    Мера угла.......................................... 4

7    Определение спектральных данных изображения отпечатка пальца............... 5

7.1    Общее представление.................................... 5

7.2    Предварительная обработка изображения.......................... 5

7.3    Фрагментация........................................ 5

7.4    Выбор спектральных составляющих............................. 5

7.5    Качество группы ячеек.................................... 11

8    Запись спектральных данных изображения    отпечатка пальца.................. 11

8.1    Заголовок записи...................................... 12

8.2    Запись данных одного пальца................................ 16

8.3 Структура формата записи спектральных данных изображения отпечатка пальца....... 24

9    Формат карты спектральных данных изображения отпечатка пальца............... 28

Приложение А (справочное) Примеры записи спектральных данных изображения отпечатка пальца

с использованием квантованного косинусоидального триплета для выбора спектральных составляющих.................................. 30

Приложение В (справочное) Примеры записи спектральных данных изображения отпечатка пальца с использованием дискретного преобразования Фурье для выбора спектральных составляющих ..................................... 33

Приложение С (справочное) Примеры записи спектральных данных изображения отпечатка пальца

с использованием фильтра Габора для выбора спектральных составляющих ....    36

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов ссылочным национальным стандартам Российской Федерации.............. 38

Библиография........................................... 39

Таблица 13 — Тип отпечатка пальца

Описание Код «Живой» плоский отпечаток 0 «Живой» отпечаток, полученный методом прокатки 1 «Неживой» плоский отпечаток 2 «Неживой» отпечаток, полученный методом прокатки 3 Оттиск следа отпечатка 4 Скалькированный след отпечатка 5 Фотография следа отпечатка 6 След отпечатка 7 Отпечаток, полученный методом протяжки 8 Зарезервированный 9

8.2.1.3    Число изображений отпечатков одного пальца

Некоторые биометрические системы могут осуществлять сканирование изображений нескольких отпечатков одного пальца. Общее число изображений должно быть указано в одном байте.

8.2.1.4    Качество изображения отпечатка пальца

Качество изображения отпечатка пальца должно находиться в интервале от 0 до 101 и быть указано в одном байте. Данная количественная характеристика является общим выражением качества отпечатка пальца. Значение 0 представляет собой минимально возможное значение качества, а значение 100 — максимально возможное значение качества. Численные значения в данном поле должны быть установлены в соответствии с общими рекомендациями, приведенными в 7.56.5 ИСО/МЭК 19784-1. Кроме того, значение качества 101 указывает на то, что полученное изображение отпечатка пальца соответствует приложению F Спецификации [1].

8.2.1.5    Длина блока спектральных данных изображения отпечатка пальца

Общая длина блока спектральных данных изображения отпечатка пальца и блока дополнительных данных должна быть записана в двух байтах.

8.2.2 Блок спектральных данных изображения отпечатка пальца

8.2.2.1    Номер изображения

Перед спектральными данными изображения отпечатка пальца должен быть приведен номер изображения отпечатка пальца, который, начиная с 0, указывает каждое изображение отпечатка пальца, содержащееся в записи. Для записи номера изображения должен быть использован один байт.

8.2.2.2    Спектральные данные изображения отпечатка пальца

Спектральные данные изображения отпечатка пальца должны храниться в упакованном формате. Сначала сохраняют данные, соответствующие левой верхней ячейке, затем - данные, соответствующие ячейке, расположенной справа от первой ячейки и так далее до последней ячейки в первой строке; затем сохраняют последующие строки. Если размер (в битах) полностью закодированных спектральных данных изображения отпечатка пальца не делится на 8, необходимо дополнять конец блока данных нулями до тех пор, пока размер не станет кратным 8.

Пусть п — число битов, необходимое для кодирования данных одной ячейки. Тогда длина, Idb (в байтах), спектральных данных изображения отпечатка пальца (с учетом дополнения блока данных нулями) может быть вычислена следующим образом:

а = (число ячеек в направлении х) (число ячеек в направлении у) п битов;

b - остаток от деления а на 8;

если b = 0, то Idb = а/8 байтов;

если b Ф 0, то Idb = (а + (8 - Ь)18 байтов.

Число битов, необходимое для кодирования данных одной ячейки, зависит от использованного метода выбора спектральной составляющей. Учитывая тот факт, что существует переменное число спектральных составляющих, которые могут быть сохранены для каждой ячейки, необходимо описать присвоение имен и порядок следования спектральных составляющих, которые сохраняются в записи. Если поле метода выбора спектральной составляющей имеет значение:

17

Введение

Настоящий стандарт входит в комплекс стандартов и технических отчетов, которые были разработаны ИСО/МЭК СТК1/ПК 37 с целью установления требований к автоматической идентификации на основе биометрических характеристик.

Стандарт устанавливает требования к формату обмена спектральными данными изображения отпечатка пальца, который позволяет использовать более компактное представление данных по сравнению с обменом исходными изображениями.

В качестве способа определения спектральных составляющих настоящий стандарт устанавливает дискретное преобразование Фурье и преобразование с использованием компонентов фильтра Габора. Для получения спектральных данных используется изображение целиком или ячейки изображения (перекрывающиеся или неперекрывающиеся) одинакового размера, не зависящего от конкретного изображения и не изменяющегося в его пределах. Исходное изображение отпечатка пальца должно быть полутоновым. Получение спектральных составляющих путем вейвлет-преобразования настоящим стандартом не устанавливается.

В некоторых алгоритмах распознавания отпечатков пальцев для сопоставления с шаблоном используются спектральные данные изображения отпечатка пальца. В таких алгоритмах используются биометрические свойства, извлекаемые из ячейки изображения путем преобразований, учитывающих каждый элемент ячейки, в отличие от алгоритмов, в которых используются свойства, извлекаемые из ячейки на основании анализа особых точек изображения. В настоящее время не существует формата обмена спектральными данными изображения отпечатка пальца для использования в алгоритмах распознавания.

Настоящий стандарт обеспечивает:

-    функциональную совместимость устройств распознавания отпечатков пальцев различных изготовителей, основанную на компактном формате данных;

-    распространение недорогих промышленных дактилоскопических сканеров с ограниченными зоной сканирования, динамическим диапазоном или пространственным разрешением;

-    установление формата записи данных, который позволяет использовать для хранения биометрической информации различные носители данных (включая портативные устройства и смарт-карты);

-    поддержку распространения биометрии в приложениях, требующих функциональной совместимости.

Организации ИСО и МЭК обращают внимание на то, что для соответствия требованиям настоящего стандарта может потребоваться использование патентов на метод квантованных косинусоидальных триплетов, использующихся для представления спектральных данных изображения отпечатка пальца. Организации ИСО и МЭК не несут ответственность за идентификацию определенных или любых подобных патентных прав. Обладатель данного патентного права заверил ИСО и МЭК в своей готовности вести переговоры о выдаче права на лицензию в любой стране на разумных и равноправных условиях. Запись о готовности патентовладельца выдать соответствующую лицензию зарегистрирована в ИСО и МЭК. Информация может быть получена по адресу:

Bioscrypt Inc.

505 Cochrane Drive

Markham, Ontario, Canada

L3R8E3

IV

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Автоматическая идентификация ИДЕНТИФИКАЦИЯ БИОМЕТРИЧЕСКАЯ Форматы обмена биометрическими данными Часть 3

Спектральные данные изображения отпечатка пальца

Automatic identification. Biometric identification. Biometric data interchange formats. Part 3

Finger pattern spectral data

Дата введения — 2011 — 01 — 01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к формату обмена спектральными данными изображения отпечатка пальца.

2    Соответствие

Биометрическую систему и алгоритм считают соответствующими требованиям настоящего стандарта, если они обеспечивают формирование спектральных данных изображения отпечатка пальца в соответствии с разделом 7 и формирование записи спектральных данных изображения отпечатка пальца в соответствии с разделом 8.

3    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты. В случае ссылок на документы, у которых указана дата утверждения, необходимо использовать только указанную редакцию. В случае, когда дата утверждения не указана, следует использовать последнюю редакцию ссылочных стандартов, включая любые поправки и изменения к ним:

ИСО/МЭК 19784-1 —2006 Информационная технология. Программный интерфейс биометрических приложений. Спецификация BioAPI (ISO/IEC 19784-1:2006, Information technology — Biometric application programming interface — Part 1: BioAPI specification)

ИСО/МЭК 19785-1 —2006 Автоматическая идентификация. Идентификация биометрическая. Единая структура форматов обмена биометрическими данными. Часть 1. Спецификация элементов данных (ISO/IEC 19785-1:2006, Information technology — Common Biometric Exchange Formats Framework — Parti: Data element specification)

ANSI/NIST-ITL 1:2000 Стандарт американского национального института стандартов, национального института стандартов и технологий США, лаборатории испытаний промышленной продукции — Стандартный формат данных для обмена информацией об отпечатках пальцев, лице, шрамах и татуировках (ANSI/ NIST-ITL 1:2000, Standard Data Format for the Interchange of Fingerprint, Facial, & Scar Mark & Tattoo (SMT) Information)

ANSI/IEEE Std 754 —1985 Стандарт американского национального института стандартов, института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ИИЭР) Арифметические операции с плавающей точкой в двоичной системе счисления (ANSI/IEEE Std 754-1985, IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic)

Издание официальное

4 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

4.1    биометрические данные (biometric data): Любые данные, характеризующие какую-либо биометрическую характеристику.

Примечание — В настоящем стандарте биометрическими данными являются спектральные данные отпечатка пальца, данные о качестве и другие данные, извлеченные из полученного биометрического образца.

4.2    биометрическое свойство (biometric feature): Представление биометрической характеристики, которое может быть использовано биометрическим алгоритмом при сравнении наборов данных одного и того же биометрического типа.

Примечания

1    Применение данного термина должно совпадать с его применением математическими сообществами и сообществами по распознаванию образов.

2    В настоящем стандарте биометрическими свойствами являются спектральные составляющие образца изображения отпечатка пальца.

4.3    биометрический образец (biometric sample): Информация, полученная непосредственно или после обработки с биометрического устройства

4.4    исходный биометрический образец (raw biometric sample): Биометрический образец, полученный непосредственно с биометрического устройства.

Примечания

1    В настоящем стандарте предполагается, что для получения исходных биометрических образцов используются дактилоскопические сканеры.

2    Как правило, исходный биометрический образец имеет максимально возможные размеры и пространственное разрешение, обеспечиваемые используемым дактилоскопическим сканером.

4.5    промежуточный биометрический образец (intermediate biometric sample): Биометрический образец, полученный путем обработки исходного биометрического образца и предназначенный для дальнейшей обработки.

Пример — Обрезка изображения, субдискретизация, сжатие, преобразование в стандартные форматы обмена данными и увеличение изображения.

Примечание — В настоящем стандарте понятие промежуточного биометрического образца относится к образцам отпечатков пальцев.

4.6    биометрическая система (biometric system): Автоматизированная система, предназначенная для сбора биометрических данных, извлечения свойств из полученных данных, сравнения обработанных данных с данными биометрических шаблонов и определения вероятности их совпадения, по которой определяется успешность проверки подлинности или идентификации личности.

4.7    глубина цвета (bit-depth): Число битов, используемых для кодирования каждого пикселя.

4.8    ячейка (cell): Прямоугольная однородная неперекрывающаяся область изображения.

П римечание — Многошкапьные ячейки не рассматриваются в настоящем стандарте.

4.9    структура ячейки (cell structure): Массив пикселей, каждый из которых имеет значение градации серого, определенное с использованием косинусоидального шаблона с помощью параметров 0Д и 8.

Примечание — Понятие применимо только для метода квантованных косинусоидальных триплетов.

4.10    группа ячеек (cell quality group): Квадратный массив ячеек изображения отпечатка пальца, для которого определен показатель качества.

4.11    сопоставление (comparison): Процесс сравнения биометрического образца с ранее полученным шаблоном или шаблонами.

4.12    ядро (core): Самая верхняя точка на внутреннем загнутом гребне отпечатка пальца, в общем случае расположенная в пределах самого внутреннего загиба петли.

Примечани е —Для лучшего понимания можно рассматривать ядро как загиб гребня, иногда охватывающий несколько окончаний гребней. Ядро служит для определения примерного положения центра изображения отпечатка пальца.

2

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

4.13    обрезка (crop): Удаление края изображения для уменьшения его размера.

4.14    дельта (delta): Точка на гребне, расположенная ближе всех (непосредственно перед) к точке расхождения двух граничных папиллярных гребней.

4.15    размерность (dimension): Число пикселей в полученном образце отпечатка пальца в горизонтальном или вертикальном направлении.

4.16    субдискретизация (down-sample): Уменьшение разрешения изображения путем повторной выборки изображения с помощью уменьшенного количества пикселей.

Примечание — Во избежание эффекта наложения необходимо использовать надлежащую фильтрацию.

4.17    регистрация (enrolment): Процесс сбора биометрических образцов человека, их последующая обработка и хранение биометрических контрольных шаблонов и моделей.

4.18    отпечаток пальца (fingerprint pattern): Изображение отпечатка пальца.

Примечание — В настоящем стандарте понятие отпечатка пальца относится к промежуточному биометрическому образцу.

4.19    спектральные данные изображения отпечатка пальца (finger pattern spectral data): Ряд спектральных составляющих, извлеченных из изображения отпечатка пальца.

4.20    минимальная пространственная длина волны (minimal spatial wavelength): Пространственная длина волны (измеряемая в пикселях), в которой ровно два образца изображения охватывают полный период косинусоидального шаблона.

Примечание — Существует также максимальная пространственная частота, которая передается без искажений при дискретизации. Эта частота называется частотой Найквиста. Минимальная пространственная длина волны — величина, обратная частоте Найквиста. Частота Найквиста определяет требования к разрешению изображения отпечатка пальца после субдискретизации.

4.21    заполнение (pad): Вставка изображения в большой массив (обычно заполненный нулями) для получения изображения большего размера.

4.22    повторная выборка (re-sampling): Регистрация изображения с частотой дискретизации, которая отличается от частоты дискретизации, использованной при первоначальной регистрации.

4.23    разрешение изображения (image resolution): Число точек на единицу длины изображения.

Примечание — В настоящем стандарте в качестве единицы измерения разрешения изображения использованы пиксели на сантиметр (ppcm); 1 пиксель на сантиметр равен 2,54 пикселя на дюйм (ppi).

4.24    граничные гребни (typeline): Два крайних гребня, начинающихся параллельно, расходящихся и окружающих или стремящихся окружить пальцевый узор.

5 Обозначения и сокращения

стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

—двумерный (two dimensional);

—    единая структура форматов обмена биометрическими данными (Common Biometric Exchange Formats Framework);

—    дискретное преобразование Фурье (Discrete Fourier Transform);

—    пиксели на сантиметр (pixels per centimeter);

—    пиксели на дюйм (pixels per inch);

—    строчные и прописные латинские буквы;

—    строчные и прописные греческие буквы;

—    ряд значений от а до ft, включая а, но не включая ft;

—    ряд значений от а до ft, включая а и ft;

—    наибольшее целое число, меньшее или равное а;

—    наименьшее целое число, большее или равное а;

—    ближайшее целое число к а. Если дробная часть числа а равна 0,5, то ROUND(a) должно быть заменено на ближайшее целое число, большее а;

—    функция а с аргументами ft и с;

—    амплитуда ДПФ или функции Габора при заданных аргументах ft и с;

—    фаза ДПФ или функции Г абора при заданных аргументах ft и с.

3

6 Представление данных

6.1    Последовательность байтов и битов

Информационные элементы, поля и записи должны состоять из одного или нескольких байтов данных. Все многобайтовые последовательности должны быть представлены в формате обратного порядка байтов (Big-Endian), то есть запись любого многобайтового значения начинают со старших байтов. Порядок передачи данных должен быть следующим: сначала передаются старшие байты, затем — младшие. В пределах каждого байта порядок передачи должен быть следующим: сначала передаются старшие биты, затем — младшие. Все численные значения должны быть целыми и беззнаковыми величинами фиксированной длины. Значения с плавающей точкой должны быть записаны как четырехбайтовые (32-битовые) значения одинарной точности в соответствии с ANSI/IEEE Std 754—1985.

6.2    Система координат

В настоящем стандарте устанавливается Декартова система координат ху. Начало системы координат изображения должно находиться в левом верхнем углу исходного изображения. Ось х в соответствии с общепринятым в цифровой обработке изображений допущением должна быть направлена слева направо, ось у— сверху вниз. Для системы координат, расположенной на пальце, при взгляде на подушечку пальца ось х должна быть направлена справа налево (рисунок 1). Все значения координат х и/должны быть неотрицательными.

След отпечатка пальца    Палец Рисунок 1 — Система координат

В формате записи спектральных данных изображения отпечатка пальца разрешение системы координат устанавливается в заголовке записи в соответствие с 8.1.5 (горизонтальное разрешение) и 8.1.6 (вертикальное разрешение).

Началом координат ячейки должен быть левый верхний пиксель ячейки, ось абсцисс должна быть направлена вправо, а ось ординат — вниз.

6.3    Разрядность шкалы градаций серого

Значение разрядности шкалы градаций серого должно быть равно 8 битам. Разрядность шкалы градаций серого 8 битов обеспечивает 256 уровней градации серого. Минимальный уровень яркости точки, соответствующий черному цвету, должен быть равен 0. Максимальный уровень яркости точки, соответствующий белому цвету, кодируется значениями 1 всех битов (числом 255₁₀). Яркость самой темной точки изображения может иметь значение более 0, яркость самой светлой точки может иметь значение менее 255.

6.4    Полярность изображения

На изображении отпечатка пальца гребни должны быть черного цвета, а впадины — белого, в противном случае необходимо провести преобразование изображения для его соответствия данному требованию. Серые линии на изображении отпечатка пальца соответствует гребням.

6.5    Направление отсчета угла

Мера углов должна находиться в диапазоне [0°; 360°), если не оговорено иное. Угол, равный 0°, параллелен оси абсцисс (горизонтален). Отсчет углов осуществляют против часовой стрелки.

6.6    Мера угла

Все фазы и углы распространения должны измеряться в градусах.

4

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-3—2009

7 Определение спектральных данных изображения отпечатка пальца

7.1    Общее представление

Определение спектральных данных, использующихся для представления полученного отпечатка пальца в формате обмена, установленном в настоящем стандарте, проводят в следующей последовательности:

1)    предварительная обработка изображения отпечатка пальца, например субдискретизация или обрезка изображения; предварительная обработка не является обязательной;

2)    фрагментация — разбиение изображения отпечатка пальца на ячейки размером Sx Тпикселей;

3)    выбор спектральных составляющих для представления каждой ячейки отпечатка пальца.

7.2    Предварительная обработка изображения

На данном этапе допускается проводить уменьшение разрешения (субдискретизацию) и обрезку изображения. Допустимое уменьшение разрешения определяют по максимальной пространственной частоте изображений отпечатков пальцев исследуемой группы людей (взрослые, дети и т. д.). Обрезку изображения, являющуюся частью данного этапа, допускается проводить до или после субдискретизации.

В результате происходит преобразование первичного биометрического образца в промежуточный биометрический образец. Если вышеуказанные операции не проводят, фрагментации должен подвергаться исходный биометрический образец (полученное изображение отпечатка пальца).

7.3    Фрагментация

В общем случае фрагментация представляет собой разделение центральной или другой части изображения отпечатка пальца на сеть перекрывающихся или неперекрывающихся ячеек. Первой ячейкой считают ячейку, находящуюся слева сверху изображения отпечатка пальца. Начало координат первой ячейки может не совпадать с началом координат изображения отпечатка пальца. В этом случае начало координат первой ячейки определяют по смещению по оси абсциссх и оси ординату относительно начала координат изображения отпечатка пальца (рисунок 2). Если в результате фрагментации справа и снизу изображения остаются пиксели, не образующие полноразмерную ячейку, данные пиксели должны быть удалены.

Смещение по оси х

Ячейка

Отпечаток / пальца

Пиксели

Рисунок 2 — Фрагментация изображения отпечатка пальца

Информация об отпечатке пальца в каждой ячейке должна быть представлена спектральными составляющими, полученными с использованием одного из методов, описанных в 7.4.

7.4 Выбор спектральных составляющих

Спектральные данные ячейки изображения отпечатка пальца могут быть получены несколькими способами, в частности, с помощью дискретного преобразования Фурье, фильтрации Габора или выбора спектральных составляющих из дискретного набора косинусоидальных функций, описанных ниже.

7.4.1 Дискретный набор косинусоидальных функций

Информацию о яркости точек в ячейке изображения отпечатка пальца можно представить при помощи следующей двумерной косинусоидальной функции:

Се//_(е X' ₅₎ (s,t) = cos (PD х 2л х f + 8),

где PD = s х cos (0) -1 х sin (0), f= MX'

s и t индексы пикселей ячеек по осям х и у соответственно.

Данная двумерная функция полностью определяется параметрами 0 (угол распространения), X (длина волны) и 8 (фазовый сдвиг), рисунок 3.

5

Диапазоны значений параметров:

-    0: [0°; 180°); 0 определяют как угол распространения косинусоидальной функции; за направление распространения принимают направление, перпендикулярное к максимумам косинусоидальной функции. 0 равно 0°, если максимумы косинусоидальной функции перпендикулярны оси абсцисс; 0 увеличивается в направлении против часовой стрелки.

-    X: (минимальная пространственная длина волны; °°), пикселей; X ограничена удвоенным числом пикселей вдоль наибольшей диагонали изображения. X = 11f, где f: [0; максимальная пространственная частота). Максимальная пространственная частота является частотой Найквиста и равна разрешению изображения, деленному на 2.

-5: [0°; 360°); 8 = (dIX) 360°, где d — расстояние между началом координат ячейки (левый верхний угол ячейки) и расположением первого максимума косинусоидальной функции в положительном направлении оси абсцисс (рисунок 3).

Значение каждого из этих параметров может быть квантовано с целью создания ограниченного ряда дискретных триплетов (0, X, 5). Применение каждого триплета в данном ряду к косинусоидальной функции, указанной выше, позволяет получить соответствующий набор спектральных данных ячеек изображения отпечатка пальца.

В дальнейшем параметры 0,Х и 8 представлены с использованием 1,т\лп битов соответственно. Двоичное представление параметров 0,Х и 8 приведено в таблицах 1 — 3.

Таблица 2 — m-битовое представление Таблица 3 — л-битовое пред-для X    ставление    для    8

т-битовое значение f X 0...000 0 ОО О О о ^Myquist 1 f 0...010 фмуяиш 1 f 1...110 (2т -2' , 2т , Nyquist 1 f 1...111 го э 1 Nyquist 1 f гут V z /

Представление параметров 0Д и 5 с использованием 1,тип битов определяет количество возможных типов косинусоидальных функций и соответствующих им типов ячеек, равное 2^1+т+п.

Конкретный тип квантованного косинусоидального триплета, представляющего информацию в рассматриваемой ячейке изображения отпечатка пальца, определяют с использованием критерия максимального правдоподобия в следующей последовательности:

1) нормируют данные ячейки изображения отпечатка пальца до интервала [-1; 1 ];