一種三維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法。針對(duì)已采集到的三維指靜脈圖像，設(shè)定手指軸向原點(diǎn)，進(jìn)行若干次等角度旋轉(zhuǎn)，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像；對(duì)每一剖面圖像進(jìn)行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關(guān)鍵點(diǎn)；基于關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算兩條待比對(duì)三維指靜脈的擴(kuò)展Hausdorff距離，以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維指靜脈相似性判別。該方法克服手指旋轉(zhuǎn)對(duì)指靜脈識(shí)別比對(duì)造成的影響，僅針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算Hausdorff距離既保證對(duì)曲線相似性的計(jì)算精度，又能減少計(jì)算量，并降低噪聲干擾。
【專利說(shuō)明】
一種三維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種三維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的二維圖像存在對(duì)沿手指軸線旋轉(zhuǎn)魯棒性不強(qiáng)的缺 點(diǎn)，影響識(shí)別結(jié)果。針對(duì)手指三維立體圖像進(jìn)行處理可有效增強(qiáng)對(duì)手指旋轉(zhuǎn)的適應(yīng)性，但同 時(shí)又帶來(lái)立體特征不便于提取和描述，處理較為繁瑣的不足。
[0003] 現(xiàn)有的三維指靜脈特征提取方法，如專利201310722944.5介紹了一種指靜脈三維 點(diǎn)云采集方法，并未涉及三維點(diǎn)云的特征提取;專利201210109091.3提出一種用于手指靜 脈三維特征識(shí)別的藤蔓模型建模方法，可以修復(fù)斷裂的靜脈、剔除毛刺和噪聲，擬合靜脈空 間曲線，將復(fù)雜的三維靜脈空間結(jié)構(gòu)抽象化和簡(jiǎn)單化，便于數(shù)據(jù)組織和特征提取，但該方法 處理比較繁瑣；專利201010508188.2基于SIFT特征點(diǎn)實(shí)現(xiàn)三維指靜脈特征提取和比對(duì)，準(zhǔn) 確度較高，但SIFT計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)。
[0004] 上述方法在三維指靜脈采集、特征提取方面各有優(yōu)點(diǎn)，但都難以兼顧處理質(zhì)量與 速度，尤其在快速處理方面存在的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明特設(shè)計(jì)了一種新的三維指靜脈比對(duì)方法。該方法針對(duì)已采集到的三維指靜 脈圖像，設(shè)定手指軸向原點(diǎn)，進(jìn)行若干次等角度旋轉(zhuǎn)，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖 像;對(duì)每一剖面圖像進(jìn)行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關(guān)鍵點(diǎn);基于關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算兩 條待比對(duì)三維指靜脈的擴(kuò)展Hausdorff距離，以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維指靜脈相似性判別。
[0006] 完整處理流程如圖1所示： 圖1所示的實(shí)現(xiàn)步驟為： Stepl:獲取三維指靜脈沿中軸線等分旋轉(zhuǎn)時(shí)的剖面圖像集合； Step2:對(duì)每個(gè)剖面圖像進(jìn)行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關(guān)鍵點(diǎn)集，包括靜脈交點(diǎn)、拐點(diǎn)兩類； Step4:針對(duì)兩條待比對(duì)手指的各自剖面關(guān)鍵點(diǎn)集合，計(jì)算擴(kuò)展Hausdorff距離，根據(jù)距 離閾值判斷手指靜脈相似性。
[0007] 本發(fā)明的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)： 1、基于三維指靜脈數(shù)據(jù)獲取剖面圖像 以手指為軸，將360度等分為K份進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)之后，以手指根部中心為原點(diǎn)，從 原點(diǎn)出發(fā)沿指根到指尖方向?yàn)閆軸，在Z軸的法平面內(nèi)，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)后的位置，垂直于Z軸為/ 軸，Z軸/軸相交構(gòu)成剖平面，三維指靜脈在此平面內(nèi)的剖面圖像為4，:^ 1:， ::為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)，將三維點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為若干個(gè)二維平面圖像，具體如下圖所示： 本發(fā)明基于三維指靜脈數(shù)據(jù)獲取剖面圖像，其創(chuàng)新點(diǎn)在于： 將三維點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為若干個(gè)二維平面圖像，有利于減少數(shù)據(jù)量，便于后續(xù)特征提取。
[0008] 2、基于三維指靜脈剖面圖獲取關(guān)鍵點(diǎn)集 針對(duì)剖面圖4，進(jìn)行下列處理： Stepl:圖像歸一化，具體包括定標(biāo)、有效區(qū)域裁剪，尺寸縮放等，得到歸一化剖面圖_ ，無(wú)=〇丄2,…，x-1，r為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)（即總的剖面數(shù)）。
[0009] Step2:關(guān)鍵點(diǎn)提取，針對(duì)歸一化剖面圖 <，灰:=&,1文…,藝，1，首先提取其中的靜 脈紋路線，然后提取靜脈紋路線的交點(diǎn)和拐點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，在當(dāng)前剖面圖內(nèi)，按照從左到 右，從上到下的順序描述為乙（U)，Λ = <XU…，％ -1，％為第先個(gè)剖面內(nèi)指靜脈關(guān)鍵 點(diǎn)數(shù)，.t = o,u…,ir-1，尤為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)（即總的剖面數(shù)）。
[0010] 本發(fā)明提取手指靜脈剖面內(nèi)的關(guān)鍵點(diǎn)用于后續(xù)比對(duì)處理，其創(chuàng)新點(diǎn)在于： (1) 靜脈紋路交點(diǎn)和拐點(diǎn)屬于穩(wěn)定存在的特征點(diǎn)，以這兩種關(guān)鍵點(diǎn)代替整個(gè)靜脈紋路 線，可減少數(shù)據(jù)量； (2) 舍棄靜脈起止端點(diǎn)，可減輕光照等外界因素對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)提取的影響。
[00?1 ] 3、基于擴(kuò)展Hausdorff距離的手指靜脈比對(duì) 假設(shè)有兩條手指靜脈三維數(shù)據(jù)待比對(duì)，經(jīng)過(guò)上述處理，分別獲得其剖面關(guān)鍵點(diǎn)集合為A ={ }，其中k 0二2，，，-1，表示A集合第女個(gè)剖面內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)序號(hào)， ? = 0,1,2,…,Γ-υ=(α2,···;ΜΜ，表示B集合第?個(gè)剖面內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)序號(hào)，i = 0丄2,"·,Γ-1 ，(X另為點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)。構(gòu)造如下的擴(kuò)展Hausdorff距離：
其中，w(A萬(wàn))為前向擴(kuò)展Hausdorf f距離，計(jì)算方法為：
(5,』)為后向擴(kuò)展Hausdorff距離，計(jì)算方法為：
IMI為兩點(diǎn)間的歐氏距離。通過(guò)上述操作，計(jì)算得到兩條手指靜脈三維數(shù)據(jù)的擴(kuò)展 Hausdorf f距離為，設(shè)置距離閾值為:，當(dāng)< 4s時(shí)，判斷兩條手指靜脈相似。^^可 根據(jù)相似性比對(duì)的要求來(lái)設(shè)置其數(shù)值大小。
[0012] 本發(fā)明采用擴(kuò)展Hausdorff距離判斷兩條手指靜脈的相似性，創(chuàng)新點(diǎn)在于： (DHausdorff距離不需要建立點(diǎn)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，只計(jì)算兩個(gè)點(diǎn)集之間的最大距 離，不需要考慮特征點(diǎn)集的對(duì)齊和排序等問(wèn)題，可以有效地處理多特征點(diǎn)的情況。
[0013] (2)將傳統(tǒng)Hausdorff距離從二維擴(kuò)展到三維，適用于三維指靜脈數(shù)據(jù)的處理。 [0014] (3)擴(kuò)展Hausdorff距離包含了沿手指軸向旋轉(zhuǎn)獲得的多個(gè)剖面關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)，增強(qiáng) 了實(shí)際應(yīng)用中對(duì)手指旋轉(zhuǎn)的魯棒性。
[0015]該方法克服手指旋轉(zhuǎn)對(duì)指靜脈識(shí)別比對(duì)造成的影響，僅針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算 Hausdorff距離既保證對(duì)曲線相似性的計(jì)算精度，又能減少計(jì)算量，并降低噪聲干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1本方法處理流程圖， 圖2三維指靜脈剖面圖坐標(biāo)系。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 一種新的三維指靜脈比對(duì)方法，針對(duì)已采集到的三維指靜脈圖像，設(shè)定手指軸向 原點(diǎn)，進(jìn)行若干次等角度旋轉(zhuǎn)，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像;對(duì)每一剖面圖像進(jìn)行 歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關(guān)鍵點(diǎn)；基于關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算兩條待比對(duì)三維指靜脈的 擴(kuò)展Hausdorff距離，以此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)三維指靜脈相似性判別。
[0018] 實(shí)現(xiàn)步驟為： Stepl:獲取三維指靜脈沿中軸線等分旋轉(zhuǎn)時(shí)的剖面圖像集合； Step2:對(duì)每個(gè)剖面圖像進(jìn)行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關(guān)鍵點(diǎn)集，包括靜脈交點(diǎn)、拐點(diǎn)兩類； Step4:針對(duì)兩條待比對(duì)手指的各自剖面關(guān)鍵點(diǎn)集合，計(jì)算擴(kuò)展Hausdorff距離，根據(jù)距 離閾值判斷手指靜脈相似性。
[0019] 該方法克服手指旋轉(zhuǎn)對(duì)指靜脈識(shí)別比對(duì)造成的影響，僅針對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算 Hausdorff距離既保證對(duì)曲線相似性的計(jì)算精度，又能減少計(jì)算量，并降低噪聲干擾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法，針對(duì)已采集到的Ξ維指靜脈圖像，設(shè)定手 指軸向原點(diǎn)，進(jìn)行若干次等角度旋轉(zhuǎn)，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像;其特征在于， 對(duì)每一剖面圖像進(jìn)行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關(guān)鍵點(diǎn)；基于關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算兩條 待比對(duì)Ξ維指靜脈的擴(kuò)展化usdorff距離，W此為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)Ξ維指靜脈相似性判別，實(shí)現(xiàn) 步驟為： Stepl:獲取Ξ維指靜脈沿中軸線等分旋轉(zhuǎn)時(shí)的剖面圖像集合； Step2:對(duì)每個(gè)剖面圖像進(jìn)行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關(guān)鍵點(diǎn)集，包括靜脈交點(diǎn)、拐點(diǎn)兩類； Step4:針對(duì)兩條待比對(duì)手指的各自剖面關(guān)鍵點(diǎn)集合，計(jì)算擴(kuò)展化usdorff距離，根據(jù)距 離闊值判斷手指靜脈相似性。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法，其特征在于，所述獲 取Ξ維指靜脈沿中軸線等分旋轉(zhuǎn)時(shí)的剖面圖像集合，具體為：W手指為軸，將360度等分為K 份進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)之后，W手指根部中屯、為原點(diǎn)，從原點(diǎn)出發(fā)沿指根到指尖方向?yàn)閄軸， 在X軸的法平面內(nèi)，對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)后的位置，垂直于X軸為7軸，X軸7軸相交構(gòu)成剖平面，Ξ維指靜 脈在此平面內(nèi)的剖面圖像為4，.k =日，1義…，芯為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)，將Ξ維點(diǎn)云轉(zhuǎn)換 為若干個(gè)二維平面圖像。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法，其特征在于，所述從 歸一化后的剖面圖像中提取關(guān)鍵點(diǎn)集，具體為： 針對(duì)剖面圖幫，進(jìn)行下列處理： Stepl:圖像歸一化，具體包括定標(biāo)、有效區(qū)域裁剪，尺寸縮放，得到歸一化剖面圖韻， 點(diǎn)二〇，1，2,..，r-1，:狂為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)，即總的剖面數(shù)， Step2:關(guān)鍵點(diǎn)提取，針對(duì)歸一化剖面圓^，克=日，1義…，芯-1，首先提取其中的靜脈紋 路線，然后提取靜脈紋路線的交點(diǎn)和拐點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，在當(dāng)前剖面圖內(nèi)，按照從左到右，從 上到下的順序描述為巧,(>，·>^)，Λ =化U，% -1，Wt.為第克個(gè)剖面內(nèi)指靜脈關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)， 克=山。....:，玄-1，去為總的旋轉(zhuǎn)等分?jǐn)?shù)，即總的剖面數(shù)， 靜脈紋路交點(diǎn)和拐點(diǎn)屬于穩(wěn)定存在的特征點(diǎn)，W運(yùn)兩種關(guān)鍵點(diǎn)代替整個(gè)靜脈紋路線， 舍棄靜脈起止端點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對(duì)方法，其特征在于，所述判 斷手指靜脈相似性，具體為： 假設(shè)有兩條手指靜脈Ξ維數(shù)據(jù)，分別獲得其剖面關(guān)鍵點(diǎn)集合為A=|1、B=( 巧,,如為}，其中；二0，1，2,…，雌-1，表示A集合第A個(gè)剖面內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)序號(hào)，皮二0，1，2,…，芯-1: ;j' = 0，l，2，".，《;-1，表示B集合敏個(gè)剖面內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)序號(hào)，/ = 0，1義...，芯-l，（vvi為點(diǎn)的橫 縱坐標(biāo)，構(gòu)造如下的擴(kuò)展化usdorff距離：其中，Asp 占！為前向擴(kuò)展化usdorff距離，計(jì)算方法為：&SP 武部為后向擴(kuò)展化usdorff距離，計(jì)算方法為：iMI為兩點(diǎn)間的歐氏距離，通過(guò)上述操作，計(jì)算得到兩條手指靜脈Ξ維數(shù)據(jù)的擴(kuò)展 Hausdorff距離為d姐，設(shè)置距離闊值為j祀，當(dāng)<馬S時(shí)，判斷兩條手指靜脈相似，根 據(jù)相似性比對(duì)的要求設(shè)置其數(shù)值大小。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK105975950SQ201610359749
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】謝劍斌, 劉通, 王浩宇, 閆瑋秦, 李沛秦, 程強(qiáng), 周鵬宇, 孔憲君, 陳益星
【申請(qǐng)人】國(guó)創(chuàng)科視科技股份有限公司