一種三維手指靜脈相似性快速比對方法
【專利摘要】本發明涉及一種三維手指靜脈相似性快速比對方法。針對已采集到的三維指靜脈圖像，設定手指軸向原點，進行若干次等角度旋轉，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像；對每一剖面圖像進行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關鍵點；基于關鍵點計算兩條待比對三維指靜脈的擴展Hausdorff距離，以此為依據，實現三維指靜脈相似性判別。該方法克服手指旋轉對指靜脈識別比對造成的影響，僅針對關鍵點計算Hausdorff距離既保證對曲線相似性的計算精度，又能減少計算量，并降低噪聲干擾。
【專利說明】
一種三維手指靜脈相似性快速比對方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種三維手指靜脈相似性快速比對方法。
【背景技術】
[0002] 在手指靜脈識別系統中，傳統的二維圖像存在對沿手指軸線旋轉魯棒性不強的缺 點，影響識別結果。針對手指三維立體圖像進行處理可有效增強對手指旋轉的適應性，但同 時又帶來立體特征不便于提取和描述，處理較為繁瑣的不足。
[0003] 現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 點云采集方法，并未涉及三維點云的特征提取;專利201210109091.3提出一種用于手指靜 脈三維特征識別的藤蔓模型建模方法，可以修復斷裂的靜脈、剔除毛刺和噪聲，擬合靜脈空 間曲線，將復雜的三維靜脈空間結構抽象化和簡單化，便于數據組織和特征提取，但該方法 處理比較繁瑣；專利201010508188.2基于SIFT特征點實現三維指靜脈特征提取和比對，準 確度較高，但SIFT計算耗時較長。
[0004] 上述方法在三維指靜脈采集、特征提取方面各有優點，但都難以兼顧處理質量與 速度，尤其在快速處理方面存在的不足。

【發明內容】

[0005] 本發明特設計了一種新的三維指靜脈比對方法。該方法針對已采集到的三維指靜 脈圖像，設定手指軸向原點，進行若干次等角度旋轉，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖 像;對每一剖面圖像進行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關鍵點;基于關鍵點計算兩 條待比對三維指靜脈的擴展Hausdorff距離，以此為依據，實現三維指靜脈相似性判別。
[0006] 完整處理流程如圖1所示： 圖1所示的實現步驟為： Stepl:獲取三維指靜脈沿中軸線等分旋轉時的剖面圖像集合； Step2:對每個剖面圖像進行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關鍵點集，包括靜脈交點、拐點兩類； Step4:針對兩條待比對手指的各自剖面關鍵點集合，計算擴展Hausdorff距離，根據距 離閾值判斷手指靜脈相似性。
[0007] 本發明的關鍵創新技術： 1、基于三維指靜脈數據獲取剖面圖像 以手指為軸，將360度等分為K份進行旋轉，每次旋轉之后，以手指根部中心為原點，從 原點出發沿指根到指尖方向為Z軸，在Z軸的法平面內，對應旋轉后的位置，垂直于Z軸為/ 軸，Z軸/軸相交構成剖平面，三維指靜脈在此平面內的剖面圖像為4，:^ 1:， ::為總的旋轉等分數，將三維點云轉換為若干個二維平面圖像，具體如下圖所示： 本發明基于三維指靜脈數據獲取剖面圖像，其創新點在于： 將三維點云轉換為若干個二維平面圖像，有利于減少數據量，便于后續特征提取。
[0008] 2、基于三維指靜脈剖面圖獲取關鍵點集 針對剖面圖4，進行下列處理： Stepl:圖像歸一化，具體包括定標、有效區域裁剪，尺寸縮放等，得到歸一化剖面圖_ ，無=〇丄2,…，x-1，r為總的旋轉等分數（即總的剖面數）。
[0009] Step2:關鍵點提取，針對歸一化剖面圖 <，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和拐點作為關鍵點，在當前剖面圖內，按照從左到 右，從上到下的順序描述為乙（U)，Λ = <XU…，％ -1，％為第先個剖面內指靜脈關鍵 點數，.t = o,u…,ir-1，尤為總的旋轉等分數（即總的剖面數）。
[0010] 本發明提取手指靜脈剖面內的關鍵點用于后續比對處理，其創新點在于： (1) 靜脈紋路交點和拐點屬于穩定存在的特征點，以這兩種關鍵點代替整個靜脈紋路 線，可減少數據量； (2) 舍棄靜脈起止端點，可減輕光照等外界因素對關鍵點提取的影響。
[00?1 ] 3、基于擴展Hausdorff距離的手指靜脈比對 假設有兩條手指靜脈三維數據待比對，經過上述處理，分別獲得其剖面關鍵點集合為A ={ }，其中k 0二2，，，-1，表示A集合第女個剖面內關鍵點序號， ? = 0,1,2,…,Γ-υ=(α2,···;ΜΜ，表示B集合第?個剖面內關鍵點序號，i = 0丄2,"·,Γ-1 ，(X另為點的橫縱坐標。構造如下的擴展Hausdorff距離：
其中，w(A萬)為前向擴展Hausdorf f距離，計算方法為：
(5,』)為后向擴展Hausdorff距離，計算方法為：
IMI為兩點間的歐氏距離。通過上述操作，計算得到兩條手指靜脈三維數據的擴展 Hausdorf f距離為，設置距離閾值為:，當< 4s時，判斷兩條手指靜脈相似。^^可 根據相似性比對的要求來設置其數值大小。
[0012] 本發明采用擴展Hausdorff距離判斷兩條手指靜脈的相似性，創新點在于： (DHausdorff距離不需要建立點之間的一一對應關系，只計算兩個點集之間的最大距 離，不需要考慮特征點集的對齊和排序等問題，可以有效地處理多特征點的情況。
[0013] (2)將傳統Hausdorff距離從二維擴展到三維，適用于三維指靜脈數據的處理。 [0014] (3)擴展Hausdorff距離包含了沿手指軸向旋轉獲得的多個剖面關鍵點數據，增強 了實際應用中對手指旋轉的魯棒性。
[0015]該方法克服手指旋轉對指靜脈識別比對造成的影響，僅針對關鍵點計算 Hausdorff距離既保證對曲線相似性的計算精度，又能減少計算量，并降低噪聲干擾。
【附圖說明】
[0016] 圖1本方法處理流程圖， 圖2三維指靜脈剖面圖坐標系。
【具體實施方式】
[0017] 一種新的三維指靜脈比對方法，針對已采集到的三維指靜脈圖像，設定手指軸向 原點，進行若干次等角度旋轉，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像;對每一剖面圖像進行 歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關鍵點；基于關鍵點計算兩條待比對三維指靜脈的 擴展Hausdorff距離，以此為依據，實現三維指靜脈相似性判別。
[0018] 實現步驟為： Stepl:獲取三維指靜脈沿中軸線等分旋轉時的剖面圖像集合； Step2:對每個剖面圖像進行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關鍵點集，包括靜脈交點、拐點兩類； Step4:針對兩條待比對手指的各自剖面關鍵點集合，計算擴展Hausdorff距離，根據距 離閾值判斷手指靜脈相似性。
[0019] 該方法克服手指旋轉對指靜脈識別比對造成的影響，僅針對關鍵點計算 Hausdorff距離既保證對曲線相似性的計算精度，又能減少計算量，并降低噪聲干擾。
【主權項】
1. 一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對方法，針對已采集到的Ξ維指靜脈圖像，設定手 指軸向原點，進行若干次等角度旋轉，獲取每一角度下的手指靜脈剖面圖像;其特征在于， 對每一剖面圖像進行歸一化之后，提取該剖面的指靜脈紋路關鍵點；基于關鍵點計算兩條 待比對Ξ維指靜脈的擴展化usdorff距離，W此為依據，實現Ξ維指靜脈相似性判別，實現 步驟為： Stepl:獲取Ξ維指靜脈沿中軸線等分旋轉時的剖面圖像集合； Step2:對每個剖面圖像進行歸一化處理； Step3:從歸一化后的剖面圖像中提取關鍵點集，包括靜脈交點、拐點兩類； Step4:針對兩條待比對手指的各自剖面關鍵點集合，計算擴展化usdorff距離，根據距 離闊值判斷手指靜脈相似性。2. 根據權利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對方法，其特征在于，所述獲 取Ξ維指靜脈沿中軸線等分旋轉時的剖面圖像集合，具體為：W手指為軸，將360度等分為K 份進行旋轉，每次旋轉之后，W手指根部中屯、為原點，從原點出發沿指根到指尖方向為X軸， 在X軸的法平面內，對應旋轉后的位置，垂直于X軸為7軸，X軸7軸相交構成剖平面，Ξ維指靜 脈在此平面內的剖面圖像為4，.k =日，1義…，芯為總的旋轉等分數，將Ξ維點云轉換 為若干個二維平面圖像。3. 根據權利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對方法，其特征在于，所述從 歸一化后的剖面圖像中提取關鍵點集，具體為： 針對剖面圖幫，進行下列處理： Stepl:圖像歸一化，具體包括定標、有效區域裁剪，尺寸縮放，得到歸一化剖面圖韻， 點二〇，1，2,..，r-1，:狂為總的旋轉等分數，即總的剖面數， Step2:關鍵點提取，針對歸一化剖面圓^，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和拐點作為關鍵點，在當前剖面圖內，按照從左到右，從 上到下的順序描述為巧,(>，·>^)，Λ =化U，% -1，Wt.為第克個剖面內指靜脈關鍵點數， 克=山。....:，玄-1，去為總的旋轉等分數，即總的剖面數， 靜脈紋路交點和拐點屬于穩定存在的特征點，W運兩種關鍵點代替整個靜脈紋路線， 舍棄靜脈起止端點。4. 根據權利要求1所述的一種Ξ維手指靜脈相似性快速比對方法，其特征在于，所述判 斷手指靜脈相似性，具體為： 假設有兩條手指靜脈Ξ維數據，分別獲得其剖面關鍵點集合為A=|1、B=( 巧,,如為}，其中；二0，1，2,…，雌-1，表示A集合第A個剖面內關鍵點序號，皮二0，1，2,…，芯-1: ;j' = 0，l，2，".，《;-1，表示B集合敏個剖面內關鍵點序號，/ = 0，1義...，芯-l，（vvi為點的橫 縱坐標，構造如下的擴展化usdorff距離：其中，Asp 占！為前向擴展化usdorff距離，計算方法為：&SP 武部為后向擴展化usdorff距離，計算方法為：iMI為兩點間的歐氏距離，通過上述操作，計算得到兩條手指靜脈Ξ維數據的擴展 Hausdorff距離為d姐，設置距離闊值為j祀，當<馬S時，判斷兩條手指靜脈相似，根 據相似性比對的要求設置其數值大小。
【文檔編號】G06K9/00GK105975950SQ201610359749
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】謝劍斌, 劉通, 王浩宇, 閆瑋秦, 李沛秦, 程強, 周鵬宇, 孔憲君, 陳益星
【申請人】國創科視科技股份有限公司