一种三维手指静脉相似性快速比对方法
【专利摘要】本发明涉及一种三维手指静脉相似性快速比对方法。针对已采集到的三维指静脉图像，设定手指轴向原点，进行若干次等角度旋转，获取每一角度下的手指静脉剖面图像；对每一剖面图像进行归一化之后，提取该剖面的指静脉纹路关键点；基于关键点计算两条待比对三维指静脉的扩展Hausdorff距离，以此为依据，实现三维指静脉相似性判别。该方法克服手指旋转对指静脉识别比对造成的影响，仅针对关键点计算Hausdorff距离既保证对曲线相似性的计算精度，又能减少计算量，并降低噪声干扰。
【专利说明】
一种三维手指静脉相似性快速比对方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种三维手指静脉相似性快速比对方法。
【背景技术】
[0002] 在手指静脉识别系统中，传统的二维图像存在对沿手指轴线旋转鲁棒性不强的缺 点，影响识别结果。针对手指三维立体图像进行处理可有效增强对手指旋转的适应性，但同 时又带来立体特征不便于提取和描述，处理较为繁琐的不足。
[0003] 现有的三维指静脉特征提取方法，如专利201310722944.5介绍了一种指静脉三维 点云采集方法，并未涉及三维点云的特征提取;专利201210109091.3提出一种用于手指静 脉三维特征识别的藤蔓模型建模方法，可以修复断裂的静脉、剔除毛刺和噪声，拟合静脉空 间曲线，将复杂的三维静脉空间结构抽象化和简单化，便于数据组织和特征提取，但该方法 处理比较繁琐；专利201010508188.2基于SIFT特征点实现三维指静脉特征提取和比对，准 确度较高，但SIFT计算耗时较长。
[0004] 上述方法在三维指静脉采集、特征提取方面各有优点，但都难以兼顾处理质量与 速度，尤其在快速处理方面存在的不足。
【发明内容】
[0005] 本发明特设计了一种新的三维指静脉比对方法。该方法针对已采集到的三维指静 脉图像，设定手指轴向原点，进行若干次等角度旋转，获取每一角度下的手指静脉剖面图 像;对每一剖面图像进行归一化之后，提取该剖面的指静脉纹路关键点;基于关键点计算两 条待比对三维指静脉的扩展Hausdorff距离，以此为依据，实现三维指静脉相似性判别。
[0006] 完整处理流程如图1所示： 图1所示的实现步骤为： Stepl:获取三维指静脉沿中轴线等分旋转时的剖面图像集合； Step2:对每个剖面图像进行归一化处理； Step3:从归一化后的剖面图像中提取关键点集，包括静脉交点、拐点两类； Step4:针对两条待比对手指的各自剖面关键点集合，计算扩展Hausdorff距离，根据距 离阈值判断手指静脉相似性。
[0007] 本发明的关键创新技术： 1、基于三维指静脉数据获取剖面图像 以手指为轴，将360度等分为K份进行旋转，每次旋转之后，以手指根部中心为原点，从 原点出发沿指根到指尖方向为Z轴，在Z轴的法平面内，对应旋转后的位置，垂直于Z轴为/ 轴，Z轴/轴相交构成剖平面，三维指静脉在此平面内的剖面图像为4，:^ 1:， ::为总的旋转等分数，将三维点云转换为若干个二维平面图像，具体如下图所示： 本发明基于三维指静脉数据获取剖面图像，其创新点在于： 将三维点云转换为若干个二维平面图像，有利于减少数据量，便于后续特征提取。
[0008] 2、基于三维指静脉剖面图获取关键点集 针对剖面图4，进行下列处理： Stepl:图像归一化，具体包括定标、有效区域裁剪，尺寸缩放等，得到归一化剖面图_ ，无=〇丄2,…，x-1，r为总的旋转等分数（即总的剖面数）。
[0009] Step2:关键点提取，针对归一化剖面图 <，灰:=&,1文…,艺，1，首先提取其中的静 脉纹路线，然后提取静脉纹路线的交点和拐点作为关键点，在当前剖面图内，按照从左到 右，从上到下的顺序描述为乙（U)，Λ = <XU…，％ -1，％为第先个剖面内指静脉关键 点数，.t = o,u…,ir-1，尤为总的旋转等分数（即总的剖面数）。
[0010] 本发明提取手指静脉剖面内的关键点用于后续比对处理，其创新点在于： (1) 静脉纹路交点和拐点属于稳定存在的特征点，以这两种关键点代替整个静脉纹路 线，可减少数据量； (2) 舍弃静脉起止端点，可减轻光照等外界因素对关键点提取的影响。
[00?1 ] 3、基于扩展Hausdorff距离的手指静脉比对 假设有两条手指静脉三维数据待比对，经过上述处理，分别获得其剖面关键点集合为A ={ }，其中k 0二2，，，-1，表示A集合第女个剖面内关键点序号， ? = 0,1,2,…,Γ-υ=(α2,···;ΜΜ，表示B集合第?个剖面内关键点序号，i = 0丄2,"·,Γ-1 ，(X另为点的横纵坐标。构造如下的扩展Hausdorff距离：
其中，w(A万)为前向扩展Hausdorf f距离，计算方法为：
(5,』)为后向扩展Hausdorff距离，计算方法为：
IMI为两点间的欧氏距离。通过上述操作，计算得到两条手指静脉三维数据的扩展 Hausdorf f距离为，设置距离阈值为:，当< 4s时，判断两条手指静脉相似。^^可 根据相似性比对的要求来设置其数值大小。
[0012] 本发明采用扩展Hausdorff距离判断两条手指静脉的相似性，创新点在于： (DHausdorff距离不需要建立点之间的一一对应关系，只计算两个点集之间的最大距 离，不需要考虑特征点集的对齐和排序等问题，可以有效地处理多特征点的情况。
[0013] (2)将传统Hausdorff距离从二维扩展到三维，适用于三维指静脉数据的处理。 [0014] (3)扩展Hausdorff距离包含了沿手指轴向旋转获得的多个剖面关键点数据，增强 了实际应用中对手指旋转的鲁棒性。
[0015]该方法克服手指旋转对指静脉识别比对造成的影响，仅针对关键点计算 Hausdorff距离既保证对曲线相似性的计算精度，又能减少计算量，并降低噪声干扰。
【附图说明】
[0016] 图1本方法处理流程图， 图2三维指静脉剖面图坐标系。
【具体实施方式】
[0017] 一种新的三维指静脉比对方法，针对已采集到的三维指静脉图像，设定手指轴向 原点，进行若干次等角度旋转，获取每一角度下的手指静脉剖面图像;对每一剖面图像进行 归一化之后，提取该剖面的指静脉纹路关键点；基于关键点计算两条待比对三维指静脉的 扩展Hausdorff距离，以此为依据，实现三维指静脉相似性判别。
[0018] 实现步骤为： Stepl:获取三维指静脉沿中轴线等分旋转时的剖面图像集合； Step2:对每个剖面图像进行归一化处理； Step3:从归一化后的剖面图像中提取关键点集，包括静脉交点、拐点两类； Step4:针对两条待比对手指的各自剖面关键点集合，计算扩展Hausdorff距离，根据距 离阈值判断手指静脉相似性。
[0019] 该方法克服手指旋转对指静脉识别比对造成的影响，仅针对关键点计算 Hausdorff距离既保证对曲线相似性的计算精度，又能减少计算量，并降低噪声干扰。
【主权项】
1. 一种Ξ维手指静脉相似性快速比对方法，针对已采集到的Ξ维指静脉图像，设定手 指轴向原点，进行若干次等角度旋转，获取每一角度下的手指静脉剖面图像;其特征在于， 对每一剖面图像进行归一化之后，提取该剖面的指静脉纹路关键点；基于关键点计算两条 待比对Ξ维指静脉的扩展化usdorff距离，W此为依据，实现Ξ维指静脉相似性判别，实现 步骤为： Stepl:获取Ξ维指静脉沿中轴线等分旋转时的剖面图像集合； Step2:对每个剖面图像进行归一化处理； Step3:从归一化后的剖面图像中提取关键点集，包括静脉交点、拐点两类； Step4:针对两条待比对手指的各自剖面关键点集合，计算扩展化usdorff距离，根据距 离阔值判断手指静脉相似性。2. 根据权利要求1所述的一种Ξ维手指静脉相似性快速比对方法，其特征在于，所述获 取Ξ维指静脉沿中轴线等分旋转时的剖面图像集合，具体为：W手指为轴，将360度等分为K 份进行旋转，每次旋转之后，W手指根部中屯、为原点，从原点出发沿指根到指尖方向为X轴， 在X轴的法平面内，对应旋转后的位置，垂直于X轴为7轴，X轴7轴相交构成剖平面，Ξ维指静 脉在此平面内的剖面图像为4，.k =日，1义…，芯为总的旋转等分数，将Ξ维点云转换 为若干个二维平面图像。3. 根据权利要求1所述的一种Ξ维手指静脉相似性快速比对方法，其特征在于，所述从 归一化后的剖面图像中提取关键点集，具体为： 针对剖面图帮，进行下列处理： Stepl:图像归一化，具体包括定标、有效区域裁剪，尺寸缩放，得到归一化剖面图韻， 点二〇，1，2,..，r-1，:狂为总的旋转等分数，即总的剖面数， Step2:关键点提取，针对归一化剖面圓^，克=日，1义…，芯-1，首先提取其中的静脉纹 路线，然后提取静脉纹路线的交点和拐点作为关键点，在当前剖面图内，按照从左到右，从 上到下的顺序描述为巧,(>，·>^)，Λ =化U，% -1，Wt.为第克个剖面内指静脉关键点数， 克=山。....:，玄-1，去为总的旋转等分数，即总的剖面数， 静脉纹路交点和拐点属于稳定存在的特征点，W运两种关键点代替整个静脉纹路线， 舍弃静脉起止端点。4. 根据权利要求1所述的一种Ξ维手指静脉相似性快速比对方法，其特征在于，所述判 断手指静脉相似性，具体为： 假设有两条手指静脉Ξ维数据，分别获得其剖面关键点集合为A=|1、B=( 巧,,如為}，其中；二0，1，2,…，雌-1，表示A集合第A个剖面内关键点序号，皮二0，1，2,…，芯-1: ;j' = 0，l，2，".，《;-1，表示B集合敏个剖面内关键点序号，/ = 0，1义...，芯-l，（vvi为点的横 纵坐标，构造如下的扩展化usdorff距离：其中，Asp 占！为前向扩展化usdorff距离，计算方法为：&SP 武部为后向扩展化usdorff距离，计算方法为：iMI为两点间的欧氏距离，通过上述操作，计算得到两条手指静脉Ξ维数据的扩展 Hausdorff距离为d姐，设置距离阔值为j祀，当<馬S时，判断两条手指静脉相似，根 据相似性比对的要求设置其数值大小。
【文档编号】G06K9/00GK105975950SQ201610359749
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】谢剑斌, 刘通, 王浩宇, 闫玮秦, 李沛秦, 程强, 周鹏宇, 孔宪君, 陈益星
【申请人】国创科视科技股份有限公司