基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法。由于近红外光条件下采集到的手指静脉图像血管与背景的灰度差别很小，存在对比度低的问题，进而影响手指静脉图像后续的匹配识别。一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，首先对读取的手指静脉图像利用静脉纹路的方向特性设计出适合指静脉图像每个像素点的邻域方向构成方向模板，利用该模板求取静脉图像的方向图，再针对像素点的方向对图像进行方向滤波，在此基础上，提取出图像的细节特征点，利用柔性匹配的思想，取极角范围为1-4°极半径范围为1-4个像素点，内实现特征点集间的匹配识别。本发明用于模式识别【技术领域】。
【专利说明】基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法
[0001]
【技术领域】： 本发明涉及一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法。
[0002]
【背景技术】： 由于近红外光条件下采集到的手指静脉图像血管与背景的灰度差别很小，存在对比度 低的问题，进而影响手指静脉图像后续的匹配识别。
[0003] 生物特征识别技术利用人体固有的特征来进行个人身份认证，具有普遍性、稳定 性、唯一性、方便性、准确性等性质。在众多生物特征识别技术中，指纹识别技术是目前应用 最早、也是研究最为成熟的一项生物特征识别技术。但指纹识别的准确率易受手指表面情 况影响，且存在易被窃取的弊端。人脸识别技术也是最常用的生物识别方法之一，但是由于 光照强度、表情以及角度的变化，使得人脸识别的准确程度受到一定程度的限制，其准确率 低于指纹、虹膜识别。虹膜识别是通过辨识人眼虹膜区域纤维组织而进行身份验证，但其采 集较难，并且采集设备昂贵，眼睛又是人体的敏感部位，对其进行特征识别，用户接受度很 低，不易推广。静脉识别技术不存在上述指纹识别技术的局限性，是一种新兴的生物特征识 别技术，具有巨大的潜力和应用前景。手指静脉识别是利用近红外光穿透手指后获得的静 脉纹路来进行个人身份识别的，具有精度高、速度快、非接触式等诸多优点，是一种高度可 靠的生物 特征识别方法。
[0004] Miura等提出了一种基于重复线跟踪的方法进行静脉提取，该方法的静脉提取效 果较好，但图像质量对识别结果影响较大。Badawi等对经过预处理的静脉图像采用逐点像 素比对的方法进行静脉匹配，这种逐点像素匹配的方式也使得算法的运算量过大。余成波 等利用HausdorfT距离对静脉图像的细节点特征进行识别，虽然减少了计算量，但识别结 果受细节点集提取的准确度影响较大。
[0005]
【发明内容】
： 本发明目的是提供一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法。
[0006] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，首先对读取的手指静脉图像利用 静脉纹路的方向特性设计出适合指静脉图像每个像素点的邻域方向构成方向模板，利用该 模板求取静脉图像的方向图，再针对像素点的方向对图像进行方向滤波；在此基础上，提取 出图像的细节特征点，利用柔性匹配的思想，取极角范围为1-4°，极半径范围为1-4个像 素点，内实现特征点集间的匹配识别。
[0007] 所述的基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，所述的手指静脉图像像素点 邻域方向滤波模板，所述的方向滤波模板将每个像素点的邻域设置为8个以该像素点为中 心的离散方向，基准像素点位于所述的方向滤波模板的中心，所述的方向滤波模板上的数 值1-8分别对应代表8个离散方向，即从水平位置开始，按逆时针方向，每隔22. 5°确定一 个方向，所述的方向滤波模板的方向角范围为〔〇，π)且模板在1、2、3、7、8五个趋于水平 方向上取的邻域像素点较多，而在4、5、6三个趋于垂直方向上取的邻域像素点较少，这样 的所述的方向滤波模板设计更符合手指静脉纹路大致向手指两端延伸、方向变化平缓的特 点。
[0008] 所述的基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，所述的扩展的方向滤波模 板，针对由旋转水平方向模板求取其他方向模板时产生的模板溢出问题，本发明将传统的 7X7模板扩展成大小为9X9的模板，扩展后的模板最外一圈的系数均为0,利用此模板求 取其他方向模板时，只对该模板中心的7X7范围内的系数进行坐标旋转，旋转后的模板中 无系数的位置用〇表示，这样就避免了模板旋转溢出时舍弃系数的情况，不会破坏系数分 布规律。
[0009] 本发明的有益效果： 1.本发明在充分考虑手指静脉图像特点，提出一种基于改进的方向滤波与柔性匹配 的手指静脉识别方法，即根据指静脉图像具有的方向特性设计邻域方向模板及方向滤波器 模板对图像进行滤波增强处理后，利用柔性匹配的思想实现特征点集间的匹配，以期获得 一种具有使用价值高的、可靠性高的智能身份识别方法。
[0010] 2.本发明手指静脉识别是利用近红外光穿透手指后获得的静脉纹路来进行个人 身份识别的，具有精度高、速度快、非接触式等诸多优点，是一种高度可靠的生物特征识别 方法。静脉血管纹路大体上呈网状结构，向手指两端延伸，不同个体的血管纹路差异较大， 这些特点决定了其识别方法的特殊性。
[0011] 3.本发明方向滤波模板将每个像素点的邻域设置为8个以该像素点为中心的离 散方向，基准像素点位于所述的方向滤波模板的中心，方向滤波模板上的数值1-8分别对 应代表8个离散方向，即从水平位置开始，按逆时针方向，每隔22. 5°确定一个方向，方向 滤波模板的方向角范围为〔〇，π)且模板在1、2、3、7、8五个趋于水平方向上取的邻域像素 点较多，而在4、5、6三个趋于垂直方向上取的邻域像素点较少，这样的方向滤波模板设计 更符合手指静脉纹路大致向手指两端延伸、方向变化平缓的特点。
[0012] 4.本发明针对由旋转水平方向模板求取其他方向模板时产生的模板溢出问题， 将传统的7X7模板扩展成大小为9X9的模板，扩展后的模板最外一圈的系数均为0,利用 此模板求取其他方向模板时，只对该模板中心的7X7范围内的系数进行坐标旋转，旋转后 的模板中无系数的位置用〇表示，这样就避免了模板旋转溢出时舍弃系数的情况，不会破 坏系数分布规律。
[0013] 5.本发明针对静脉纹路大致向手指两端延伸、方向变化平缓的特点设计出适合 指静脉图像的模板，在此基础上利用柔性匹配的思想实现特征点集间的匹配，这种基于特 征点集的匹配方式，不需要将全部静脉特征信息用于匹配识别，减少了计算量，并且在计算 时不要求两幅图像特征点间存在严格的一一对应关系，具有一定的抗噪声与图像几何形变 的能力。
[0014] 6.本发明主要针对静脉血管纹路大体上呈网状结构，向手指两端延伸，不同个 体的血管纹路差异较大的特点，提出一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法。
[0015] 7.本发明在提取出静脉区域基础上充分地利用了静脉纹路的方向信息进行滤波 增强，并将柔性匹配的思想引入到静脉识别中，不要求对应细节点完全重合，有效地处理了 图像之间的非线性形变，提高了识别系统的精度。
[0016] 8.本发明是利用手指静脉识别，近红外光穿透手指后获得的静脉纹路来进行个 人身份识别的，具有精度高、速度快、非接触式等诸多优点，是一种高度可靠的生物特征识 别方法，静脉血管纹路大体上呈网状结构，向手指两端延伸，不同个体的血管纹路差异较 大，这些特点决定了其识别方法的特殊性。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】： 附图1是本发明的基于改进的方向滤波与柔性匹配的手指静脉识别方法流程图。
[0018] 附图2是本发明的计算像素点方向的9X9邻域模板。
[0019] 附图3是本发明的手指静脉的方向场图像。
[0020] 附图4是本发明的水平方向模板。
[0021] 附图5是本发明的旋转后的水平方向模板。
[0022] 附图6是本发明的方向滤波处理后的图像。
[0023] 附图7是本发明的使用方向滤波分割去噪后的图像。
[0024] 附图8是本发明的直接Niblack分割去噪后的图像。
[0025] 附图9是本发明的本发明方法分割后细化图像。
[0026] 附图10是本发明的直接Niblack分割后细化图像。
[0027] 附图11是本发明的特征点提取的8领域模板。
[0028] 附图12是本发明的本发明方法分割后细节特征提取效果图。
[0029] 附图13是本发明的直接Niblack分割后细节特征提取效果图。
[0030] 附图14是本发明的柔性范围示意图。
[0031] 附图15是本发明的平移测试结果。
[0032] 附图16是本发明的旋转测试结果。
[0033]
【具体实施方式】： 实施例1 : 一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，首先对读取的手指静脉图像利用静 脉纹路的方向特性设计出适合指静脉图像每个像素点的邻域方向构成方向模板，而对方向 滤波模板的设计则将传统的7X7模板扩展成大小为9X9的模板，以解决由旋转水平方向 模板求取其他方向模板时产生的模板溢出问题；在此基础上，利用柔性匹配的思想，在一定 的角度与半径范围内实现细节特征点集间的匹配识别。如图1所示 从手指静脉的拓扑结构可知，其静脉纹路朝着特定方向延伸，具有明显的方向性，而传 统的滤波器没有考虑到静脉的方向信息，从而其滤波增强效果不理想。本发明充分考虑静 脉纹路的这一特点，对静脉图像采用方向滤波增强处理，即求取静脉图像中每个像素点的 邻域方向构成方向图并设计多个方向的滤波器模板组成方向滤波器，滤波时根据像素点的 方向选择相应方向的滤波器对图像进行滤波操作。
[0034] 实施案例2 : 根据实施例1所述基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，所述的手指静脉图像 像素点邻域方向滤波模板，所述的方向滤波模板将每个像素点的邻域设置为8个以该像素 点为中心的离散方向，基准像素点位于所述的方向滤波模板的中心，所述的方向滤波模板 上的数值1-8分别对应代表8个离散方向，即从水平位置开始，按逆时针方向，每隔22. 5° 确定一个方向，所述的方向滤波模板的方向角范围为〔〇, π )且模板在1、2、3、7、8五个趋于 水平方向上取的邻域像素点较多，而在4、5、6三个趋于垂直方向上取的邻域像素点较少， 这样的所述的方向滤波模板设计更符合手指静脉纹路大致向手指两端延伸、方向变化平缓 的特点。如图2所示 像素点具体方向的确定：像素点与其同一方向纹路上的点之间的灰度差别最小，而与 之垂直方向上的灰度差别最大，依此原理利用上述邻域模板求出每个像素点在以该点为中 心的8个方向上的像素灰度平均值= 8)，并将茂按两两垂直的方向分成4组， 分别计算每组中两个平均值差的绝对值，即
【权利要求】
1. 一种基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，其特征是：该方法包括如下步 骤：首先对读取的手指静脉图像利用静脉纹路的方向特性设计出适合指静脉图像每个像素 点的邻域方向构成方向模板，利用该模板求取静脉图像的方向图，再针对像素点的方向对 图像进行方向滤波；在此基础上，提取出图像的细节特征点，利用柔性匹配的思想，取极角 范围为1-4°，极半径范围为1-4个像素点，内实现特征点集间的匹配识别。
2. 根据权利要求1所述的基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，其特征是：所 述的手指静脉图像的像素点邻域方向滤波模板，所述的方向滤波模板将每个像素点的邻域 设置为8个以该像素点为中心的离散方向，基准像素点位于所述的方向滤波模板的中心， 所述的方向滤波模板上的数值1-8分别对应代表8个离散方向，从水平位置开始，按逆时 针方向，每隔22. 5°确定一个方向，所述的方向滤波模板的方向角范围为0，π，且模板在 1、2、3、7、8五个趋于水平方向上取的邻域像素点较多，而在4、5、6三个趋于垂直方向上取 的邻域像素点较少，这样的所述的方向滤波模板设计更符合手指静脉纹路大致向手指两端 延伸、方向变化平缓的特点。
3. 根据权利要求1或2所述的基于改进的方向滤波与柔性匹配的识别方法，其特征是： 所述的扩展的方向滤波模板，针对由旋转水平方向模板求取其他方向模板时产生的模板溢 出问题，本发明将传统的7 X 7模板扩展成大小为9 X 9的模板，扩展后的模板最外一圈的系 数均为〇,利用此模板求取其他方向模板时，只对该模板中心的7X7范围内的系数进行坐 标旋转，旋转后的模板中无系数的位置用〇表示，这样就避免了模板旋转溢出时舍弃系数 的情况，不会破坏系数分布规律。
【文档编号】G06K9/62GK104123547SQ201410359559
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】马慧 申请人:黑龙江大学