一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法。主要步骤包括：对模板指纹中提取出的特征点构造四边形并建立相应的查找表；提取待匹配指纹特征点；将待匹配指纹图像按区域划分并随机选取特征点构成四边形；在查找表中搜索与之匹配的四边形；以最优匹配四边形为基础获取有效特征点个数；根据指纹图像的特点设定合适的匹配区间；根据设定的匹配区间判断模板指纹和待匹配指纹是否匹配。本发明提出的基于最优四边形快速指纹匹配方法，在很大程度上避免了伪特征点信息对匹配的干扰，并基于此设立的区域分配原则和和查找表为四边形快速匹配提供了基础，当指纹数量增加时，会有较好的匹配速度。
【专利说明】-种基于最优四边形的快速指纹匹配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及自动指纹识别领域，具体来说是一种基于最优四边形的快速指纹匹配 方法。
【背景技术】
[0002] 指纹识别技术主要包括指纹图像采集，图像预处理，特征提取和特征匹配。特征匹 配作为最后一步直接决定了识别算法的可行性。主要是利用提取得到特征点的信息，按照 相关算法判断待匹配指纹和模板指纹的相似程度，从而判断指纹图像是否匹配。
[0003] 指纹图像的特征主要有全局特征和局部特征。目前采用最多的指纹特征是美国联 邦调查局提出的局部特征点：指纹纹线端点（ending)和分叉点（bifurcation)。基于此 特征提出的多种点模式匹配算法利用特征点的位置；类型；纹线方向以及特征点之间的相 对关系取得了良好的匹配效果，得到了广泛应用。比如基于基准点的指纹匹配，其主要步骤 是初匹配时先利用指纹每一点及其邻域的特征点得到该特征点的特征向量，得到最佳匹配 点作为基准点，二次匹配时，在以基准点为中心的基础上进行全局匹配，计算指纹的旋转和 平移参数，然后计算校正后待匹配指纹和模板指纹的特征点匹配率，当匹配率大于某一阈 值时认为匹配成功。
[0004] 指纹图像在进行预处理和特征提取后都会出现伪特征点。以上述方法进行匹配 时，在寻找最佳匹配点时利用了其邻域特征点，即使其本身特征匹配较好，而由于其邻域特 中存在伪特征点，就会对其造成影响。最后在计算匹配分数时，通过计算匹配成功的点对所 占比例来得到匹配得分时也将伪特征点纳入进行计算。在得到基准点后，很多匹配算法都 需要在基准点的基础上算出旋转和平移参数，再进行二次匹配，这样增加了匹配时间。而本 发明通过设立的区域分配原则和查找表，只需要在查找表中继续搜索，如此减少了匹配时 间。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，用于解决在指纹匹配过程 中算法受到伪特征点对匹配结果的影响，同时通过区域分配和查找表的建立达到快速匹配 的目的。该方法在一定程度上克服了伪特征点对匹配结果的影响，同时在指纹库较大时有 较好的效率。
[0006] 本发明通过以下方案解决上述问题： 一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，包括以下步骤： 1) 确定模板指纹和待匹配指纹； 2) 对指纹库中的模板指纹提取出的特征点，构造所有四边形并建立相应查找表； 3) 对待匹配指纹图像预处理后进行特征提取； 4) 将待匹配指纹特征点划分为4个区域，并从每一区域随机选择一个特征点构成四边 形。计算所形成四边形的参数； 5) 在查找表中搜索是否存在与之匹配的四边形，若存在计算其匹配度并记录，然后剔 除之前所选择的特征点重复步骤（3)，直到无法构成四边形； 6) 将匹配度最好的四边形作为最佳匹配四边形。如果在匹配过程中没有搜索到最佳四 边形则匹配失败，若存在则以最佳匹配四边形为基础，确定待匹配指纹的有效特征点数； 7) 设定一个判别区间，根据有效特征点数与区间的关系做出判断。
[0007] 本发明基于的特征点为纹线端点和分叉点。
[0008] 本发明提出的匹配算法前提是指纹库中的模板指纹图像具有较好的质量。
[0009] 所述步骤（2)中，查找表是将四边形的相关参数分类存储，在匹配时输入待匹配 指纹的相关参数后，可以在查找表中进行快速搜索，计算出相应的匹配度。当待匹配指纹更 换后，无需再进行计算。
[0010] 上述四边形的相关参数定义如下： a.提取的四个特征点距离四边形中心的距离 A:,计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 确定模板指纹和待匹配指纹； 2) 对指纹库中的模板指纹提取出的特征点，构造所有四边形并建立相应查找表； 3) 对待匹配指纹图像预处理后进行特征提取； 4) 将待匹配指纹特征点划分为4个区域，并从每一区域随机选择一个特征点构成四边 形，计算所形成四边形的参数； 5) 在查找表中搜索是否存在与之匹配的四边形，若存在计算其匹配度并记录，然后剔 除之前所选择的特征点重复步骤（3)，直到无法构成四边形； 6) 将匹配度最好的四边形作为最佳匹配四边形，如果在匹配过程中没有搜索到最佳四 边形则匹配失败，若存在则以最佳匹配四边形为基础，确定待匹配指纹的有效特征点数； 7) 设定一个判别区间，根据有效特征点数与区间的关系做出判断。
2. 如权利要求书1所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在 于，所述步骤（2)中相关查找表中包含的信息包括：4个特征点距离四边形中心的距离 % ;4个特征点的类型C;四边形对角线所成夹角β;所含分叉点的个数t，定义分别如下： D::定义为：D, = (t =I2J, 4) (1) 其中，)表示四边形中心点的坐标；（?,A)表示4个特征点的坐标，k为特征 点的序号； C:定义为：= ^分= ⑶ IΘ- < -I θ定义为：θ= - ; (9) λ-a(a> ^-) 其中，(S1=IafCtant:卜卜dan 为对角线（1，3)的斜率，为对角线（2,4)的斜率； t定义为：t= (1〇) si?l 基于此我们可以建立查找表，为了提高查找速度，我们以夹角为分类依据，在[] 区间每隔y建立一张查找表，共计18张查找表，每张表又可以根据分叉点的个数t分为5 个子表。
3. 如权利要求书1所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于，所 述步骤（4)中，区域分配的原则应当满足约束条件： \f \f Hοα?φ < Ml Ml1.1/3,Λ/4. <CeilGj)(12) 其中，M表示待匹配指纹提取到的特征点数，M1，M2，M3，M4分别表示四个区域中特征点 的个数，Floor表示向下取整，Ceil表示向上取整。
4. 如权利要求书1所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于，所 述步骤（5)中，待匹配指纹的四边形与模板指纹中的四边形的匹配度J的表达式为： Λ J(T I JiT3 J说=Zβ h μ+= (1- I i 4) ; [ = α 2…丹寻》(14) 其中，，和，表示权重，不失一般性我们可以令@值为1，令叫=1^,将其转化至角度； K表示构造四边形的次数；N表示满足匹配条件的四边形个数；3,.表示匹配四边形组对应 顶点距离中心的距离差；^表示匹配四边形组对应对角线夹角差，4表达如下： 令Jr =min 4 [=(1二...,·Γ?β--〇 若Jje〈 ^，则四边形匹配成功，将匹配成功的一组四边形的相关特征记录，如果没有满 足条件的四边形，则说明在待匹配指纹中，此次所选取的4个点（Τ1，Τ2,Τ3,Τ4)中存在伪 特征点或者是在模板指纹中不存在的特征点，称之为干扰点，进行下一次匹配.为一较小 的量，通过实验设定。
5. 如权利要求书1所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于所述 步骤￠)中，最佳四边形满足的条件为： J= minJKK=(L2τ--SiooH^-)) 4- 以最佳四边形为基础得到有效特征点数的优势在于不必计算旋转和平移参数进行二 次匹配，提高了匹配速度。
6. 如权利要求书5所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于所述 有效特征点数的计算，首先选取区域1的特征点与最佳四边形位于区域2,3,4中的3个顶 点组成四边形，按上述匹配方法在查找表中搜索是否存在与之匹配的四边形，3个顶点不再 变动，这样在查找表中搜索的速度也会提高，若搜索不到说明此点是干扰点，否则该点是有 效特征点，区域2,3,4中的其余特征点按同样的方法统计，得到有效特征点的个数，应当注 意，最后还应把最佳匹配四边形的4个顶点纳入统计。
7. 如权利要求书1所述的一种基于最优四边形的快速指纹匹配方法，其特征在于所 述步骤（7)中，匹配区间的上下限可以根据指纹图像的大小及提取到特征点的数量合理设 置，当有效特征点数大于区间上限时认为匹配成功，否则匹配失败，如果位于区间内说明待 匹配指纹达不到我们所设定的要求，可能因为指纹效果不好，建议重新验证。
【文档编号】G06K9/00GK104239871SQ201410500598
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】刘凯, 边海栋, 郑晓军, 吴炜, 杨晓敏 申请人:四川大学