[发明专利]快速三维人耳识别方法

权利要求书

1.一种快速三维人耳识别方法，该方法包含以下步骤：

a、三维人耳提取阶段，利用ICPIF算法使人耳与平均耳对齐，完成人耳位置 和姿态归一化，然后用固定掩膜提取感兴趣的人耳区域；

b、人耳识别与认证；

其中，人耳提取的流程如下：

1)耳洞检测，采用耳洞检测方法，在侧脸深度图像中找到人耳位置；

2)三角化，把耳洞周围102×142范围内的点取出来，构造三角网格，使用 下述网格生成方法：在X-Y坐标平面上相邻的任意四个点中添加一条斜边构造2 个三角形，而任意相邻的两条斜边不平行，网格上有些顶点数据缺失，称之为 无效点，把顶点为无效点的三角形去除，然后计算三角形在三维空间中的实际 边长，把最大边长大于5mm的三角形标记为不可信任三角；

3)坐标中心化，通过计算耳洞周围小范围内点坐标的均值，得到耳洞的三 维坐标；然后进行坐标平移，使耳洞坐标与坐标原点重合，完成耳朵的预处理；

4)均匀重采样，对网格进行均匀重采样，采样点在X方向和Y方向都是均匀 分布的，采样间隔定为0.63mm，X坐标范围是(-25，25)mm，Y坐标范围(-35，35)mm， 采样点落在不可信任三角内的点标记为无效点；

5)表面拟合，采用从mathworks网站下载的gridfit代码，该代码通过权衡 拟合结果对原始数据点的逼近程度和相邻点梯度的一致性来实现表面拟合，使 用平滑参数调节两者的重要性程度，平滑参数取为10；

6)曲率计算由公式(1)、(2)、(3)计算每个点的主曲率k₁、k₂，k₁≥k₂， 所述公式(1)为：

fx=∂f∂x,]]>fy=∂f∂y,]]>fxx=∂2f∂x2,]]>fyy=∂2f∂y2,]]>fxy=fyx=∂2f∂x∂y;]]>

所述公式(2)为：

K=fxxfyy-fxy2(1+fx2+fy2)2,]]>H=12(1+fy2)fxx+(1+fx2)fyy-2fxfyfxy(1+fx2+fy2)3/2;]]>

所述公式(3)为：

k1=H+H2-K,]]>k2=H-H2-K;]]>

7)如果迭代次数没有达到上限，继续第8步；否则，把落在人耳第二掩膜内 的数据点取出来，提取完成；

8)把落在第一掩膜内的数据点提取出来；

9)使用主曲率k₁、k₂作为每个点的不变特征，这样每个点可以用一个5维向 量(x，y，z，k₁，k₂)表示，然后与平均耳做ICPIF对齐，计算出最佳转动 矩阵和平移向量；

应用最佳转动矩阵和平移向量，使三维网格转动到新位置，回到第4步；

所述用固定掩膜提取感兴趣的人耳区域是指对齐过程使用的是第一掩膜， 第一掩膜包含了少量耳朵轮廓外部的数据点，提取最终人耳区域使用的是第二 掩膜，提取的是耳阔内部和部分脸颊方向的数据点；

所述的人耳识别与认证可采用PCA方法，即通过深度图像和最小主曲率图 像的组合得到耳朵向量，再把它投影到由原型耳图像建立的PCA基上，得到维 数大大压缩后的特征向量，最后同原型耳的特征向量逐一比较余弦距离得到识 别结果；或者ICPIF方法，即提取每个点的两个主曲率作为不变特征，加权后 参与最近点查找过程和配准误差计算，迭代地修正刚体变换参数，使待测耳朵 与原型耳的均方距离最小，使用这个平均距离作为配准误差，与待测耳朵配准 误差最小的原型耳被认为是同一只耳朵。

2.如权利要求1所述的快速三维人耳识别方法，其特征在于，所述平均耳 的获得流程如下：首先执行人耳提取过程中的步骤1～6，分别计算Z坐标和两个 主曲率的平均值，得到初步平均耳，接着使原型耳与初步平均耳对齐，完成姿 态归一化，再计算它们的平均Z坐标和平均主曲率作为新的平均耳。