[发明专利]一种基于分形特征的手指静脉血管网络修复方法

说明书

一种基于分形特征的手指静脉血管网络修复方法。其包括对采集图像截取全手指图像并标记ROI区域，然后将截取的图像归一化为80×220；通过简单滤波、Gabor图像增强、二值化及细化对手指静脉图像进行预处理，得到血管骨架图；基于分形理论从手指静脉血管网络的结构特征出发，得到以分支结构父子血管长度比分布为表示的分形特征；利用Gabor增强方向图作为先验条件，对手指静脉结构信息进行预修复，并在此基础上提取较为准确的分形特征；基于得到的分形特征对需修复的血管段预测需修复长度并模拟血管的生长形态。本发明可修复较大区域的缺损信息，有助于修复血管网络的分形特性并成功应用于静脉图像识别，大大提高了识别性能。

技术领域

本发明属于手指静脉图像修复技术领域，特别是涉及一种基于分形特征的手指静脉血管网络修复方法。

背景技术

目前，随着信息技术与互联网的高速发展，人们对信息安全和身份认证的重视程度越来越高，因此以个体自身特征为基础的身份识别技术应运而生。人体的生理特征主要包括指纹、虹膜、人脸、手指静脉、掌纹等，相比于其他特征，手指静脉具有如下优点：(1)手指静脉具有活体性，无法造假；(2)属于内部特征，不受手指表面损伤及环境(温度、湿度)变化的影响，特征稳定；(3)具有便捷性，利用非侵入性和非接触性方式进行图像采集。

手指静脉图像是利用近红外光在手指静脉及其周围肌肉组织中形成的光吸收差异来成像的。在未使用荧光剂的前提下，这种成像方式获得的手指静脉图像质量较低，其主要原因有皮肤散射效应、光学模糊、手指姿态变化等。因此，相比于其他传统的生物特征(如指纹、人脸、虹膜等)，手指静脉结构特征的损失比较严重，这就成为了限制手指静脉识别技术发展的重要因素。现在我们希望通过对手指静脉血管网络进行修复以提高识别性能。而血管网络具有分形特性，利用分形理论有助于寻找血管网络的本质特征并用以作为修复的约束条件。因此，探索一种基于手指静脉结构的分形特征并利用该特征对手指静脉残缺结构进行修复成为研究中的关键问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于分形特征的手指静脉血管网络修复方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于分形特征的手指静脉血管网络修复方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)对手指静脉图像进行边缘检测、截取以及尺寸归一化处理而得到原始手指静脉图像；

2)对原始手指静脉图像进行预处理，得到手指静脉血管网络图像；

3)对手指静脉血管网络图像进行分析，获得父子血管长度比的分布并作为手指静脉的分形特征；

4)对手指静脉血管网络图像中的手指静脉结构信息进行预修复；

5)在上述手指静脉结构信息预修复的基础上，利用步骤3)获得的父子血管长度比的分布，对手指静脉血管网络中的部分血管进行修复；

6)对步骤5)中修复的血管进行形态拟合，得到手指静脉血管网络修复图像；

7)将手指静脉血管网络修复图像作为待匹配图像与数据库中的二值图而进行匹配，当两张图像相似度大于最佳阈值时判定为相似，否则不相似。

在步骤1)中，所述的对手指静脉图像进行边缘检测、截取以及尺寸归一化处理而得到原始手指静脉图像的方法是：利用手指静脉采集设备采集手指静脉图像，然后对所有采集的手指静脉图像进行边缘检测并以宽度最小的边缘为基准截取完整的图像，之后将尺寸归一化为80×220而作为原始手指静脉图像。

在步骤2)中，所述的预处理方法包括简单滤波、图像增强、二值化以及细化处理；其中简单滤波包括背景消除、直方图均衡、中值滤波和归一化处理；

利用手指静脉具有的方向性特征，采用3尺度8方向的Gabor滤波器组对手指静脉滤波图像进行增强，以获取稳定的手指静脉血管网络信息；偶对称Gabor滤波器的表达式如式(1)所示：