[发明专利]感兴趣区域与方向元素的手指静脉识别方法

摘要

感兴趣区域与方向元素的手指静脉识别方法。已有的静脉识别算法可分为使用局部特征与全局特征两类，都不能同时解决耗时长、运算量大、图像质量低等问题。本发明的方法包括首先对读取的手指静脉图像利用基于旋转校正的感兴趣区域提取方法提取出感兴趣区域，然后，采用指静脉纹路上像素点的梯度大小和方向构造矢量来表征所述的感兴趣区域静脉纹路的方向特征，并将所述的方向特征与图像子块的隶属度相结合构，造出静脉图像的特征向量；最后在指静脉匹配阶段，采用互相关系数来衡量不同线性特征矢量的相似性，得出匹配结果。本发明用于手指静脉识别。

主权项

一种基于感兴趣区域与方向元素的手指静脉识别方法，其特征是： 首先对读取的手指静脉图像利用基于旋转校正的感兴趣区域提取方法提取出感兴趣区域；在此基础上，采用指静脉纹路上像素点的梯度大小和方向构造矢量来表征静脉纹路的方向特征，并将该特征与图像子块的隶属度相结合构造出静脉图像的特征向量；从而基于方向元素描述指静脉特征，随后对指静脉轮廓图像进行模糊划分，最后在指静脉匹配阶段，采用互相关系数来衡量不同线性特征矢量的相似性，得出匹配结果；所述的基于方向元素描述指静脉特征，具体如下：首先将像素点的方向进行离散化，设计出计算像素点的方向模板，从而计算出每个像素点的方向；由于静脉纹路上的像素点与同一纹路垂直方向上的灰度差别最大，而与同一纹路同一方向上的点之间的灰度差别最小，根据这一原理求出像素点方向的步骤如下：首先，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；再将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，值最大的方向组中的两个垂直方向和+4为像素点可能的静脉纹路方向；最后将和+4中灰度平均值与像素点的灰度值接近的方向设为像素点的纹路方向，即：对于大小为的指静脉图像，首先利用导数算子求出图像像素点灰度沿水平与垂直两个方向的偏导数与，然后利用Canny算子计算像素点的梯度幅值和角度幅值e如下：其中，，，；按照Canny算子提取图像轮廓的原理，对在e的方向上进行极大值压缩，并将梯度幅值小于某个阈值的极大值点置为零，这样，中就只剩下静脉纹路轮廓像素点的幅值了，将静脉纹路的像素点的方向定义为垂直于该点的梯度方向，即：其中，为像素点的梯度方向角度，显然；在图像中所有方向元素的论域中定义0°、45°、90°及135°四个模糊方向元素集合，上述四个模糊方向的半开型隶属度函数定义如下：对于每个轮廓像素点将其代入上述四个隶属度函数中，至少有两个值为0，并且上述四个隶属度函数的平方和为1，由此定义出每个像素点对应的特征矢量为：该特征矢量不但含有指静脉纹路上的方向信息，而且还含有这些纹路的强度信息，将得到的轮廓点图像分成个子块，记为，至此，基于方向元素的指静脉特征描述如下：所述的对指静脉轮廓图像进行模糊划分，即在分块时使每个图像子块与其相邻的块有重叠的像素点，重叠点的个数与模糊块的边长有关，这样模糊块之间就不存在明确的边界，避免了明确分块存在的问题，从而对图像的平移与旋转具有一定的鲁棒性，具体如下；根据每个像素点到模糊子块中心的距离大小来确定该像素点属于该子块的隶属度，隶属度计算准则如下：其中，为每个模糊子块的中心点的横纵坐标，为子块的边长；对每个模糊子块，定义一个四维向量，是该块中所有点的总能量：其中，为指静脉图像大小，为像素点的梯度幅值，为像素点方向隶属度函数，其中，为模糊块的隶属度函数，则图像中所有的块对应的向量组成一个维的特征向量；为了减少光照变化的影响，对进行如下的归一化处理：由上式可知，特征向量能反映指静脉纹路在静脉图像各个区域四个不同方向上的强度，即同时包含了静脉纹路的强度信息和结构信息；所述的基于旋转校正的感兴趣区域提取方法是在感兴趣区域提取前先对手指静脉图像进行旋转校正，在旋转校正的基础上依据手指各个部位对近红外光线穿透能力的不同提取出图像的感兴趣区域，具体方法为：(1) 旋转校正通过图像前景区域的质心进行旋转校正，在取出手指区域后，计算目标图像即手指区域图像的质心，其计算公式如下：其中，表示图像中第个像素的横坐标，表示图像中第个元素的纵坐标，表示图像的宽，表示图像的高，表示图像中属于手指的区域；在得到图像质心后，找到手指轮廓图像的最后一列所在直线段的中点坐标O，连接质心点C和点O，计算直线与水平方向线的夹角即旋转角度a：其中，分别为点C和点O的横纵坐标值，当a>0，即时，对图像进行顺时针旋转；当a<0，即时，对图像进行逆时针旋转；当a=0，即时，不对图像进行旋转操作；(2) 感兴趣区域确定首先，将整个图像区域向竖直方向进行投影，计算图像中每列像素点的灰度值的总和：其中，为图像上的第i行第j列上的像素点的灰度值，H为图像的高度；在竖直方向投影上，在的像素区间内找到平均值最大的区域，将此区域的中点b作为分割的关节点，则图像感兴趣区域竖直方向左侧的分割线取为，根据左侧分割线确定出右侧分割线为，式中d表示两条竖直平行直线、之间的距离，即图像感兴趣区域的横向宽度；再将手指轮廓上、下边缘的内切线、与、相交形成一个封闭的矩形区域即为提取出的手指静脉的感兴趣区域。