融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精的指紋識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法。所述方法包括如下步驟：a)構(gòu)建包含三級(jí)指紋特征的高分辨率指紋圖像數(shù)據(jù)庫；b)標(biāo)定所采集的指紋圖像中的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征和三級(jí)特征；c)判斷所采集的指紋圖像中包含的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征數(shù)量是否小于閾值,若是則進(jìn)入步驟e；否則進(jìn)入步驟d；d)采用所述細(xì)節(jié)點(diǎn)特征對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初步檢索匹配，求出匹配分?jǐn)?shù)高的第一候選指紋集；e)使用三級(jí)特征進(jìn)行精確匹配，求出匹配分?jǐn)?shù)高的第二候選指紋集；f)將所采集指紋圖像與所述第二候選指紋集中的指紋進(jìn)行確認(rèn)。本發(fā)明能夠在兼顧效率的前提下，實(shí)現(xiàn)高精的指紋檢索匹配精度。
【專利說明】融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精的指紋識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及指紋鑒定領(lǐng)域，特別是一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]指紋識(shí)別技術(shù)以其易使用、高準(zhǔn)確和低成本等特性在眾多的生物識(shí)別技術(shù)中備受關(guān)注，已經(jīng)成為身份認(rèn)證最有效的手段之一，在公共信息安全、刑事偵查、電子商務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)指紋識(shí)別系統(tǒng)以指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)(即二級(jí)特征)作為唯一標(biāo)識(shí)指紋的特征，在中小數(shù)據(jù)庫規(guī)模情況下能取得較好的指紋檢索匹配精度。
[0003]當(dāng)前警用自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)(AFIS)系統(tǒng)主要利用的是指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征來對(duì)數(shù)據(jù)庫中的指紋進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。圖1示意性示出了目前的利用指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征來進(jìn)行指紋識(shí)別的流程圖，如圖1所示，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)提取的一枚指紋(即檢材)，偵查技術(shù)人員手動(dòng)標(biāo)定指紋圖像中的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征，并把標(biāo)定結(jié)果輸入AFIS系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)在指紋數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)檢索匹配采集到的現(xiàn)場(chǎng)指紋；AFIS系統(tǒng)按匹配分?jǐn)?shù)由高到低輸出匹配候選指紋集；之后，偵查技術(shù)人員再手動(dòng)一一匹配現(xiàn)場(chǎng)指紋和AFIS系統(tǒng)輸出匹配候選指紋集中的前N枚指紋。評(píng)價(jià)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)性能的指標(biāo)主要有兩個(gè):系統(tǒng)檢索時(shí)耗和檢索精度。一般來說，系統(tǒng)檢索時(shí)耗越小越好，檢索精度越大越好。然而，我國刑事備案指紋數(shù)據(jù)庫規(guī)模日益龐大，已達(dá)到并超過千萬人級(jí)規(guī)模。在千萬人級(jí)以上的大規(guī)模數(shù)據(jù)庫中精準(zhǔn)檢索匹配輸入指紋圖像，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件條件和指紋識(shí)別算法提出了更高的要求。如何研究下一代自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模數(shù)據(jù)庫中對(duì)輸入指紋的精確查找匹配，是當(dāng)前維護(hù)社會(huì)公共安全領(lǐng)域亟待解決的問題。
[0004]開發(fā)利用三級(jí)指紋特征為研究高精指紋識(shí)別算法提供了可行途徑。指紋三級(jí)特征指的是指紋圖像中汗孔、紋線邊緣、細(xì)點(diǎn)線、疤痕等更加細(xì)節(jié)的特征信息。相比于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征，指紋三級(jí)特征包含的信息更加豐富。圖2示意性示出了以捺印方式采集的指紋圖像與現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像的對(duì)比圖。其中，圖2a表示一枚現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像，圖2b表示一枚以捺印方式采集的指紋圖像。從圖中可以看出，非捺印(現(xiàn)場(chǎng))指紋圖像中細(xì)節(jié)點(diǎn)特征數(shù)量有限，如果單純依賴二級(jí)特征，不能對(duì)該指紋進(jìn)行鑒定，而如果利用指紋中豐富的三級(jí)特征，就很容易與右圖中的指紋進(jìn)行匹配?？梢娙?jí)特征對(duì)于提高指紋指紋識(shí)別的精度具有重要的價(jià)值。
[0005]基于高分辨率指紋圖像的三級(jí)特征及其它擴(kuò)展特征的研究在國際上受到了廣泛的關(guān)注。2005年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所明確提出:指紋圖像分辨率最少要達(dá)到1000dpi，美國聯(lián)邦調(diào)查局在AFIS標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)該加入三級(jí)指紋特征。2007年美國著名科學(xué)家Anil K.Jain在模式識(shí)別領(lǐng)域的頂級(jí)期刊IEEETRANSACTIONS ON PATTERNANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE 上發(fā)表長文《Poresand ridges:high_resolution fingerprint matching using level Matching UsingLevel3Features》論證了應(yīng)用三級(jí)特征進(jìn)行指紋識(shí)別可能性和優(yōu)越性。同時(shí)，隨著指紋采集技術(shù)的發(fā)展，IOOOdpi分辨率的活體指紋采集儀已經(jīng)逐漸進(jìn)入商用，現(xiàn)場(chǎng)潛在指紋顯現(xiàn)技術(shù)的不斷發(fā)展也使得現(xiàn)場(chǎng)指紋的顯出質(zhì)量有效提高，“502”熏顯及納米材料等顯現(xiàn)技術(shù)使得顯現(xiàn)出的指紋能夠反映三級(jí)特征，限制指紋三級(jí)特征應(yīng)用的采集瓶頸已經(jīng)被打破。隨著高分辨率指紋圖像采集技術(shù)的進(jìn)步以及我國指紋數(shù)據(jù)庫的不斷擴(kuò)容，高分辨率指紋三級(jí)特征的鑒定價(jià)值將逐漸凸顯。
[0006]因此，需要一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法，來提高指紋識(shí)別的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法，所述方法包括如下步驟:a)構(gòu)建包含三級(jí)指紋特征的高分辨率指紋圖像數(shù)據(jù)庫；b)標(biāo)定所采集的指紋圖像中的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征和三級(jí)特征；c)判斷所采集的指紋圖像中包含的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征數(shù)量是否小于閾值，若是則進(jìn)入步驟e ;否則進(jìn)入步驟d ;d)采用所述細(xì)節(jié)點(diǎn)特征對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初步檢索匹配，在匹配結(jié)果中按細(xì)節(jié)點(diǎn)指紋匹配算法得出匹配分?jǐn)?shù)由高到低取得第一候選指紋集；e)使用三級(jí)特征進(jìn)行精確匹配，在匹配結(jié)果中-按精確匹配算法得出匹配分?jǐn)?shù)由高到低取得第二候選指紋集；f)將所采集指紋圖像與所述第二候選指紋集中的指紋進(jìn)行確認(rèn)。
[0009]優(yōu)選地，所述三級(jí)特征包括指紋圖像中的汗孔、紋線邊緣、細(xì)點(diǎn)線、以及疤痕。
[0010]優(yōu)選地，所述 三級(jí)特征的表達(dá)方式為三維向量(Xi，Yi, Θ J，其中，(Xi, Yi)表示所述三級(jí)特征所在坐標(biāo)，Θ i表示所述三級(jí)特征沿指紋的紋線的順時(shí)針切片方向。
[0011]優(yōu)選地，在步驟 d中，所述第一候選指紋集的指紋數(shù)量大于2000。
[0012]優(yōu)選地，在步驟e中，所述第二候選指紋集的指紋數(shù)量小于10。
[0013]優(yōu)選地，在步驟e中，所述精確匹配為融合了細(xì)節(jié)點(diǎn)特征和三級(jí)特征的指紋精確匹配。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟e中計(jì)算所述指紋的匹配分?jǐn)?shù)的步驟如下:
[0015]el)依據(jù)所述現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像和所述三級(jí)指紋特征數(shù)據(jù)庫中的指紋圖像的細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配結(jié)果，采用仿射變換原理，對(duì)所述兩個(gè)圖像做圖像對(duì)齊操作；
[0016]e2)對(duì)于所述現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像中的每一個(gè)三級(jí)特征點(diǎn)，在所述三級(jí)指紋特征數(shù)據(jù)庫中的指紋圖像中查詢是否存在與之相匹配的三級(jí)特征點(diǎn)。若存在一對(duì)相匹配的三級(jí)特征
點(diǎn)，則記附加分其中a表示所述兩個(gè)圖像間相匹配的三級(jí)特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)；b表示
相匹配細(xì)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；S為加分系數(shù)；
[0017]e3)按照如下公式計(jì)算所述兩個(gè)指紋的匹配分?jǐn)?shù):
[0018]
【權(quán)利要求】
1.一種融合二級(jí)和三級(jí)特征的由粗到精指紋識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟: a)構(gòu)建包含三級(jí)指紋特征的高分辨率指紋圖像數(shù)據(jù)庫； b)標(biāo)定所采集的指紋圖像中的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征和三級(jí)特征； c)判斷所采集的指紋圖像中包含的細(xì)節(jié)點(diǎn)特征數(shù)量是否小于閾值，若是則進(jìn)入步驟e ;否則進(jìn)入步驟d ； d)采用所述細(xì)節(jié)點(diǎn)特征對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行初步檢索匹配，在匹配結(jié)果中按細(xì)節(jié)點(diǎn)指紋匹配算法得出匹配分?jǐn)?shù)由高到低取得第一候選指紋集； e)使用三級(jí)特征進(jìn)行精確匹配，在匹配結(jié)果中-按精確匹配算法得出匹配分?jǐn)?shù)由高到低取得第二候選指紋集； f)將所采集指紋圖像與所述第二候選指紋集中的指紋進(jìn)行確認(rèn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三級(jí)特征包括指紋圖像中的汗孔、紋線邊緣、細(xì)點(diǎn)線、以及疤痕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三級(jí)特征的表達(dá)方式為三維向量(Xi, Yil Qi),其中，(Xi，Yi)表示所述三級(jí)特征所在坐標(biāo)，Θ i表示所述三級(jí)特征沿指紋的紋線的順時(shí)針切片方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟d中，所述第一候選指紋集的指紋數(shù)量大于2000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟e中，所述第二候選指紋集的指紋數(shù)量小于10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟e中，所述精確匹配為融合了細(xì)節(jié)點(diǎn)特征和三級(jí)特征的指紋精確匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述步驟e中計(jì)算所述指紋的匹配分?jǐn)?shù)的步驟如下: el)依據(jù)所述現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像和所述三級(jí)指紋特征數(shù)據(jù)庫中的指紋圖像的細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配結(jié)果，采用仿射變換原理，對(duì)所述兩個(gè)圖像做圖像對(duì)齊操作； e2)對(duì)于所述現(xiàn)場(chǎng)指紋圖像中的每一個(gè)三級(jí)特征點(diǎn)，在所述三級(jí)指紋特征數(shù)據(jù)庫中的指紋圖像中查詢是否存在與之相匹配的三級(jí)特征點(diǎn)。若存在一對(duì)相匹配的三級(jí)特征點(diǎn)，則記附加分其中a表示所述兩個(gè)圖像間相匹配的三級(jí)特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)；b表示相匹配細(xì)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在步驟e2中，所述加分系數(shù)的取值范圍是0.05 ~0.1。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，當(dāng)b=0時(shí)，
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，`其特征在于，所述步驟C中的閾值為10。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103714159SQ201310740950
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】唐云祁, 郭威, 丁錳 申請(qǐng)人:中國人民公安大學(xué)