面向身份識(shí)別的掌紋特征提取和匹配方法研究.pdf

1、生物識(shí)別技術(shù)是一種根據(jù)人的生理特征或行為特征來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)，它以人的生物特征數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以信息處理技術(shù)為手段，具有安全性、有效性和易用性等特點(diǎn)，受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。目前已有多種生物特征被用于身份識(shí)別，其中指紋、人臉、虹膜、簽名等已經(jīng)得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。
　　作為一種相對(duì)較新的生物特征識(shí)別技術(shù)，掌紋識(shí)別一經(jīng)提出就獲得了廣泛的關(guān)注。相比于其它的生物識(shí)別技術(shù)，掌紋識(shí)別有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，相比于指紋，掌紋擁有更大的面積

2、以及更為豐富的紋理信息，只需要較低分辨率的采集設(shè)備就可以構(gòu)建高性能的身份識(shí)別系統(tǒng)；相比于人臉識(shí)別，掌紋識(shí)別能輕易地區(qū)分雙胞胎；相比于虹膜，掌紋采集設(shè)備的價(jià)格更為低廉；相比于簽名，掌紋更加穩(wěn)定可靠。因此，掌紋識(shí)別是一種有著廣泛應(yīng)用前景的生物識(shí)別方法，是近年來(lái)生物識(shí)別領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　掌紋識(shí)別系統(tǒng)大體上可以分為四個(gè)模塊：圖像采集，預(yù)處理，特征提取和特征匹配，其中特征提取和特征匹配最為關(guān)鍵。圍繞著這兩個(gè)模塊，在對(duì)掌紋識(shí)別進(jìn)展的

3、總結(jié)和主要掌紋識(shí)別方法評(píng)測(cè)的基礎(chǔ)上，從提高系統(tǒng)的識(shí)別精度和響應(yīng)速度出發(fā)，本文對(duì)系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了一系列解決方案，具體內(nèi)容如下：
　　(1)競(jìng)爭(zhēng)編碼的濾波器方向選擇方法：競(jìng)爭(zhēng)編碼方法中采用六個(gè)不同方向的Gabor濾波器提取方向特征，但在濾波器的設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有考慮掌紋的方向分布特點(diǎn)。為此，基于實(shí)際掌紋庫(kù)的方向分布信息，提出了基于改進(jìn)模糊 C均值(FCM)算法的濾波器方向選擇方法。同時(shí)考慮到競(jìng)爭(zhēng)編碼中對(duì)任意兩相鄰方

4、向等角度間隔的要求，將其形式化為一個(gè)調(diào)節(jié)項(xiàng)加入到 FCM算法的目標(biāo)函數(shù)中，并給出了新的推導(dǎo)規(guī)則。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的FCM算法求得的方向具有更好的表示能力，將其作為Gabor濾波器的方向可以提高競(jìng)爭(zhēng)編碼的精度。
　　(2)基于可調(diào)控濾波器的掌紋特征提?。禾岢鲆环N基于可調(diào)控濾波器的方向特征和主線特征提取方法。相比于常用的基于濾波器組的方向特征提取方法，該方法計(jì)算量固定，且提取的方向特征更加精細(xì)。相比于已有的基于有限Radon變換的掌紋

5、主線特征提取方法，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，效率更高。
　　(3)廣義角度距離：基于連續(xù)值表示的方向特征，探索更加適宜于掌紋識(shí)別的距離度量方式。提出了廣義的角度距離，并將其推廣到離散情況。分析表明文獻(xiàn)中已有的兩種距離度量方式都屬于廣義角度距離的特殊情況。為了使該距離度量方式更具有實(shí)用價(jià)值，提出了一種新的編碼方法，實(shí)現(xiàn)了基于查找表的快速匹配。
　　(4)不損失精度的掌紋快速辨識(shí)方法：掌紋辨識(shí)系統(tǒng)中通常采用逐一匹配的方式。為了在保證精度的

6、前提下提高辨識(shí)的速度，提出基于競(jìng)爭(zhēng)編碼和覆蓋樹的快速辨識(shí)方法。提出了一種等價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)編碼匹配方案，使其距離度量滿足覆蓋樹的測(cè)度要求，從而將兩種方法相結(jié)合。在此基礎(chǔ)上，提出基于手掌樹的快速辨識(shí)方法及其改進(jìn)方法，通過(guò)同一手掌多個(gè)模板間的距離關(guān)系構(gòu)建樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在辨識(shí)過(guò)程中可以減少不必要的匹配，從而加快辨識(shí)的速度。
　　(5)掌紋配準(zhǔn)和匹配算法：經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的掌紋圖像通常仍會(huì)有一定程度的旋轉(zhuǎn)和非線性形變，這將對(duì)同一手掌的模板間的匹配造成