專利名稱：在線手背靜脈識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人體生物身份識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在線的手背靜 脈識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
人體生物身份識(shí)別是基于人體的生物特征如人體本身固有紋理特征 (如虹膜，指紋，掌紋以及臉部等)或者行為特征(如簽名，鍵盤打字，聲音 以及書信等)來(lái)鑒別生物個(gè)體?；谏梭w靜脈識(shí)別是一項(xiàng)新的非接觸式 生物特征識(shí)別技術(shù)，它在安全保護(hù)和身份認(rèn)證領(lǐng)域都有廣泛用途。靜脈識(shí)
別的發(fā)展開始于2000年前后，系統(tǒng)開發(fā)還不夠成熟和完善，但是這些都不 妨礙研究人員對(duì)其的濃厚興趣。憑借著人類活體靜脈獨(dú)一無(wú)二、安全可靠 的特性，杜絕了造假或剽竊的可能性。而且在商業(yè)化實(shí)踐的過(guò)程中，我們 還發(fā)現(xiàn)其相對(duì)于其他生物特征識(shí)別技術(shù)而言，工作穩(wěn)定，使用便捷舒適的 優(yōu)點(diǎn)，所有這些都更激發(fā)了人們探索和完善這項(xiàng)技術(shù)的渴望。
目前靜脈身份認(rèn)證研究應(yīng)用都比較成功的是日本，早在2000年日本日 立公司中心研究實(shí)驗(yàn)室率先成功研制出一種可對(duì)手指靜脈進(jìn)行近紅外成 像的人員識(shí)別系統(tǒng)，這種識(shí)別系統(tǒng)比語(yǔ)音檢測(cè)和臉部認(rèn)識(shí)系統(tǒng)更為精確， 且不會(huì)像指紋識(shí)別、虹膜掃描和視網(wǎng)膜掃描那樣引起傳染或者產(chǎn)生令人不 舒服的感覺(jué)。隨后日本的各大公司以及新加坡，中國(guó)的公司或科研機(jī)構(gòu)都 紛紛投入到靜脈識(shí)別這個(gè)領(lǐng)域來(lái)。雖然手背靜脈身份認(rèn)證系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已有 很多研究，相關(guān)的算法和應(yīng)用已經(jīng)得到了初步的發(fā)展，但是最終的認(rèn)證產(chǎn) 品卻還未能得到廣泛的運(yùn)用，唯一的例子就是由深圳科安信有限公司開 發(fā)，試用于第十一屆世界女子壘球錦標(biāo)賽的手背式靜脈門禁系統(tǒng)
發(fā)明內(nèi)容
。
本發(fā)明的目的在于提供一張?jiān)诰€手背靜脈識(shí)別方法，能夠滿足身份識(shí) 別的要求，識(shí)別性能提高的同時(shí)加快匹配速度，節(jié)約壓縮特征碼的存儲(chǔ)空間。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的它是一種基于靜脈圖像2D Gabor
濾波相位特征的識(shí)別方法，包括以下步驟
(1) 手背靜脈圖像的采集通過(guò)手背靜脈采集儀采集靜脈圖像并存儲(chǔ)；
(2) 手背靜脈圖像的預(yù)處理對(duì)靜脈圖像感興趣區(qū)域提取以及對(duì)提取到 的感興趣區(qū)域進(jìn)行濾波來(lái)去除噪聲；
(3) 手背靜脈的特征提取和編碼對(duì)手背靜脈的圖像進(jìn)行2D Gabor濾 波，對(duì)得到的2D Gabor濾波器的相位特征進(jìn)行編碼；
(4) 靜脈特征的匹配識(shí)別:運(yùn)TO明距離對(duì)特征編碼進(jìn)行匹配和識(shí)別。
本發(fā)明通過(guò)靜脈采集儀采集到手背靜脈圖像，對(duì)圖像進(jìn)行去噪平滑預(yù) 處理，然后對(duì)預(yù)處后的圖像進(jìn)行2DGabor濾波，將得到的2D Gabor系數(shù) 相位特征進(jìn)行二進(jìn)制編碼，運(yùn)用海明距離將得到待識(shí)別圖片的編碼與數(shù)據(jù) 庫(kù)中注冊(cè)的靜脈圖像特征的編碼進(jìn)行匹配和識(shí)別。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于得到識(shí)別性能提高的同時(shí)加快了匹配速度，節(jié)約了 壓縮特征碼的存儲(chǔ)空間。


圖1是本發(fā)明使用的靜脈采集儀的硬件結(jié)構(gòu)框圖2a、 2b、 2c、 2d、 2e、 2f是靜脈圖片預(yù)處理步驟的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
(1) 手背靜脈圖像的采集
結(jié)合附圖1，手背靜脈圖片的采集通過(guò)帶有波長(zhǎng)為850nm的紅外濾光 鏡的低照度黑白CCD攝像機(jī)來(lái)拍攝850nm紅外光照射下的手背靜脈圖 片，采用的是反射光取圖而不是透射光取圖，然后通過(guò)視頻采集卡采集到 PC機(jī)。
(2) 手背靜脈圖像的預(yù)處理和ROI提取
結(jié)合附圖2，本步驟方法分為以下幾步第一步將手背靜脈圖像如附 圖2a進(jìn)行二值化處理得到附圖2b;第二步利用形態(tài)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行邊界
4提取得到附圖2C;第三步依次計(jì)算手背輪廓的點(diǎn)到手腕中心點(diǎn)的距離， 結(jié)果如附圖2d所示，可以得到如圖手背小指和無(wú)名指以及中指和食指之
間的凹點(diǎn)P1，P2;第四步如附圖2e利用上述兩個(gè)凹點(diǎn)P1,P2確定的線段取 200x200像素大小的塊，即得到了本文所需的感興趣區(qū)域。為了去除圖像 噪聲信息，采用了2D的高斯濾波器對(duì)圖像進(jìn)行濾波，采用的高斯濾波器 的標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0，最后預(yù)處理完得到的靜脈圖像樣本如附圖2f所示。 (3)對(duì)得到的手背靜脈圖片的ROI做2D Gabor濾波
在得到的手背靜脈圖片后，對(duì)其進(jìn)行2D Gabor濾波，具體的濾波器 公式如下所示G(u， 6>, /) = g(x '， /) exp[27n/(jc' cos 6> + y' sin 0)] 其中式x' = x cos 0 +少sin 0, _y' = y cos 0 - jc sin 0 ， / = V^T
g(;c'，_y') = (l/2;ro"2)eXp(-(x2+;;2)/2CT2)， cr為高斯函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差，S控制濾 波器的方向，為了保證Gabor特征對(duì)光強(qiáng)具有魯棒性，本文通過(guò)下式調(diào)整 Gabor濾波器的實(shí)部以去除直流分量(DC):
G(x， & /) = G(x，少，A /) - —; "2~~
(2w +1)
其中(2n + l)2是濾波器的大小。
由于2D Gabor的相位編碼的效果取決于Gabor濾波器的參數(shù)e,c7和 u。本文采用的優(yōu)化后的濾波器參數(shù)為，S = ;r/4， u = 0.1和
<t 二 ^(t: + <t， = a/22 + 32 o
(4)對(duì)得到的2D Gabor濾波器的相位特征進(jìn)行編碼。 2D Gabor濾波器的相位信息由如下公式求得
&(x,力=a一(,力-其中"—"表示取共軛。然后利用得到的相位
信息進(jìn)行編碼，對(duì)每一個(gè)特征的相位信息用兩位二進(jìn)制碼(&^,)表示，^和
A,分別是實(shí)部編碼和虛部編碼。具體實(shí)現(xiàn)如下公式所示
= (1 ， 1)，如果0 〈,;c,力〈;r/2 ; = (0 , 1)，如果= (0 ， 0)，如果",x,力〈3;r/2; = (1 , 0)，如果
3;r/2<=A(x，>0< 2;r
(4)運(yùn)用海明距離對(duì)特征編碼進(jìn)行匹配和識(shí)別
假設(shè)P為待識(shí)別的手背靜脈特征碼和Q為數(shù)據(jù)庫(kù)中的任一手背靜脈 特征碼，運(yùn)用海明距離進(jìn)行匹配，具體計(jì)算公式如下所示
f; f; P(,'，力n g(/,力n 力 2"力) "=±U^-^n -
,=1 ./=1
其中n表示"與"運(yùn)算，》表示"異或"運(yùn)算。然后根據(jù)設(shè)定的海明
距離值來(lái)判定是否匹配。
通過(guò)上述步驟就可以構(gòu)成一個(gè)在線的靜脈識(shí)別系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1、一種在線手背靜脈識(shí)別方法，其特征在于，該方法含有以下步驟(1)手背靜脈圖像的采集通過(guò)手背靜脈采集儀采集靜脈圖像并存儲(chǔ)；(2)手背靜脈圖像的預(yù)處理對(duì)手背靜脈圖像的感興趣區(qū)域提取以及對(duì)提取到的感興趣區(qū)域進(jìn)行平滑去噪；(3)手背靜脈的特征提取和編碼對(duì)手背靜脈的圖像進(jìn)行2D Gabor濾波，對(duì)得到的2D Gabor濾波器的相位特征進(jìn)行編碼；(4)靜脈特征的匹配識(shí)別運(yùn)用海明距離對(duì)特征編碼進(jìn)行匹配和識(shí)別。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線靜脈識(shí)別方法，其特征在于所述步驟(2)的平滑去噪采用高斯濾波器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線靜脈識(shí)別方法，其特征在于所述步驟(3)利用2DGabor濾波器濾波后，得到2D Gabor濾波器濾波后的系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線靜脈識(shí)別方法，其特征在于所述步 驟(3)對(duì)得到的2D Gabor濾波器的相位特征進(jìn)行編碼時(shí)首先根據(jù)濾波器系 數(shù)求得2D Gabor濾波器的相位值，然后根據(jù)相位值進(jìn)行編碼，編碼方式 采用兩位二進(jìn)制碼表示。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線靜脈識(shí)別方法，其特征在于所述步 驟(4)是在得到需要認(rèn)證的靜脈圖片的的2D Gabor濾波器相位特征編碼 后，運(yùn)用海明距離與數(shù)據(jù)庫(kù)中的注冊(cè)相位特征碼進(jìn)行匹配及識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明屬于人體生物身份識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在線的手背靜脈識(shí)別方法，本發(fā)明通過(guò)手背靜脈采集儀獲得手背靜脈圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括手背靜脈感興趣區(qū)域提取以及高斯濾波去噪平滑，然后對(duì)預(yù)處理的圖像進(jìn)行2D Gabor濾波，最后對(duì)靜脈圖像的2D Gabor相位特征編碼，并且利用海明距離來(lái)實(shí)現(xiàn)特征匹配。本發(fā)明能夠通過(guò)低質(zhì)量的手背靜脈圖片來(lái)獲得高質(zhì)量的識(shí)別效果，在得到識(shí)別性能的同時(shí)提高了不僅匹配速度，還節(jié)約了壓縮空間。
文檔編號(hào)G06K9/60GK101425134SQ20081020269
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者鄭英杰, 顧曉東 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)