專利名稱：指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及指紋識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種針對指紋識(shí)別系統(tǒng)的作弊行為的視覺監(jiān)控方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于指紋的唯一性和終生不變性，通過指紋圖像進(jìn)行身份認(rèn)證和辨識(shí)的方法已經(jīng)有了很長的發(fā)展歷史。隨著自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)日益成熟，目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于刑偵、出入境管理、便攜電子設(shè)備的使用控制、重要場所的門禁系統(tǒng)等。但是，隨著指紋識(shí)別技術(shù)的大量成功應(yīng)用，針對指紋識(shí)別系統(tǒng)的作弊行為也日益猖獗。按照應(yīng)用場合的不同，指紋識(shí)別系統(tǒng)可以分為白名單和黑名單兩類。白名單系統(tǒng)包括便攜電子設(shè)備的使用控制、重要場所的門禁系統(tǒng)等。對于這類系統(tǒng)的作弊方法主要是盜用合法用戶的指紋，制作偽指紋以冒充合法用戶，欺騙系統(tǒng)。黑名單系統(tǒng)包括敏感職業(yè)的雇員犯罪記錄檢查、出入境管理中的恐怖分子排查等。黑名單指紋識(shí)別系統(tǒng)需要檢查待查人員是否在黑名單上。在黑名單上的人員往往會(huì)作弊以便避免被系統(tǒng)查出其身份。由于指紋數(shù)據(jù)庫十分龐大，為了提高查找速度，往往要求待查者按規(guī)定的順序按各個(gè)手指的指紋。作弊者只要打亂手指順序，或者按掌紋，就可以達(dá)到欺騙系統(tǒng)的目的。由于掌紋的局部跟指紋非常相似， 而且從指紋本身·難以推斷指位，現(xiàn)有指紋識(shí)別系統(tǒng)的指紋質(zhì)量評(píng)價(jià)軟件無法自動(dòng)檢測這種作弊行為。目前，主要是依靠人力來防止針對黑名單指紋識(shí)別系統(tǒng)的這種作弊行為，比如讓工作人員仔細(xì)地監(jiān)控整個(gè)指紋采集過程。但是這種解決方法沒有辦法適應(yīng)日漸增長的應(yīng)用要求，依靠人力監(jiān)控花費(fèi)較大，而且可能出現(xiàn)懈怠和舞弊行為。因此，迫切需要一種指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法及其設(shè)備，以檢測針對黑名單指紋識(shí)別系統(tǒng)的作弊行為。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種能夠檢測針對黑名單指紋識(shí)別系統(tǒng)的作弊行為的指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法及其設(shè)備。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法，該方法包括步驟10，獲取在指紋采集過程中指紋采集設(shè)備周圍的圖像；步驟20，從所述圖像中提取手部區(qū)域圖像；步驟30，將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指分離的手部輪廓曲線；步驟40，依次查詢所述手指分離的手部輪廓曲線的各點(diǎn)中滿足徑向距離為極值的極值點(diǎn)，將所述極值點(diǎn)按照查詢到的先后順序排列以生成極值點(diǎn)集合，其中所述徑向距離為所述手部輪廓曲線上的點(diǎn)到掌心的距離；步驟50，基于所述極值點(diǎn)集合獲取以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合，其中所述指谷為手指與手指之間縫隙的端部；步驟60，基于所述與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合來確定采集到的指紋所屬的指位。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，在所述步驟20中，利用背景差法從所述圖像中去除背景區(qū)域圖像以得到前景區(qū)域圖像；依據(jù)色調(diào)、飽和度和亮度從所述前景區(qū)域圖像中去除陰影區(qū)域以得到手部區(qū)域圖像。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，在所述步驟30中，還包括檢測所述手部區(qū)域圖像中是否存在并攏的手指，若不存在，則直接將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指分離的手部輪廓曲線。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，通過檢測所述手部區(qū)域圖像中是否存在灰度值低于所述手部區(qū)域圖像的平均灰度值的直線、來檢測是否存在并攏的手指。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，在所述步驟30中，若存在并攏的手指時(shí)， 則進(jìn)行以下步驟步驟311，將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指未分離的手部輪廓曲線；步驟 312，依次查詢所述手指未分離的手部輪廓曲線的各點(diǎn)中滿足第一預(yù)設(shè)條件的點(diǎn)，以得到指縫候選起始點(diǎn)集合；步驟313，基于主動(dòng)輪廓模型從所述指縫候選起始點(diǎn)集合中選擇滿足第二預(yù)設(shè)條件的指縫起始點(diǎn)來確定并攏的手指間的指縫；步驟314，基于確定的指縫來得到手指分離的手部輪廓曲線。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，所述第一預(yù)設(shè)條件為徑向距離為極小值且徑向距離為大于等于第一設(shè)定閾值；所述第二預(yù)設(shè)條件為線段的長度大于等于第二設(shè)定閾值且所述線段向掌心延伸，所述線段為依據(jù)主動(dòng)輪廓模型，以各指縫起始點(diǎn)為始點(diǎn)所形成的線段， 其中，所述徑向距離為所述手指未分離的手部輪廓曲線上的點(diǎn)到掌心的距離。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，在所述步驟50中，通過如下步驟來得到以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合步驟501，將所述極值點(diǎn)集合中與手腕位置對應(yīng)的手腕極值點(diǎn)刪除，將刪除所有手腕極值點(diǎn)后的極值點(diǎn)首尾相鄰，將與所述手腕極值點(diǎn)相鄰的非手腕極值點(diǎn)作為排序第一的極值點(diǎn)，其他極值點(diǎn)依次排序以重新確定極值點(diǎn)集合；步驟511，判斷在所述極值點(diǎn)集合中各極大值點(diǎn)和各極小值點(diǎn)是否交替排列，若判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟512;步驟512，在所述極值點(diǎn)集合中各所述極值點(diǎn)逐一基于其他極值點(diǎn)的直線距離方差和索引距離方差、以及所述極值點(diǎn)集合中所有極值點(diǎn)的直線距離的方差和索引距離的方差、以得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值，其中所述索引距離為極值點(diǎn)之間沿著所述手部輪廓曲線的路徑；步驟513，所述極值點(diǎn)集合中各所述極值點(diǎn)逐一基于各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值、以得到各所述極值點(diǎn)的能量值；步驟514，將所述能量值最大的極值點(diǎn)從極值點(diǎn)集合中刪除以重新確定極值點(diǎn)集合，若極值點(diǎn)集合滿足第三預(yù)設(shè)條件，則將該極值點(diǎn)集合作為以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合，結(jié)束操作，否則返回所述步驟511。根據(jù)本發(fā)明另一方面的視覺監(jiān)控方法，在所述步驟512中，各所述極值點(diǎn)分別通過如下表達(dá)式來得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值Sf = var(d(Lt)) — var Z/ — Ri)), (i = I,/Vt)Δ· = Var(Z)(Lt)) — var(Z)(Z/ — Tii)), (i = I,... ,Nt)
其中
權(quán)利要求
1.一種指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法，其特征在于，包括步驟10，獲取在指紋采集過程中指紋采集設(shè)備周圍的圖像；步驟20，從所述圖像中提取手部區(qū)域圖像；步驟30，將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指分離的手部輪廓曲線；步驟40，依次查詢所述手指分離的手部輪廓曲線的各點(diǎn)中滿足徑向距離為極值的極值點(diǎn)，將所述極值點(diǎn)按照查詢到的先后順序排列以生成極值點(diǎn)集合，其中所述徑向距離為所述手部輪廓曲線上的點(diǎn)到掌心的距離；步驟50，基于所述極值點(diǎn)集合獲取以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合，其中所述指谷為手指與手指之間縫隙的端部；步驟60，基于所述與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合來確定采集到的指紋所屬的指位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟20中，利用背景差法從所述圖像中去除背景區(qū)域圖像以得到前景區(qū)域圖像；依據(jù)色調(diào)、飽和度和亮度從所述前景區(qū)域圖像中去除陰影區(qū)域以得到手部區(qū)域圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟30中，還包括檢測所述手部區(qū)域圖像中是否存在并攏的手指，若不存在，則直接將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指分離的手部輪廓曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過檢測所述手部區(qū)域圖像中是否存在灰度值低于所述手部區(qū)域圖像的平均灰度值的直線、來檢測是否存在并攏的手指。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟30中，若存在并攏的手指時(shí)，則進(jìn)行以下步驟步驟311，將所述手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指未分離的手部輪廓曲線；步驟312，依次查詢所述手指未分離的手部輪廓曲線的各點(diǎn)中滿足第一預(yù)設(shè)條件的點(diǎn)， 以得到指縫候選起始點(diǎn)集合；步驟313，基于主動(dòng)輪廓模型從所述指縫候選起始點(diǎn)集合中選擇滿足第二預(yù)設(shè)條件的指縫起始點(diǎn)來確定并攏的手指間的指縫；步驟314，基于確定的指縫來得到手指分離的手部輪廓曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)條件為徑向距離為極小值且徑向距離為大于等于第一設(shè)定閾值；所述第二預(yù)設(shè)條件為線段的長度大于等于第二設(shè)定閾值且所述線段向掌心延伸，所述線段為依據(jù)主動(dòng)輪廓模型，以各指縫起始點(diǎn)為始點(diǎn)所形成的線段，其中，所述徑向距離為所述手指未分離的手部輪廓曲線上的點(diǎn)到掌心的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟50中，通過如下步驟來得到以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合步驟501，將所述極值點(diǎn)集合中與手腕位置對應(yīng)的手腕極值點(diǎn)刪除，將刪除所有手腕極值點(diǎn)后的極值點(diǎn)首尾相鄰，將與所述手腕極值點(diǎn)相鄰的非手腕極值點(diǎn)作為排序第一的極值點(diǎn)，其他極值點(diǎn)依次排序以重新確定極值點(diǎn)集合；步驟511，判斷在所述極值點(diǎn)集合中各極大值點(diǎn)和各極小值點(diǎn)是否交替排列，若判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入步驟512;步驟512，在所述極值點(diǎn)集合中各所述極值點(diǎn)逐一基于其他極值點(diǎn)的直線距離方差和索引距離方差、以及所述極值點(diǎn)集合中所有極值點(diǎn)的直線距離的方差和索引距離的方差、 以得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值，其中所述索引距離為極值點(diǎn)之間沿著所述手部輪廓曲線的路徑；步驟513，所述極值點(diǎn)集合中各所述極值點(diǎn)逐一基于各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值、以得到各所述極值點(diǎn)的能量值；步驟514，將所述能量值最大的極值點(diǎn)從極值點(diǎn)集合中刪除以重新確定極值點(diǎn)集合，若極值點(diǎn)集合滿足第三預(yù)設(shè)條件，則將該極值點(diǎn)集合作為以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合，結(jié)束操作，否則返回所述步驟511。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟512中，各所述極值點(diǎn)分別通過如下表達(dá)式來得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值和索引距離方差變化值
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟513中，各所述極值點(diǎn)分別通過如下表達(dá)式來得到各所述極值點(diǎn)的能量值
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，若在步驟511中，所述極值點(diǎn)集合中各極大值點(diǎn)和各極小值點(diǎn)是交替排列，則進(jìn)入步驟522 ；步驟522，所述極值點(diǎn)集合中各相鄰極值點(diǎn)對、逐對基于其他極值點(diǎn)的索引距離方差以及所述極值點(diǎn)集合中所有極值點(diǎn)的索引距離的方差、以得到各所述相鄰極值點(diǎn)對的索引距離方差變化值，其中所述索引距離為極值點(diǎn)之間沿著所述手部輪廓曲線的路徑；步驟523，在所述極值點(diǎn)集合中各所述極值點(diǎn)逐一基于其他極值點(diǎn)的直線距離方差以及所述極值點(diǎn)集合中所有極值點(diǎn)的直線距離的方差、以得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值；步驟524，所述極值點(diǎn)集中各相鄰極值點(diǎn)對、逐對基于各相鄰極值點(diǎn)對的索引距離方差變化值和所述各相鄰極值點(diǎn)對中的各個(gè)相應(yīng)的極值點(diǎn)的直線距離的方差、以得到各所述相鄰極值點(diǎn)對的能量值；步驟525，將所述能量值最大的相鄰極值點(diǎn)對從極值點(diǎn)集合中刪除以重新確定極值點(diǎn)集合，若極值點(diǎn)集合滿足第三預(yù)設(shè)條件，則將該極值點(diǎn)集合作為以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合，結(jié)束操作，否則返回所述步驟511。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟522中，各相鄰極值點(diǎn)對分別通過如下表達(dá)式來得到各所述相鄰極值點(diǎn)對的索引距離方差變化值
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟523中，各所述極值點(diǎn)通過如下表達(dá)式來得到各所述極值點(diǎn)的直線距離方差變化值
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述步驟524中，各所述相鄰極值點(diǎn)對分別通過如下表達(dá)式來得到各所述極值點(diǎn)對的能量值
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13任一項(xiàng) 所述的方法，其特征在于，所述第三預(yù)設(shè)條件為所述極值點(diǎn)集合由5個(gè)極大值點(diǎn)和4個(gè)極小值點(diǎn)組成，且極大值點(diǎn)和極小值點(diǎn)相互交替排列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述步驟60中，通過基于由5個(gè)極大值點(diǎn)和4個(gè)極小值點(diǎn)極值點(diǎn)集合中的排序第1、2和3位的極值點(diǎn)以及排序第7、8和9位的極值點(diǎn)來確定采集到的指紋所屬的指位。
16.一種指紋采集過程中的視覺監(jiān)控設(shè)備，其特征在于，所述指紋采集過程中的視覺監(jiān)控設(shè)備通過執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至15中任一項(xiàng)所述的方法來確定采集到的指紋所屬的指位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種指紋采集過程中的視覺監(jiān)控方法，該方法包括獲取在指紋采集過程中指紋采集設(shè)備周圍的圖像；從圖像中提取手部區(qū)域圖像；將手部區(qū)域圖像轉(zhuǎn)換為手指分離的手部輪廓曲線；依次查詢手指分離的手部輪廓曲線的各點(diǎn)中滿足徑向距離為極值的極值點(diǎn)，將極值點(diǎn)按照查詢到的先后順序排列以生成極值點(diǎn)集合，其中徑向距離為所述手部輪廓曲線上的點(diǎn)到掌心的距離；基于極值點(diǎn)集合獲取以手的手指位置為順序排列的、與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合；基于與指尖和指谷對應(yīng)的極值點(diǎn)集合來確定采集到的指紋所屬的指位。本發(fā)明方法通過對采集指紋時(shí)的圖像的分析來判斷采集到的紋理所屬的指位，有效地減少作弊行為對系統(tǒng)的影響。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102722701SQ201210165778
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者馮建江, 周杰, 蘇毅婧 申請人:清華大學(xué)