扭曲指紋的合成方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種扭曲指紋的合成方法，包括以下步驟：選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，并根據(jù)參考指紋對指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)；根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場；根據(jù)這些扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型；利用扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，對任意給定的正常指紋合成與該任意指定的正常指紋相關(guān)聯(lián)的多個(gè)扭曲指紋。本發(fā)明提出的方法能夠高效、準(zhǔn)確、大量地合成扭曲指紋，并可減少資源花銷、降低成本。本發(fā)明還提供了一種扭曲指紋的合成系統(tǒng)。
【專利說明】扭曲指紋的合成方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及指紋識別【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種扭曲指紋的合成方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在信息時(shí)代，可靠而易用的身份識別技術(shù)對于國民經(jīng)濟(jì)、國家安全、社會穩(wěn)定具有極其重要的作用。由于傳統(tǒng)的基于證件和口令的身份識別手段存在丟失、遺忘、偽造或者破解的問題，可靠性和易用性差，世界各國都在積極探索基于指紋的身份識別技術(shù)。然而，指紋識別技術(shù)中仍然存在著很多挑戰(zhàn)，尤其是低質(zhì)量指紋識別，其中一個(gè)典型的代表便是扭曲指紋識別。扭曲形成的原因是用戶操作不當(dāng)或者蓄意所為。用戶操作不當(dāng)主要見于身份認(rèn)證系統(tǒng)中，常見的應(yīng)用有重要場所、電腦的訪問控制以及指紋支付等。在此系統(tǒng)中，此缺陷將帶給用戶帶來一些不便，因?yàn)橛脩舨坏貌欢啻螄L試按捺指紋，直到可以通過認(rèn)證。蓄意扭曲指紋主要見于身份辨識系統(tǒng)中，常見的應(yīng)用有黑名單人員識別和身份查重等。由于指紋識別的準(zhǔn)確率很高，為了避免真實(shí)身份被識別，不法分子很可能有意扭曲其指紋。如果不能發(fā)現(xiàn)這種行為，指紋識別系統(tǒng)將形同虛設(shè)，進(jìn)而對社會造成極大危害。鑒于此，研究關(guān)于扭曲指紋問題的意義非常重大。
[0003]指紋扭曲是導(dǎo)致指紋錯(cuò)誤匹配的一個(gè)重要原因。為了更好的研究關(guān)于指紋扭曲的問題，如扭曲檢測、扭曲校正、扭曲匹配等，需要大量的扭曲的指紋。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，直接采集大量的扭曲指紋需要很大的人力花銷和硬件成本，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，極為不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005]為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種扭曲指紋的合成方法，該方法能夠高效、準(zhǔn)確、大量地合成扭曲指紋，并可減少資源花銷、降低成本。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種扭曲指紋合成系統(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提出了一種扭曲指紋的合成方法，包括以下步驟:選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，并根據(jù)所述參考指紋對所述指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)；根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場；根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型；利用所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，對任意給定的正常指紋合成與所述任意給定的正常指紋相關(guān)聯(lián)的多個(gè)扭曲指紋。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法，選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，然后對指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)，并進(jìn)一步得到配準(zhǔn)后的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，依據(jù)扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場統(tǒng)計(jì)模型，通過該扭曲場統(tǒng)計(jì)模型可對任意給定的正常指紋合成大量的扭曲指紋。因此，本發(fā)明的方法能夠高效、準(zhǔn)確、大量地合成扭曲指紋，并可以節(jié)省人力、物力等資源，降低硬件成本。[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0010]在一些示例中,所述參考指紋包括一個(gè)或多個(gè),所述參考指紋為正常指紋。
[0011]在一些示例中，通過視頻追蹤的方法得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。
[0012]在一些示例中，所述根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋和所述正常指紋之間的扭曲場，進(jìn)一步包括:根據(jù)所述細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系對所述正常指紋進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格采樣以得到所述正常指紋的網(wǎng)格向量；通過薄板樣條模型計(jì)算所述扭曲指紋的扭曲網(wǎng)格，并采樣得到所述扭曲指紋的網(wǎng)格向量；根據(jù)所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋的網(wǎng)格向量計(jì)算所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，具體包括:
[0013]Cii = xf - Xn
[0014]其中，Xf為第i個(gè)扭曲指紋的網(wǎng)格向量，xf為第i個(gè)正常指紋的網(wǎng)格向量，Cli為第i個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的第i個(gè)正常指紋之間的扭曲場。
[0015]在一些示例中，所述根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)一步包括:通過PCA對所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，以得到所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型。
[0016]本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提供了一種扭曲指紋的合成系統(tǒng)，包括:配準(zhǔn)模塊，所述配準(zhǔn)模塊用于選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，所述配準(zhǔn)模塊根據(jù)所述參考指紋對所述指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)；扭曲場獲取模塊，所述扭曲場獲取模塊用于根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場；統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊，所述統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊用于根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型；合成模塊，所述合成模塊利用所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，對任意給定的正常指紋合成與所述任意指定的正常指紋相關(guān)聯(lián)的多個(gè)扭曲指紋。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的扭曲指紋的合成系統(tǒng)，選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，然后對指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)，并進(jìn)一步得到配準(zhǔn)后的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，依據(jù)扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場統(tǒng)計(jì)模型，通過該扭曲場統(tǒng)計(jì)模型可對任意給定的正常指紋合成大量的扭曲指紋。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)能夠高效、準(zhǔn)確、大量地合成扭曲指紋，并可以節(jié)省人力、物力等資源，且硬件成本低。
[0018]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的扭曲指紋的合成系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0019]在一些示例中,所述參考指紋包括一個(gè)或多個(gè),所述參考指紋為正常指紋。
[0020]在一些示例中，通過視頻追蹤的方法得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。
[0021 ] 在一些示例中，所述扭曲場獲取模塊用于根據(jù)所述細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系對所述正常指紋進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格采樣以得到所述正常指紋的網(wǎng)格向量，并通過薄板樣條模型計(jì)算所述扭曲指紋的扭曲網(wǎng)格,并采樣得到所述扭曲指紋的網(wǎng)格向量,并根據(jù)所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋的網(wǎng)格向量計(jì)算所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，具體包括:
[0022]d: = xf — xf
[0023]其中，Xf為第i個(gè)扭曲指紋的網(wǎng)格向量，Xn力第i個(gè)正常指紋的網(wǎng)格向量，Cli為第i個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的第i個(gè)正常指紋之間的扭曲場。
[0024]在一些示例中，統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊用于通過PCA對所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，以得到所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型。
[0025]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法的流程圖；
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的合成扭曲指紋的示意圖；以及
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的扭曲指紋的合成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0031]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法及系統(tǒng)。
[0032]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法的流程圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的扭曲指紋的合成方法，包括以下步驟:
[0033]步驟SlOl，選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，并根據(jù)參考指紋對指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)。其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參考指紋包括一個(gè)或多個(gè)，且參考指紋為正常指紋。
[0034]具體而言，在一些示例中，為了實(shí)現(xiàn)扭曲場的統(tǒng)計(jì)建模，首先將所有指紋統(tǒng)一配準(zhǔn)到同一個(gè)坐標(biāo)系下?，F(xiàn)有的指紋配準(zhǔn)方法是多種多樣的，比如基于奇異點(diǎn)、基于焦點(diǎn)等，這些方法都可以用于指紋配準(zhǔn)這一步。但在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用基于參考的指紋配準(zhǔn)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于避免了指紋間奇異點(diǎn)或焦點(diǎn)等分布并不一致的缺陷，也避免了有些指紋的奇異點(diǎn)或焦點(diǎn)難以檢測的缺陷，使得配準(zhǔn)效果更好。其中，參考指紋包括一個(gè)或者多個(gè)指紋，這些指紋為正常指紋。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用了多個(gè)參考指紋。
[0035]步驟S102，根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場。其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過視頻追蹤的方法得到扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。
[0036]具體而言，在一些示例中，為了學(xué)習(xí)指紋的扭曲模型，需要知曉已有的指紋對之間的扭曲場。其中，一個(gè)指紋對包括一個(gè)已配準(zhǔn)扭曲指紋和其對應(yīng)的已配準(zhǔn)正常指紋。這對指紋之間的扭曲場可以利用指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到。但是，由于這對指紋之間存在嚴(yán)重的扭曲，現(xiàn)存的指紋匹配算法難以找到可靠的細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，此階段應(yīng)用的數(shù)據(jù)為指紋序列，并通過視頻追蹤的方法確定可靠的細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。由于相鄰兩幀圖像之間的扭曲比較小，從而在相鄰兩幀中找到可靠的細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系比較容易，因此可靠的細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系可以根據(jù)視頻追蹤的方法得到。另外，由于此階段為離線階段，且準(zhǔn)確的細(xì)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系對扭曲場統(tǒng)計(jì)規(guī)律的確定非常重要，因此引入視頻序列是有必要和可以理解的。
[0037]進(jìn)一步地,在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)?shù)玫揭粚χ讣y(扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋)之間細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系后，可通過薄樣板條模型(TPS)估計(jì)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的幾何變換以及所有點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。為了降低計(jì)算代價(jià)，首先根據(jù)細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系對正常指紋進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格采樣，以得到正常指紋的網(wǎng)格向量，然后通過薄樣板條模型計(jì)算出扭曲指紋的扭曲網(wǎng)格，并采樣得到扭曲指紋的網(wǎng)格向量，最后根據(jù)扭曲指紋及其對應(yīng)正常指紋的網(wǎng)格向量計(jì)算扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，具體如下:
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種扭曲指紋的合成方法，其特征在于，包括以下步驟: 選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，并根據(jù)所述參考指紋對所述指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)； 根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場； 根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型； 利用所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，對任意給定的正常指紋合成與所述任意給定的正常指紋相關(guān)聯(lián)的多個(gè)扭曲指紋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭曲指紋的合成方法，其特征在于，所述參考指紋包括一個(gè)或多個(gè)，所述參考指紋為正常指紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭曲指紋的合成方法，其特征在于，通過視頻追蹤的方法得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的扭曲指紋的合成方法，其特征在于，所述根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋和正常指紋之間的扭曲場，進(jìn)一步包括: 根據(jù)所述細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系對所述正常指紋進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格采樣以得到所述正常指紋的網(wǎng)格向量； 通過薄板樣條模型計(jì)算所述扭曲指紋的扭曲網(wǎng)格，并采樣得到所述扭曲指紋的網(wǎng)格向量; 根據(jù)所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋的網(wǎng)格向量計(jì)算所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，具體包括:dt=xf-xf, 其中，xf為第i個(gè)扭曲指紋的網(wǎng)格向量，xf為第i個(gè)正常指紋的網(wǎng)格向量，Cli為第i個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的第i個(gè)正常指紋之間的扭曲場。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的扭曲指紋的合成方法，其特征在于，所述根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，進(jìn)一步包括: 通過PCA對所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，以得到所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型。
6.一種扭曲指紋的合成系統(tǒng)，其特征在于，包括: 配準(zhǔn)模塊，所述配準(zhǔn)模塊用于選取參考指紋和多個(gè)指紋對，每個(gè)指紋對包含一個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋，所述配準(zhǔn)模塊根據(jù)所述參考指紋對所述指紋對進(jìn)行配準(zhǔn)； 扭曲場獲取模塊，所述扭曲場獲取模塊用于根據(jù)已配準(zhǔn)的指紋對的扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場； 統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊，所述統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊用于根據(jù)所述扭曲場學(xué)習(xí)得到扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型； 合成模塊，所述合成模塊利用所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型，對任意給定的正常指紋合成與所述任意指定的正常指紋相關(guān)聯(lián)的多個(gè)扭曲指紋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的扭曲指紋的合成系統(tǒng)，其特征在于，所述參考指紋包括一個(gè)或多個(gè)，所述參考指紋為正常指紋。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的扭曲指紋的合成系統(tǒng)，其特征在于，通過視頻追蹤的方法得到所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的扭曲指紋的合成系統(tǒng)，其特征在于，所述扭曲場獲取模塊用于根據(jù)所述細(xì)節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系對所述正常指紋進(jìn)行規(guī)則網(wǎng)格采樣以得到所述正常指紋的網(wǎng)格向量，并通過薄板樣條模型計(jì)算所述扭曲指紋的扭曲網(wǎng)格，并采樣得到所述扭曲指紋的網(wǎng)格向量，并根據(jù)所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋的網(wǎng)格向量計(jì)算所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場，具體包括:
di = Xt - Xi , 其中，X?'為第i個(gè)扭曲指紋的網(wǎng)格向量，xf:為第i個(gè)正常指紋的網(wǎng)格向量，Cli為第i個(gè)扭曲指紋及其對應(yīng)的第i個(gè)正常指紋之間的扭曲場。
10.根據(jù)權(quán)利 要求9所述的扭曲指紋的合成系統(tǒng)，其特征在于，統(tǒng)計(jì)模型獲取模塊用于通過PCA對所述扭曲指紋及其對應(yīng)的正常指紋之間的扭曲場進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，以得到所述扭曲場的統(tǒng)計(jì)模型。
【文檔編號】G06K9/00GK103971099SQ201410212157
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】馮建江, 周杰, 司軒斌 申請人:清華大學(xué)