本發(fā)明涉及智能鎖領(lǐng)域,具體涉及一種基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng)。
背景技術(shù):
具有防盜報(bào)警功能的電子密碼鎖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式密碼鎖,克服了機(jī)械式密碼鎖密碼量少、安全性能差的缺點(diǎn),使密碼鎖無(wú)論在技術(shù)上還是在性能上都大大提高一步。相關(guān)技術(shù)中,生物特征式電子鎖相對(duì)于其他電子鎖,智能化高,其將聲音、指紋等人體生物特征作為密碼輸入,由計(jì)算機(jī)進(jìn)行模式識(shí)別控制開(kāi)鎖。
生物特征式電子鎖多采用聲音、指紋或虹膜作為密碼輸入,然而基于聲音或虹膜作為密碼輸入,容易收到人本身的情緒影響,從而降低電子鎖識(shí)別的精確性,且在使用基于指紋的生物特征式電子鎖時(shí),一大缺陷就是指紋容易被復(fù)制,所以為安全帶來(lái)了極大的隱患。此外,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),沒(méi)有相應(yīng)的較為隱蔽的報(bào)警方式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明旨在提供一種基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置、指紋識(shí)別報(bào)警裝置和安全控制裝置,所述圖像密碼識(shí)別裝置用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置傳遞解鎖指令,所述安全控制裝置用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的有益效果為:設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置和指紋識(shí)別報(bào)警裝置,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
附圖說(shuō)明
利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
圖1是本發(fā)明的原理示意圖;
圖2是本發(fā)明圖像密碼識(shí)別裝置1的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記:
圖像密碼識(shí)別裝置1、安全控制裝置2、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3、圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24、手掌圖像特征識(shí)別模塊25、指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32、指紋處理模塊33。
具體實(shí)施方式
結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
應(yīng)用場(chǎng)景1
參見(jiàn)圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)實(shí)施例的基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置1、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3和安全控制裝置2,所述圖像密碼識(shí)別裝置1用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置2傳遞解鎖指令;所述安全控制裝置2用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置1傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的上述實(shí)施例設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置1和指紋識(shí)別報(bào)警裝置3,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
優(yōu)選的,所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3對(duì)輸入的指紋進(jìn)行成功識(shí)別后,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3包括指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32和指紋處理模塊33,所述指紋采集模塊31用于采集用戶輸入的待識(shí)別指紋信息;所述指紋處理模塊33用于對(duì)所述待識(shí)別指紋信息和所述指紋存儲(chǔ)模塊32存儲(chǔ)的報(bào)警用指紋信息進(jìn)行對(duì)比,若所述待識(shí)別指紋信息和所述報(bào)警用指紋信息一致,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息。
本優(yōu)選實(shí)施例的指紋識(shí)別報(bào)警裝置3較為簡(jiǎn)單,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),可以通過(guò)輸入指紋進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警方式較為隱蔽,安全性高。
優(yōu)選的,所述圖像密碼識(shí)別裝置1包括圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24和手掌圖像特征識(shí)別模塊25;所述圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21用于預(yù)先存儲(chǔ)用戶設(shè)定的作為圖像密碼的手掌圖像特征;所述手掌圖像采集模塊22用于在800nm近紅外光照射下通過(guò)單一采集設(shè)備采集包含有手掌掌紋主線信息和手掌靜脈信息的手掌圖像;所述手掌圖像預(yù)處理模塊23用于對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,以消除采集手掌圖像過(guò)程中手掌旋轉(zhuǎn)、平移的影響,并定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;所述手掌圖像特征提取模塊24用于提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,并將所述待識(shí)別手掌圖像特征輸送到所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25中進(jìn)行特征識(shí)別;所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比,判別待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致,若一致,向安全控制裝置2發(fā)送解鎖指令。
本優(yōu)選實(shí)施例完善了圖像密碼識(shí)別裝置1,采用手掌圖像特征作為圖像密碼,系統(tǒng)的安全性較高。
優(yōu)選的,所述對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括:
(1)對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,去除手掌圖像的系統(tǒng)噪聲后,構(gòu)建手掌圖像的灰度值直方圖,根據(jù)灰度值直方圖選取預(yù)定灰度值閾值范圍的局部最小值對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理;
(2)構(gòu)建四指輪廓圖,提取二值化處理后的手掌圖像中食指與中指、無(wú)名指與小拇指兩處定位點(diǎn),根據(jù)兩定位點(diǎn)對(duì)二值化處理后的手掌圖像做旋轉(zhuǎn)處理,以校正手掌圖像位置;所述兩處定位點(diǎn)設(shè)定為食指下邊界與中指上邊界的交界點(diǎn)及無(wú)名指下邊界與小拇指上邊界的交界點(diǎn),坐標(biāo)依次為(v1,μ1)、(v2,μ2);根據(jù)定位點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度:
式中,γ為設(shè)定的調(diào)整因子,取值范圍設(shè)定為[0.98,1.02];
θ>0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ<0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ=0時(shí),不對(duì)二值化處理后的手掌圖像做任何旋轉(zhuǎn)。
(3)從校正后的手掌圖像中提取出合適的掌心參考點(diǎn),建立一個(gè)參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;選擇靠近除大拇指外其余四指的指根部的圓形區(qū)域作為定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,選擇所述圓形區(qū)域的圓心作為掌心參考點(diǎn);所述圓形區(qū)域通過(guò)食指與中指的指根點(diǎn)、中指與無(wú)名指的指根點(diǎn)以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn)進(jìn)行確定,具體為:
1)進(jìn)行手掌輪廓提?。簩⑹终茍D像中每個(gè)像素點(diǎn)作為中心像素點(diǎn),分別計(jì)算中心像素點(diǎn)與8個(gè)鄰域像素點(diǎn)的灰度差,當(dāng)中心像素點(diǎn)位于手掌輪廓上時(shí),其位于垂直手掌輪廓方向上靠外的點(diǎn)與中心像素點(diǎn)灰度差將為最大,通過(guò)判斷局部區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)灰度差的極大值找到手掌圖像中的真實(shí)手掌輪廓點(diǎn),從而確定手掌輪廓;
2)確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置:將指尖所指方向定義為手掌的方向,手指指向右,確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置,其中所述中指的指尖位置位于整個(gè)輪廓的最右端;
3)提取食指與中指、中指與無(wú)名指以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn):建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓L(t),其弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為L(zhǎng)(t)=(x(t),y(t)),其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo),t表示輪廓曲線方程的參數(shù),且t∈[0,1];
計(jì)算輪廓曲線的曲率k(t),從中指指尖出發(fā),向兩側(cè)延伸,向食指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為S1,即為食指與中指的接縫點(diǎn);向無(wú)名指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W1,即為中指與無(wú)名指的接縫點(diǎn);繼續(xù)延伸得到第二個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W2,即為無(wú)名指與小拇指的接縫點(diǎn);所述曲率變化大的點(diǎn),指其曲率值與前一曲率值差值大于2的點(diǎn);
從點(diǎn)S1出發(fā),假設(shè)指縫線任一像素點(diǎn)P1,尋找其與指縫方向垂直且與P1距離兩個(gè)像素寬的兩點(diǎn)P2和P3,分別計(jì)算P1與P2、P3的梯度值,將兩個(gè)梯度值的和SUM作為評(píng)價(jià)P1在垂直指縫方向上梯度變化量,當(dāng)SUM變化大時(shí),前一點(diǎn)即為食指與中指指根點(diǎn)Q1;同理,中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2、無(wú)名指與小拇指指根點(diǎn)Q3;所述SUM變化大,是指其變化值大于2;
4)提取指根部圓:連接點(diǎn)Q1和Q2,Q2和Q3,分別過(guò)Q1 Q2和Q2Q3作垂直平分線,相交于點(diǎn)O(m,n),即為所求圓形區(qū)域的圓心,O點(diǎn)與Q1距離即為所求圓形區(qū)域的半徑R。
本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,避免手掌圖像的噪聲點(diǎn)造成圖像定位的不準(zhǔn)確,然后對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理,從而使手掌圖像中的手掌區(qū)域與背景區(qū)域較好地分離;對(duì)手掌圖像的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理,減少了圖像采集過(guò)程中引入的旋轉(zhuǎn)、平移、比例縮放等因素的影響;通過(guò)提取出合適的參考點(diǎn),建立新的參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,能夠降低手掌圖像特征識(shí)別的難度,提高了匹配識(shí)別算法的魯棒性。
優(yōu)選的,所述提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,包括:
(1)將預(yù)處理后的手掌圖像中的手掌靜脈和掌紋主線的分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn)Fi(x,y),i=1,2,…N,其中N為特征點(diǎn)個(gè)數(shù);將特征點(diǎn)到所述圓形區(qū)域的圓心的距離與所述圓形區(qū)域的直徑的比值作為第一特征:
式中,Yi表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第一特征,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
將所述圓形區(qū)域的圓心與中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2的連線作為基準(zhǔn)線,基準(zhǔn)線方向?yàn)?度,特征點(diǎn)與圓心的連線順時(shí)針到基準(zhǔn)線所夾的角作為第二特征;
式中,Ei表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第二特征,Ei的取值范圍是0到360度,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)以特征點(diǎn)的第一特征作為橫坐標(biāo),第二特征作為縱坐標(biāo),構(gòu)造坐標(biāo)系,將所述手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)投影到坐標(biāo)系中,建立預(yù)處理后的手掌圖像的二維特征向量空間。
本優(yōu)選實(shí)施例選擇手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn),既考慮了圖像密碼識(shí)別裝置1的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度的限制,又反映了手掌靜脈和掌紋的變化,提取的待識(shí)別手掌圖像特征精確度高,提取速度快。
優(yōu)選的,所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比時(shí),將待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)的分布進(jìn)行相似度對(duì)比,具體為:設(shè)對(duì)比待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間的特征點(diǎn)為待識(shí)別特征點(diǎn),所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),將待識(shí)別手掌圖像與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的手掌圖像進(jìn)行重疊,并在所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中確定待識(shí)別特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),判斷待識(shí)別特征點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn)的距離是否小于預(yù)設(shè)距離閾值,并根據(jù)判斷結(jié)果確定待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致。
本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定了手掌圖像特征識(shí)別模塊25對(duì)待識(shí)別手掌圖像特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作,實(shí)用便捷。
本應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)定的調(diào)整因子γ取值為0.98,電子鎖的識(shí)別精度相對(duì)提高了5%,識(shí)別速度相對(duì)提高了8%。
應(yīng)用場(chǎng)景2
參見(jiàn)圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)實(shí)施例的基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置1、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3和安全控制裝置2,所述圖像密碼識(shí)別裝置1用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置2傳遞解鎖指令;所述安全控制裝置2用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置1傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的上述實(shí)施例設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置1和指紋識(shí)別報(bào)警裝置3,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
優(yōu)選的,所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3包括指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32和指紋處理模塊33,所述指紋采集模塊31用于采集用戶輸入的待識(shí)別指紋信息;所述指紋處理模塊33用于對(duì)所述待識(shí)別指紋信息和所述指紋存儲(chǔ)模塊32存儲(chǔ)的報(bào)警用指紋信息進(jìn)行對(duì)比,若所述待識(shí)別指紋信息和所述報(bào)警用指紋信息一致,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息。
本優(yōu)選實(shí)施例的指紋識(shí)別報(bào)警裝置3較為簡(jiǎn)單,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),可以通過(guò)輸入指紋進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警方式較為隱蔽,安全性高。
優(yōu)選的,所述圖像密碼識(shí)別裝置1包括圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24和手掌圖像特征識(shí)別模塊25;所述圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21用于預(yù)先存儲(chǔ)用戶設(shè)定的作為圖像密碼的手掌圖像特征;所述手掌圖像采集模塊22用于在800nm近紅外光照射下通過(guò)單一采集設(shè)備采集包含有手掌掌紋主線信息和手掌靜脈信息的手掌圖像;所述手掌圖像預(yù)處理模塊23用于對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,以消除采集手掌圖像過(guò)程中手掌旋轉(zhuǎn)、平移的影響,并定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;所述手掌圖像特征提取模塊24用于提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,并將所述待識(shí)別手掌圖像特征輸送到所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25中進(jìn)行特征識(shí)別;所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比,判別待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致,若一致,向安全控制裝置2發(fā)送解鎖指令。
本優(yōu)選實(shí)施例完善了圖像密碼識(shí)別裝置1,采用手掌圖像特征作為圖像密碼,系統(tǒng)的安全性較高。
優(yōu)選的,所述對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括:
(1)對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,去除手掌圖像的系統(tǒng)噪聲后,構(gòu)建手掌圖像的灰度值直方圖,根據(jù)灰度值直方圖選取預(yù)定灰度值閾值范圍的局部最小值對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理;
(2)構(gòu)建四指輪廓圖,提取二值化處理后的手掌圖像中食指與中指、無(wú)名指與小拇指兩處定位點(diǎn),根據(jù)兩定位點(diǎn)對(duì)二值化處理后的手掌圖像做旋轉(zhuǎn)處理,以校正手掌圖像位置;所述兩處定位點(diǎn)設(shè)定為食指下邊界與中指上邊界的交界點(diǎn)及無(wú)名指下邊界與小拇指上邊界的交界點(diǎn),坐標(biāo)依次為(v1,μ1)、(v2,μ2);根據(jù)定位點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度:
式中,γ為設(shè)定的調(diào)整因子,取值范圍設(shè)定為[0.98,1.02];
θ>0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ<0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ=0時(shí),不對(duì)二值化處理后的手掌圖像做任何旋轉(zhuǎn)。
(3)從校正后的手掌圖像中提取出合適的掌心參考點(diǎn),建立一個(gè)參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;選擇靠近除大拇指外其余四指的指根部的圓形區(qū)域作為定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,選擇所述圓形區(qū)域的圓心作為掌心參考點(diǎn);所述圓形區(qū)域通過(guò)食指與中指的指根點(diǎn)、中指與無(wú)名指的指根點(diǎn)以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn)進(jìn)行確定,具體為:
1)進(jìn)行手掌輪廓提?。簩⑹终茍D像中每個(gè)像素點(diǎn)作為中心像素點(diǎn),分別計(jì)算中心像素點(diǎn)與8個(gè)鄰域像素點(diǎn)的灰度差,當(dāng)中心像素點(diǎn)位于手掌輪廓上時(shí),其位于垂直手掌輪廓方向上靠外的點(diǎn)與中心像素點(diǎn)灰度差將為最大,通過(guò)判斷局部區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)灰度差的極大值找到手掌圖像中的真實(shí)手掌輪廓點(diǎn),從而確定手掌輪廓;
2)確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置:將指尖所指方向定義為手掌的方向,手指指向右,確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置,其中所述中指的指尖位置位于整個(gè)輪廓的最右端;
3)提取食指與中指、中指與無(wú)名指以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn):建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓L(t),其弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為L(zhǎng)(t)=(x(t),y(t)),其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo),t表示輪廓曲線方程的參數(shù),且t∈[0,1];
計(jì)算輪廓曲線的曲率k(t),從中指指尖出發(fā),向兩側(cè)延伸,向食指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為S1,即為食指與中指的接縫點(diǎn);向無(wú)名指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W1,即為中指與無(wú)名指的接縫點(diǎn);繼續(xù)延伸得到第二個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W2,即為無(wú)名指與小拇指的接縫點(diǎn);所述曲率變化大的點(diǎn),指其曲率值與前一曲率值差值大于2的點(diǎn);
從點(diǎn)S1出發(fā),假設(shè)指縫線任一像素點(diǎn)P1,尋找其與指縫方向垂直且與P1距離兩個(gè)像素寬的兩點(diǎn)P2和P3,分別計(jì)算P1與P2、P3的梯度值,將兩個(gè)梯度值的和SUM作為評(píng)價(jià)P1在垂直指縫方向上梯度變化量,當(dāng)SUM變化大時(shí),前一點(diǎn)即為食指與中指指根點(diǎn)Q1;同理,中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2、無(wú)名指與小拇指指根點(diǎn)Q3;所述SUM變化大,是指其變化值大于2;
4)提取指根部圓:連接點(diǎn)Q1和Q2,Q2和Q3,分別過(guò)Q1 Q2和Q2Q3作垂直平分線,相交于點(diǎn)O(m,n),即為所求圓形區(qū)域的圓心,O點(diǎn)與Q1距離即為所求圓形區(qū)域的半徑R。
本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,避免手掌圖像的噪聲點(diǎn)造成圖像定位的不準(zhǔn)確,然后對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理,從而使手掌圖像中的手掌區(qū)域與背景區(qū)域較好地分離;對(duì)手掌圖像的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理,減少了圖像采集過(guò)程中引入的旋轉(zhuǎn)、平移、比例縮放等因素的影響;通過(guò)提取出合適的參考點(diǎn),建立新的參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,能夠降低手掌圖像特征識(shí)別的難度,提高了匹配識(shí)別算法的魯棒性。
優(yōu)選的,所述提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,包括:
(1)將預(yù)處理后的手掌圖像中的手掌靜脈和掌紋主線的分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn)Fi(x,y),i=1,2,…N,其中N為特征點(diǎn)個(gè)數(shù);將特征點(diǎn)到所述圓形區(qū)域的圓心的距離與所述圓形區(qū)域的直徑的比值作為第一特征:
式中,Yi表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第一特征,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
將所述圓形區(qū)域的圓心與中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2的連線作為基準(zhǔn)線,基準(zhǔn)線方向?yàn)?度,特征點(diǎn)與圓心的連線順時(shí)針到基準(zhǔn)線所夾的角作為第二特征;
式中,Ei表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第二特征,Ei的取值范圍是0到360度,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)以特征點(diǎn)的第一特征作為橫坐標(biāo),第二特征作為縱坐標(biāo),構(gòu)造坐標(biāo)系,將所述手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)投影到坐標(biāo)系中,建立預(yù)處理后的手掌圖像的二維特征向量空間。
本優(yōu)選實(shí)施例選擇手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn),既考慮了圖像密碼識(shí)別裝置1的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度的限制,又反映了手掌靜脈和掌紋的變化,提取的待識(shí)別手掌圖像特征精確度高,提取速度快。
優(yōu)選的,所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比時(shí),將待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)的分布進(jìn)行相似度對(duì)比,具體為:設(shè)對(duì)比待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間的特征點(diǎn)為待識(shí)別特征點(diǎn),所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),將待識(shí)別手掌圖像與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的手掌圖像進(jìn)行重疊,并在所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中確定待識(shí)別特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),判斷待識(shí)別特征點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn)的距離是否小于預(yù)設(shè)距離閾值,并根據(jù)判斷結(jié)果確定待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致。
本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定了手掌圖像特征識(shí)別模塊25對(duì)待識(shí)別手掌圖像特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作,實(shí)用便捷。
本應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)定的調(diào)整因子γ取值為0.99,電子鎖的識(shí)別精度相對(duì)提高了4.5%,識(shí)別速度相對(duì)提高了7.6%。
應(yīng)用場(chǎng)景3
參見(jiàn)圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)實(shí)施例的基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置1、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3和安全控制裝置2,所述圖像密碼識(shí)別裝置1用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置2傳遞解鎖指令;所述安全控制裝置2用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置1傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的上述實(shí)施例設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置1和指紋識(shí)別報(bào)警裝置3,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
優(yōu)選的,所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3包括指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32和指紋處理模塊33,所述指紋采集模塊31用于采集用戶輸入的待識(shí)別指紋信息;所述指紋處理模塊33用于對(duì)所述待識(shí)別指紋信息和所述指紋存儲(chǔ)模塊32存儲(chǔ)的報(bào)警用指紋信息進(jìn)行對(duì)比,若所述待識(shí)別指紋信息和所述報(bào)警用指紋信息一致,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息。
本優(yōu)選實(shí)施例的指紋識(shí)別報(bào)警裝置3較為簡(jiǎn)單,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),可以通過(guò)輸入指紋進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警方式較為隱蔽,安全性高。
優(yōu)選的,所述圖像密碼識(shí)別裝置1包括圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24和手掌圖像特征識(shí)別模塊25;所述圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21用于預(yù)先存儲(chǔ)用戶設(shè)定的作為圖像密碼的手掌圖像特征;所述手掌圖像采集模塊22用于在800nm近紅外光照射下通過(guò)單一采集設(shè)備采集包含有手掌掌紋主線信息和手掌靜脈信息的手掌圖像;所述手掌圖像預(yù)處理模塊23用于對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,以消除采集手掌圖像過(guò)程中手掌旋轉(zhuǎn)、平移的影響,并定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;所述手掌圖像特征提取模塊24用于提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,并將所述待識(shí)別手掌圖像特征輸送到所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25中進(jìn)行特征識(shí)別;所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比,判別待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致,若一致,向安全控制裝置2發(fā)送解鎖指令。
本優(yōu)選實(shí)施例完善了圖像密碼識(shí)別裝置1,采用手掌圖像特征作為圖像密碼,系統(tǒng)的安全性較高。
優(yōu)選的,所述對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括:
(1)對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,去除手掌圖像的系統(tǒng)噪聲后,構(gòu)建手掌圖像的灰度值直方圖,根據(jù)灰度值直方圖選取預(yù)定灰度值閾值范圍的局部最小值對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理;
(2)構(gòu)建四指輪廓圖,提取二值化處理后的手掌圖像中食指與中指、無(wú)名指與小拇指兩處定位點(diǎn),根據(jù)兩定位點(diǎn)對(duì)二值化處理后的手掌圖像做旋轉(zhuǎn)處理,以校正手掌圖像位置;所述兩處定位點(diǎn)設(shè)定為食指下邊界與中指上邊界的交界點(diǎn)及無(wú)名指下邊界與小拇指上邊界的交界點(diǎn),坐標(biāo)依次為(v1,μ1)、(v2,μ2);根據(jù)定位點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度:
式中,γ為設(shè)定的調(diào)整因子,取值范圍設(shè)定為[0.98,1.02];
θ>0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ<0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ=0時(shí),不對(duì)二值化處理后的手掌圖像做任何旋轉(zhuǎn)。
(3)從校正后的手掌圖像中提取出合適的掌心參考點(diǎn),建立一個(gè)參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;選擇靠近除大拇指外其余四指的指根部的圓形區(qū)域作為定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,選擇所述圓形區(qū)域的圓心作為掌心參考點(diǎn);所述圓形區(qū)域通過(guò)食指與中指的指根點(diǎn)、中指與無(wú)名指的指根點(diǎn)以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn)進(jìn)行確定,具體為:
1)進(jìn)行手掌輪廓提?。簩⑹终茍D像中每個(gè)像素點(diǎn)作為中心像素點(diǎn),分別計(jì)算中心像素點(diǎn)與8個(gè)鄰域像素點(diǎn)的灰度差,當(dāng)中心像素點(diǎn)位于手掌輪廓上時(shí),其位于垂直手掌輪廓方向上靠外的點(diǎn)與中心像素點(diǎn)灰度差將為最大,通過(guò)判斷局部區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)灰度差的極大值找到手掌圖像中的真實(shí)手掌輪廓點(diǎn),從而確定手掌輪廓;
2)確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置:將指尖所指方向定義為手掌的方向,手指指向右,確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置,其中所述中指的指尖位置位于整個(gè)輪廓的最右端;
3)提取食指與中指、中指與無(wú)名指以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn):建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓L(t),其弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為L(zhǎng)(t)=(x(t),y(t)),其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo),t表示輪廓曲線方程的參數(shù),且t∈[0,1];
計(jì)算輪廓曲線的曲率k(t),從中指指尖出發(fā),向兩側(cè)延伸,向食指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為S1,即為食指與中指的接縫點(diǎn);向無(wú)名指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W1,即為中指與無(wú)名指的接縫點(diǎn);繼續(xù)延伸得到第二個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W2,即為無(wú)名指與小拇指的接縫點(diǎn);所述曲率變化大的點(diǎn),指其曲率值與前一曲率值差值大于2的點(diǎn);
從點(diǎn)S1出發(fā),假設(shè)指縫線任一像素點(diǎn)P1,尋找其與指縫方向垂直且與P1距離兩個(gè)像素寬的兩點(diǎn)P2和P3,分別計(jì)算P1與P2、P3的梯度值,將兩個(gè)梯度值的和SUM作為評(píng)價(jià)P1在垂直指縫方向上梯度變化量,當(dāng)SUM變化大時(shí),前一點(diǎn)即為食指與中指指根點(diǎn)Q1;同理,中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2、無(wú)名指與小拇指指根點(diǎn)Q3;所述SUM變化大,是指其變化值大于2;
4)提取指根部圓:連接點(diǎn)Q1和Q2,Q2和Q3,分別過(guò)Q1 Q2和Q2Q3作垂直平分線,相交于點(diǎn)O(m,n),即為所求圓形區(qū)域的圓心,O點(diǎn)與Q1距離即為所求圓形區(qū)域的半徑R。
本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,避免手掌圖像的噪聲點(diǎn)造成圖像定位的不準(zhǔn)確,然后對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理,從而使手掌圖像中的手掌區(qū)域與背景區(qū)域較好地分離;對(duì)手掌圖像的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理,減少了圖像采集過(guò)程中引入的旋轉(zhuǎn)、平移、比例縮放等因素的影響;通過(guò)提取出合適的參考點(diǎn),建立新的參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,能夠降低手掌圖像特征識(shí)別的難度,提高了匹配識(shí)別算法的魯棒性。
優(yōu)選的,所述提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,包括:
(1)將預(yù)處理后的手掌圖像中的手掌靜脈和掌紋主線的分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn)Fi(x,y),i=1,2,…N,其中N為特征點(diǎn)個(gè)數(shù);將特征點(diǎn)到所述圓形區(qū)域的圓心的距離與所述圓形區(qū)域的直徑的比值作為第一特征:
式中,Yi表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第一特征,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
將所述圓形區(qū)域的圓心與中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2的連線作為基準(zhǔn)線,基準(zhǔn)線方向?yàn)?度,特征點(diǎn)與圓心的連線順時(shí)針到基準(zhǔn)線所夾的角作為第二特征;
式中,Ei表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第二特征,Ei的取值范圍是0到360度,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)以特征點(diǎn)的第一特征作為橫坐標(biāo),第二特征作為縱坐標(biāo),構(gòu)造坐標(biāo)系,將所述手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)投影到坐標(biāo)系中,建立預(yù)處理后的手掌圖像的二維特征向量空間。
本優(yōu)選實(shí)施例選擇手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn),既考慮了圖像密碼識(shí)別裝置1的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度的限制,又反映了手掌靜脈和掌紋的變化,提取的待識(shí)別手掌圖像特征精確度高,提取速度快。
優(yōu)選的,所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比時(shí),將待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)的分布進(jìn)行相似度對(duì)比,具體為:設(shè)對(duì)比待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間的特征點(diǎn)為待識(shí)別特征點(diǎn),所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),將待識(shí)別手掌圖像與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的手掌圖像進(jìn)行重疊,并在所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中確定待識(shí)別特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),判斷待識(shí)別特征點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn)的距離是否小于預(yù)設(shè)距離閾值,并根據(jù)判斷結(jié)果確定待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致。
本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定了手掌圖像特征識(shí)別模塊25對(duì)待識(shí)別手掌圖像特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作,實(shí)用便捷。
本應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)定的調(diào)整因子γ取值為1.00,電子鎖的識(shí)別精度相對(duì)提高了6%,識(shí)別速度相對(duì)提高了8.5%。
應(yīng)用場(chǎng)景4
參見(jiàn)圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)實(shí)施例的基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置1、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3和安全控制裝置2,所述圖像密碼識(shí)別裝置1用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置2傳遞解鎖指令;所述安全控制裝置2用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置1傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的上述實(shí)施例設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置1和指紋識(shí)別報(bào)警裝置3,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
優(yōu)選的,所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3包括指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32和指紋處理模塊33,所述指紋采集模塊31用于采集用戶輸入的待識(shí)別指紋信息;所述指紋處理模塊33用于對(duì)所述待識(shí)別指紋信息和所述指紋存儲(chǔ)模塊32存儲(chǔ)的報(bào)警用指紋信息進(jìn)行對(duì)比,若所述待識(shí)別指紋信息和所述報(bào)警用指紋信息一致,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息。
本優(yōu)選實(shí)施例的指紋識(shí)別報(bào)警裝置3較為簡(jiǎn)單,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),可以通過(guò)輸入指紋進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警方式較為隱蔽,安全性高。
優(yōu)選的,所述圖像密碼識(shí)別裝置1包括圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24和手掌圖像特征識(shí)別模塊25;所述圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21用于預(yù)先存儲(chǔ)用戶設(shè)定的作為圖像密碼的手掌圖像特征;所述手掌圖像采集模塊22用于在800nm近紅外光照射下通過(guò)單一采集設(shè)備采集包含有手掌掌紋主線信息和手掌靜脈信息的手掌圖像;所述手掌圖像預(yù)處理模塊23用于對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,以消除采集手掌圖像過(guò)程中手掌旋轉(zhuǎn)、平移的影響,并定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;所述手掌圖像特征提取模塊24用于提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,并將所述待識(shí)別手掌圖像特征輸送到所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25中進(jìn)行特征識(shí)別;所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比,判別待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致,若一致,向安全控制裝置2發(fā)送解鎖指令。
本優(yōu)選實(shí)施例完善了圖像密碼識(shí)別裝置1,采用手掌圖像特征作為圖像密碼,系統(tǒng)的安全性較高。
優(yōu)選的,所述對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括:
(1)對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,去除手掌圖像的系統(tǒng)噪聲后,構(gòu)建手掌圖像的灰度值直方圖,根據(jù)灰度值直方圖選取預(yù)定灰度值閾值范圍的局部最小值對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理;
(2)構(gòu)建四指輪廓圖,提取二值化處理后的手掌圖像中食指與中指、無(wú)名指與小拇指兩處定位點(diǎn),根據(jù)兩定位點(diǎn)對(duì)二值化處理后的手掌圖像做旋轉(zhuǎn)處理,以校正手掌圖像位置;所述兩處定位點(diǎn)設(shè)定為食指下邊界與中指上邊界的交界點(diǎn)及無(wú)名指下邊界與小拇指上邊界的交界點(diǎn),坐標(biāo)依次為(v1,μ1)、(v2,μ2);根據(jù)定位點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度:
式中,γ為設(shè)定的調(diào)整因子,取值范圍設(shè)定為[0.98,1.02];
θ>0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ<0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ=0時(shí),不對(duì)二值化處理后的手掌圖像做任何旋轉(zhuǎn)。
(3)從校正后的手掌圖像中提取出合適的掌心參考點(diǎn),建立一個(gè)參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;選擇靠近除大拇指外其余四指的指根部的圓形區(qū)域作為定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,選擇所述圓形區(qū)域的圓心作為掌心參考點(diǎn);所述圓形區(qū)域通過(guò)食指與中指的指根點(diǎn)、中指與無(wú)名指的指根點(diǎn)以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn)進(jìn)行確定,具體為:
1)進(jìn)行手掌輪廓提?。簩⑹终茍D像中每個(gè)像素點(diǎn)作為中心像素點(diǎn),分別計(jì)算中心像素點(diǎn)與8個(gè)鄰域像素點(diǎn)的灰度差,當(dāng)中心像素點(diǎn)位于手掌輪廓上時(shí),其位于垂直手掌輪廓方向上靠外的點(diǎn)與中心像素點(diǎn)灰度差將為最大,通過(guò)判斷局部區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)灰度差的極大值找到手掌圖像中的真實(shí)手掌輪廓點(diǎn),從而確定手掌輪廓;
2)確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置:將指尖所指方向定義為手掌的方向,手指指向右,確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置,其中所述中指的指尖位置位于整個(gè)輪廓的最右端;
3)提取食指與中指、中指與無(wú)名指以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn):建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓L(t),其弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為L(zhǎng)(t)=(x(t),y(t)),其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo),t表示輪廓曲線方程的參數(shù),且t∈[0,1];
計(jì)算輪廓曲線的曲率k(t),從中指指尖出發(fā),向兩側(cè)延伸,向食指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為S1,即為食指與中指的接縫點(diǎn);向無(wú)名指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W1,即為中指與無(wú)名指的接縫點(diǎn);繼續(xù)延伸得到第二個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W2,即為無(wú)名指與小拇指的接縫點(diǎn);所述曲率變化大的點(diǎn),指其曲率值與前一曲率值差值大于2的點(diǎn);
從點(diǎn)S1出發(fā),假設(shè)指縫線任一像素點(diǎn)P1,尋找其與指縫方向垂直且與P1距離兩個(gè)像素寬的兩點(diǎn)P2和P3,分別計(jì)算P1與P2、P3的梯度值,將兩個(gè)梯度值的和SUM作為評(píng)價(jià)P1在垂直指縫方向上梯度變化量,當(dāng)SUM變化大時(shí),前一點(diǎn)即為食指與中指指根點(diǎn)Q1;同理,中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2、無(wú)名指與小拇指指根點(diǎn)Q3;所述SUM變化大,是指其變化值大于2;
4)提取指根部圓:連接點(diǎn)Q1和Q2,Q2和Q3,分別過(guò)Q1 Q2和Q2Q3作垂直平分線,相交于點(diǎn)O(m,n),即為所求圓形區(qū)域的圓心,O點(diǎn)與Q1距離即為所求圓形區(qū)域的半徑R。
本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,避免手掌圖像的噪聲點(diǎn)造成圖像定位的不準(zhǔn)確,然后對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理,從而使手掌圖像中的手掌區(qū)域與背景區(qū)域較好地分離;對(duì)手掌圖像的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理,減少了圖像采集過(guò)程中引入的旋轉(zhuǎn)、平移、比例縮放等因素的影響;通過(guò)提取出合適的參考點(diǎn),建立新的參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,能夠降低手掌圖像特征識(shí)別的難度,提高了匹配識(shí)別算法的魯棒性。
優(yōu)選的,所述提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,包括:
(1)將預(yù)處理后的手掌圖像中的手掌靜脈和掌紋主線的分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn)Fi(x,y),i=1,2,…N,其中N為特征點(diǎn)個(gè)數(shù);將特征點(diǎn)到所述圓形區(qū)域的圓心的距離與所述圓形區(qū)域的直徑的比值作為第一特征:
式中,Yi表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第一特征,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
將所述圓形區(qū)域的圓心與中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2的連線作為基準(zhǔn)線,基準(zhǔn)線方向?yàn)?度,特征點(diǎn)與圓心的連線順時(shí)針到基準(zhǔn)線所夾的角作為第二特征;
式中,Ei表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第二特征,Ei的取值范圍是0到360度,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)以特征點(diǎn)的第一特征作為橫坐標(biāo),第二特征作為縱坐標(biāo),構(gòu)造坐標(biāo)系,將所述手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)投影到坐標(biāo)系中,建立預(yù)處理后的手掌圖像的二維特征向量空間。
本優(yōu)選實(shí)施例選擇手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn),既考慮了圖像密碼識(shí)別裝置1的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度的限制,又反映了手掌靜脈和掌紋的變化,提取的待識(shí)別手掌圖像特征精確度高,提取速度快。
優(yōu)選的,所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比時(shí),將待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)的分布進(jìn)行相似度對(duì)比,具體為:設(shè)對(duì)比待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間的特征點(diǎn)為待識(shí)別特征點(diǎn),所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),將待識(shí)別手掌圖像與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的手掌圖像進(jìn)行重疊,并在所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中確定待識(shí)別特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),判斷待識(shí)別特征點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn)的距離是否小于預(yù)設(shè)距離閾值,并根據(jù)判斷結(jié)果確定待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致。
本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定了手掌圖像特征識(shí)別模塊25對(duì)待識(shí)別手掌圖像特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作,實(shí)用便捷。
本應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)定的調(diào)整因子γ取值為1.01,電子鎖的識(shí)別精度相對(duì)提高了4.8%,識(shí)別速度相對(duì)提高了7.5%。
應(yīng)用場(chǎng)景5
參見(jiàn)圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景中的一個(gè)實(shí)施例的基于手掌識(shí)別的電子鎖系統(tǒng),包括圖像密碼識(shí)別裝置1、指紋識(shí)別報(bào)警裝置3和安全控制裝置2,所述圖像密碼識(shí)別裝置1用于識(shí)別圖像密碼,并且在識(shí)別成功時(shí)向所述安全控制裝置2傳遞解鎖指令;所述安全控制裝置2用于根據(jù)所述圖像密碼識(shí)別裝置1傳遞的解鎖指令,進(jìn)行解鎖;所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3用于根據(jù)輸入的指紋來(lái)判斷是否報(bào)警。
優(yōu)選的,所述圖像密碼為用戶設(shè)定的手掌圖像特征。
本發(fā)明的上述實(shí)施例設(shè)置圖像密碼識(shí)別裝置1和指紋識(shí)別報(bào)警裝置3,提高了電子鎖的安全性和電子鎖識(shí)別的精確性,解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
優(yōu)選的,所述指紋識(shí)別報(bào)警裝置3包括指紋采集模塊31、指紋存儲(chǔ)模塊32和指紋處理模塊33,所述指紋采集模塊31用于采集用戶輸入的待識(shí)別指紋信息;所述指紋處理模塊33用于對(duì)所述待識(shí)別指紋信息和所述指紋存儲(chǔ)模塊32存儲(chǔ)的報(bào)警用指紋信息進(jìn)行對(duì)比,若所述待識(shí)別指紋信息和所述報(bào)警用指紋信息一致,判斷出所述用戶處于危險(xiǎn)狀態(tài),向用戶指定人發(fā)送報(bào)警信息。
本優(yōu)選實(shí)施例的指紋識(shí)別報(bào)警裝置3較為簡(jiǎn)單,在用戶遇到危險(xiǎn)被迫輸入電子鎖密碼時(shí),可以通過(guò)輸入指紋進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警方式較為隱蔽,安全性高。
優(yōu)選的,所述圖像密碼識(shí)別裝置1包括圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21、手掌圖像采集模塊22、手掌圖像預(yù)處理模塊23、手掌圖像特征提取模塊24和手掌圖像特征識(shí)別模塊25;所述圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21用于預(yù)先存儲(chǔ)用戶設(shè)定的作為圖像密碼的手掌圖像特征;所述手掌圖像采集模塊22用于在800nm近紅外光照射下通過(guò)單一采集設(shè)備采集包含有手掌掌紋主線信息和手掌靜脈信息的手掌圖像;所述手掌圖像預(yù)處理模塊23用于對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,以消除采集手掌圖像過(guò)程中手掌旋轉(zhuǎn)、平移的影響,并定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;所述手掌圖像特征提取模塊24用于提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,并將所述待識(shí)別手掌圖像特征輸送到所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25中進(jìn)行特征識(shí)別;所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比,判別待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致,若一致,向安全控制裝置2發(fā)送解鎖指令。
本優(yōu)選實(shí)施例完善了圖像密碼識(shí)別裝置1,采用手掌圖像特征作為圖像密碼,系統(tǒng)的安全性較高。
優(yōu)選的,所述對(duì)采集到的手掌圖像進(jìn)行預(yù)處理,包括:
(1)對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,去除手掌圖像的系統(tǒng)噪聲后,構(gòu)建手掌圖像的灰度值直方圖,根據(jù)灰度值直方圖選取預(yù)定灰度值閾值范圍的局部最小值對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理;
(2)構(gòu)建四指輪廓圖,提取二值化處理后的手掌圖像中食指與中指、無(wú)名指與小拇指兩處定位點(diǎn),根據(jù)兩定位點(diǎn)對(duì)二值化處理后的手掌圖像做旋轉(zhuǎn)處理,以校正手掌圖像位置;所述兩處定位點(diǎn)設(shè)定為食指下邊界與中指上邊界的交界點(diǎn)及無(wú)名指下邊界與小拇指上邊界的交界點(diǎn),坐標(biāo)依次為(v1,μ1)、(v2,μ2);根據(jù)定位點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度:
式中,γ為設(shè)定的調(diào)整因子,取值范圍設(shè)定為[0.98,1.02];
θ>0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ<0時(shí),對(duì)二值化處理后的手掌圖像按計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),θ=0時(shí),不對(duì)二值化處理后的手掌圖像做任何旋轉(zhuǎn)。
(3)從校正后的手掌圖像中提取出合適的掌心參考點(diǎn),建立一個(gè)參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域;選擇靠近除大拇指外其余四指的指根部的圓形區(qū)域作為定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,選擇所述圓形區(qū)域的圓心作為掌心參考點(diǎn);所述圓形區(qū)域通過(guò)食指與中指的指根點(diǎn)、中指與無(wú)名指的指根點(diǎn)以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn)進(jìn)行確定,具體為:
1)進(jìn)行手掌輪廓提?。簩⑹终茍D像中每個(gè)像素點(diǎn)作為中心像素點(diǎn),分別計(jì)算中心像素點(diǎn)與8個(gè)鄰域像素點(diǎn)的灰度差,當(dāng)中心像素點(diǎn)位于手掌輪廓上時(shí),其位于垂直手掌輪廓方向上靠外的點(diǎn)與中心像素點(diǎn)灰度差將為最大,通過(guò)判斷局部區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)灰度差的極大值找到手掌圖像中的真實(shí)手掌輪廓點(diǎn),從而確定手掌輪廓;
2)確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置:將指尖所指方向定義為手掌的方向,手指指向右,確定食指、中指、無(wú)名指和小拇指的指尖位置,其中所述中指的指尖位置位于整個(gè)輪廓的最右端;
3)提取食指與中指、中指與無(wú)名指以及無(wú)名指與小拇指的指根點(diǎn):建立目標(biāo)輪廓的參數(shù)化方程:對(duì)于給定的目標(biāo)輪廓L(t),其弧長(zhǎng)參數(shù)化方程表示為L(zhǎng)(t)=(x(t),y(t)),其中x(t)和y(t)分別表示輪廓點(diǎn)的坐標(biāo),t表示輪廓曲線方程的參數(shù),且t∈[0,1];
計(jì)算輪廓曲線的曲率k(t),從中指指尖出發(fā),向兩側(cè)延伸,向食指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為S1,即為食指與中指的接縫點(diǎn);向無(wú)名指方向延伸的第一個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W1,即為中指與無(wú)名指的接縫點(diǎn);繼續(xù)延伸得到第二個(gè)曲率變化大的點(diǎn),記為W2,即為無(wú)名指與小拇指的接縫點(diǎn);所述曲率變化大的點(diǎn),指其曲率值與前一曲率值差值大于2的點(diǎn);
從點(diǎn)S1出發(fā),假設(shè)指縫線任一像素點(diǎn)P1,尋找其與指縫方向垂直且與P1距離兩個(gè)像素寬的兩點(diǎn)P2和P3,分別計(jì)算P1與P2、P3的梯度值,將兩個(gè)梯度值的和SUM作為評(píng)價(jià)P1在垂直指縫方向上梯度變化量,當(dāng)SUM變化大時(shí),前一點(diǎn)即為食指與中指指根點(diǎn)Q1;同理,中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2、無(wú)名指與小拇指指根點(diǎn)Q3;所述SUM變化大,是指其變化值大于2;
4)提取指根部圓:連接點(diǎn)Q1和Q2,Q2和Q3,分別過(guò)Q1 Q2和Q2Q3作垂直平分線,相交于點(diǎn)O(m,n),即為所求圓形區(qū)域的圓心,O點(diǎn)與Q1距離即為所求圓形區(qū)域的半徑R。
本優(yōu)選實(shí)施例對(duì)手掌圖像進(jìn)行中值濾波處理,避免手掌圖像的噪聲點(diǎn)造成圖像定位的不準(zhǔn)確,然后對(duì)手掌圖像進(jìn)行二值化處理,從而使手掌圖像中的手掌區(qū)域與背景區(qū)域較好地分離;對(duì)手掌圖像的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校正處理,減少了圖像采集過(guò)程中引入的旋轉(zhuǎn)、平移、比例縮放等因素的影響;通過(guò)提取出合適的參考點(diǎn),建立新的參考坐標(biāo)系,定位手掌圖像特征提取的有效區(qū)域,能夠降低手掌圖像特征識(shí)別的難度,提高了匹配識(shí)別算法的魯棒性。
優(yōu)選的,所述提取預(yù)處理后的手掌圖像的待識(shí)別手掌圖像特征,包括:
(1)將預(yù)處理后的手掌圖像中的手掌靜脈和掌紋主線的分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn)Fi(x,y),i=1,2,…N,其中N為特征點(diǎn)個(gè)數(shù);將特征點(diǎn)到所述圓形區(qū)域的圓心的距離與所述圓形區(qū)域的直徑的比值作為第一特征:
式中,Yi表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第一特征,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
將所述圓形區(qū)域的圓心與中指與無(wú)名指指根點(diǎn)Q2的連線作為基準(zhǔn)線,基準(zhǔn)線方向?yàn)?度,特征點(diǎn)與圓心的連線順時(shí)針到基準(zhǔn)線所夾的角作為第二特征;
式中,Ei表示第i個(gè)特征點(diǎn)的第二特征,Ei的取值范圍是0到360度,(xi,yi)表示第i個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo);
(2)以特征點(diǎn)的第一特征作為橫坐標(biāo),第二特征作為縱坐標(biāo),構(gòu)造坐標(biāo)系,將所述手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)投影到坐標(biāo)系中,建立預(yù)處理后的手掌圖像的二維特征向量空間。
本優(yōu)選實(shí)施例選擇手掌靜脈和掌紋主線分叉點(diǎn)作為待識(shí)別手掌圖像特征的各特征點(diǎn),既考慮了圖像密碼識(shí)別裝置1的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行速度的限制,又反映了手掌靜脈和掌紋的變化,提取的待識(shí)別手掌圖像特征精確度高,提取速度快。
優(yōu)選的,所述手掌圖像特征識(shí)別模塊25將所述待識(shí)別手掌圖像特征與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的作為圖像密碼的手掌圖像特征進(jìn)行對(duì)比時(shí),將待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)的分布進(jìn)行相似度對(duì)比,具體為:設(shè)對(duì)比待識(shí)別手掌圖像特征的二維特征向量空間的特征點(diǎn)為待識(shí)別特征點(diǎn),所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中的特征點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),將待識(shí)別手掌圖像與圖像密碼數(shù)據(jù)庫(kù)21中的手掌圖像進(jìn)行重疊,并在所述作為圖像密碼的手掌圖像特征中的二維特征向量空間中確定待識(shí)別特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn),判斷待識(shí)別特征點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征點(diǎn)的距離是否小于預(yù)設(shè)距離閾值,并根據(jù)判斷結(jié)果確定待識(shí)別手掌圖像特征與所述作為圖像密碼的手掌圖像特征是否一致。
本優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定了手掌圖像特征識(shí)別模塊25對(duì)待識(shí)別手掌圖像特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)的具體操作,實(shí)用便捷。
本應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)設(shè)定的調(diào)整因子γ取值為1.02,電子鎖的識(shí)別精度相對(duì)提高了5.2%,識(shí)別速度相對(duì)提高了7%。
最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是,以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。