自動掌紋識別理論和算法研究.pdf

1、基于生物特征識別的身份鑒別技術提供了一種高可靠性、高穩(wěn)定性的身份鑒別方式。掌紋識別是一種相對較新的生物特征識別技術，但其發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已成為生物特征識別技術領域中重要一員。研究掌紋識別技術具有重要的理論意義和巨大的應用價值，它涉及計算機視覺，模式識別，圖像處理等多門學科，掌紋識別技術的研究有助于這些學科的發(fā)展；在信息安全、公共安全、法律等領域，掌紋識別技術均具有潛在的應用前景。目前盡管掌紋識別技術已取得了很大進展，但在實際應用中仍然存

2、在許多問題亟待解決。本文對掌紋識別相關理論和算法進行了深入研究，主要工作和貢獻如下：
　　 (1)提出了一種基于Log-Gabor小波相位一致的掌紋線特征提取方法。掌紋線特征是掌紋識別中最基本、最直觀的特征，但由于掌紋線的特殊性和復雜性，如何有效提取掌紋線特征一直是掌紋識別的難點。本文從頻率域角度考慮，使用Log-Gabor小波相位一致方法提取掌紋圖像線特征，包括掌紋方向相位一致特征和掌紋整體相位一致特征。該方法提取的線特征可有

3、效包含紋線的結構信息、強度信息和寬度信息，且提取的線特征比較穩(wěn)定。在掌紋整體相位一致特征圖像上進一步檢測出具體的掌紋線，僅使用掌紋線結構特征來表示和識別掌紋，實驗結果驗證了Log-Gabor小波相位一致提取掌紋線特征用于識別的有效性。
　　 (2)提出了基于區(qū)域方向碼的掌紋線特征表示方法。該方法首先將6個方向的掌紋方向相位一致特征圖像均勻分塊，對于同一區(qū)域的六個子塊圖像，將具有最大灰度平均值的那個子塊所對應的特征圖像方向作為該區(qū)

4、域主方向，然后采用三位的二進制碼對該主方向編碼。掌紋區(qū)域方向碼綜合描述了紋線的灰度變化強度及其方向性信息，因而能更好地區(qū)分掌紋圖像；此外，對區(qū)域的方向編碼使該方法受圖像平移和旋轉影響也較小。在PolyU掌紋數(shù)據(jù)庫上的實驗結果驗證了掌紋區(qū)域方向碼方法的有效性。
　　 (3)提出了一種基于散度差判別局部保持投影(Scatter-difference DiscriminantLocality Preserving Projection

5、s，SDLPP)的掌紋識別算法。子空間方法具有特征描述性強、計算代價小和良好可分性等優(yōu)點，已被廣泛應用于生物特征識別。線性鑒別分析( LDA)和局部保持投影(LPP)是其中比較經(jīng)典的線性方法，LDA注重圖像數(shù)據(jù)間的可分性，LPP則更關注于數(shù)據(jù)的局部關系。本文結合LDA的判別性思想和LPP注重局部鄰域關系的思想，提出了散度差判別局部保持投影算法，并對SDLPP中影響圖像分類的主要參數(shù)進行了研究分析。SDLPP的目的是使同類圖像在低維空間中

6、保持緊致的局部關系，同時使那些在圖像空間中距離近的非同類圖像在低維投影空間中相對遠一些，從而使各類圖像能獲得更好地區(qū)分。在公開掌紋數(shù)據(jù)庫上的實驗結果表明提出的SDLPP算法較LDA、LPP具有更優(yōu)的識別性能，對參數(shù)的分析則有助于確定SDLPP的最優(yōu)參數(shù)。此外，論文還使用核方法在理論上將SDLPP擴展得到相應非線性算法，稱為核散度差判別局部保持投影( Kernel SDLPP，KSDLPP)。
　　 (4)設計了一種適合于智能移動

7、設備的掌紋識別算法，并以該算法為核心開發(fā)了聯(lián)想ET980智能手機實時掌紋身份驗證系統(tǒng)。算法首先設計了一種適于移動設備的掌紋圖像采集方式并給出了相應定位分割方法，這保證了移動設備下掌紋驗證系統(tǒng)的可行性；在識別過程中加入光照預處理，一定程度上消除了外部光照變化的影響；采用Gabor小波變換和子空間方法的結合算法來提取掌紋特征，并用遺傳算法對Gabor特征節(jié)點的數(shù)目和位置做優(yōu)化選取，在保證識別精度同時顯著地提高了識別效率。論文算法在聯(lián)想ET9