一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法。主要步驟包括：對(duì)模板指紋中提取出的特征點(diǎn)構(gòu)造四邊形并建立相應(yīng)的查找表；提取待匹配指紋特征點(diǎn)；將待匹配指紋圖像按區(qū)域劃分并隨機(jī)選取特征點(diǎn)構(gòu)成四邊形；在查找表中搜索與之匹配的四邊形；以最優(yōu)匹配四邊形為基礎(chǔ)獲取有效特征點(diǎn)個(gè)數(shù)；根據(jù)指紋圖像的特點(diǎn)設(shè)定合適的匹配區(qū)間；根據(jù)設(shè)定的匹配區(qū)間判斷模板指紋和待匹配指紋是否匹配。本發(fā)明提出的基于最優(yōu)四邊形快速指紋匹配方法，在很大程度上避免了偽特征點(diǎn)信息對(duì)匹配的干擾，并基于此設(shè)立的區(qū)域分配原則和和查找表為四邊形快速匹配提供了基礎(chǔ)，當(dāng)指紋數(shù)量增加時(shí)，會(huì)有較好的匹配速度。
【專利說(shuō)明】-種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)指紋識(shí)別領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 指紋識(shí)別技術(shù)主要包括指紋圖像采集，圖像預(yù)處理，特征提取和特征匹配。特征匹 配作為最后一步直接決定了識(shí)別算法的可行性。主要是利用提取得到特征點(diǎn)的信息，按照 相關(guān)算法判斷待匹配指紋和模板指紋的相似程度，從而判斷指紋圖像是否匹配。
[0003] 指紋圖像的特征主要有全局特征和局部特征。目前采用最多的指紋特征是美國(guó)聯(lián) 邦調(diào)查局提出的局部特征點(diǎn)：指紋紋線端點(diǎn)（ending)和分叉點(diǎn)（bifurcation)。基于此 特征提出的多種點(diǎn)模式匹配算法利用特征點(diǎn)的位置；類型；紋線方向以及特征點(diǎn)之間的相 對(duì)關(guān)系取得了良好的匹配效果，得到了廣泛應(yīng)用。比如基于基準(zhǔn)點(diǎn)的指紋匹配，其主要步驟 是初匹配時(shí)先利用指紋每一點(diǎn)及其鄰域的特征點(diǎn)得到該特征點(diǎn)的特征向量，得到最佳匹配 點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，二次匹配時(shí)，在以基準(zhǔn)點(diǎn)為中心的基礎(chǔ)上進(jìn)行全局匹配，計(jì)算指紋的旋轉(zhuǎn)和 平移參數(shù)，然后計(jì)算校正后待匹配指紋和模板指紋的特征點(diǎn)匹配率，當(dāng)匹配率大于某一閾 值時(shí)認(rèn)為匹配成功。
[0004] 指紋圖像在進(jìn)行預(yù)處理和特征提取后都會(huì)出現(xiàn)偽特征點(diǎn)。以上述方法進(jìn)行匹配 時(shí)，在尋找最佳匹配點(diǎn)時(shí)利用了其鄰域特征點(diǎn)，即使其本身特征匹配較好，而由于其鄰域特 中存在偽特征點(diǎn)，就會(huì)對(duì)其造成影響。最后在計(jì)算匹配分?jǐn)?shù)時(shí)，通過(guò)計(jì)算匹配成功的點(diǎn)對(duì)所 占比例來(lái)得到匹配得分時(shí)也將偽特征點(diǎn)納入進(jìn)行計(jì)算。在得到基準(zhǔn)點(diǎn)后，很多匹配算法都 需要在基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上算出旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)，再進(jìn)行二次匹配，這樣增加了匹配時(shí)間。而本 發(fā)明通過(guò)設(shè)立的區(qū)域分配原則和查找表，只需要在查找表中繼續(xù)搜索，如此減少了匹配時(shí) 間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，用于解決在指紋匹配過(guò)程 中算法受到偽特征點(diǎn)對(duì)匹配結(jié)果的影響，同時(shí)通過(guò)區(qū)域分配和查找表的建立達(dá)到快速匹配 的目的。該方法在一定程度上克服了偽特征點(diǎn)對(duì)匹配結(jié)果的影響，同時(shí)在指紋庫(kù)較大時(shí)有 較好的效率。
[0006] 本發(fā)明通過(guò)以下方案解決上述問(wèn)題： 一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，包括以下步驟： 1) 確定模板指紋和待匹配指紋； 2) 對(duì)指紋庫(kù)中的模板指紋提取出的特征點(diǎn)，構(gòu)造所有四邊形并建立相應(yīng)查找表； 3) 對(duì)待匹配指紋圖像預(yù)處理后進(jìn)行特征提取； 4) 將待匹配指紋特征點(diǎn)劃分為4個(gè)區(qū)域，并從每一區(qū)域隨機(jī)選擇一個(gè)特征點(diǎn)構(gòu)成四邊 形。計(jì)算所形成四邊形的參數(shù)； 5) 在查找表中搜索是否存在與之匹配的四邊形，若存在計(jì)算其匹配度并記錄，然后剔 除之前所選擇的特征點(diǎn)重復(fù)步驟（3)，直到無(wú)法構(gòu)成四邊形； 6) 將匹配度最好的四邊形作為最佳匹配四邊形。如果在匹配過(guò)程中沒(méi)有搜索到最佳四 邊形則匹配失敗，若存在則以最佳匹配四邊形為基礎(chǔ)，確定待匹配指紋的有效特征點(diǎn)數(shù)； 7) 設(shè)定一個(gè)判別區(qū)間，根據(jù)有效特征點(diǎn)數(shù)與區(qū)間的關(guān)系做出判斷。
[0007] 本發(fā)明基于的特征點(diǎn)為紋線端點(diǎn)和分叉點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明提出的匹配算法前提是指紋庫(kù)中的模板指紋圖像具有較好的質(zhì)量。
[0009] 所述步驟（2)中，查找表是將四邊形的相關(guān)參數(shù)分類存儲(chǔ)，在匹配時(shí)輸入待匹配 指紋的相關(guān)參數(shù)后，可以在查找表中進(jìn)行快速搜索，計(jì)算出相應(yīng)的匹配度。當(dāng)待匹配指紋更 換后，無(wú)需再進(jìn)行計(jì)算。
[0010] 上述四邊形的相關(guān)參數(shù)定義如下： a.提取的四個(gè)特征點(diǎn)距離四邊形中心的距離 A:,計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 確定模板指紋和待匹配指紋； 2) 對(duì)指紋庫(kù)中的模板指紋提取出的特征點(diǎn)，構(gòu)造所有四邊形并建立相應(yīng)查找表； 3) 對(duì)待匹配指紋圖像預(yù)處理后進(jìn)行特征提??； 4) 將待匹配指紋特征點(diǎn)劃分為4個(gè)區(qū)域，并從每一區(qū)域隨機(jī)選擇一個(gè)特征點(diǎn)構(gòu)成四邊 形，計(jì)算所形成四邊形的參數(shù)； 5) 在查找表中搜索是否存在與之匹配的四邊形，若存在計(jì)算其匹配度并記錄，然后剔 除之前所選擇的特征點(diǎn)重復(fù)步驟（3)，直到無(wú)法構(gòu)成四邊形； 6) 將匹配度最好的四邊形作為最佳匹配四邊形，如果在匹配過(guò)程中沒(méi)有搜索到最佳四 邊形則匹配失敗，若存在則以最佳匹配四邊形為基礎(chǔ)，確定待匹配指紋的有效特征點(diǎn)數(shù)； 7) 設(shè)定一個(gè)判別區(qū)間，根據(jù)有效特征點(diǎn)數(shù)與區(qū)間的關(guān)系做出判斷。
2. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在 于，所述步驟（2)中相關(guān)查找表中包含的信息包括：4個(gè)特征點(diǎn)距離四邊形中心的距離 % ;4個(gè)特征點(diǎn)的類型C;四邊形對(duì)角線所成夾角β;所含分叉點(diǎn)的個(gè)數(shù)t，定義分別如下： D::定義為：D, = (t =I2J, 4) (1) 其中，)表示四邊形中心點(diǎn)的坐標(biāo)；（?,A)表示4個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)，k為特征 點(diǎn)的序號(hào)； C:定義為：= ^分= ⑶ IΘ- < -I θ定義為：θ= - ; (9) λ-a(a> ^-) 其中，(S1=IafCtant:卜卜dan 為對(duì)角線（1，3)的斜率，為對(duì)角線（2,4)的斜率； t定義為：t= (1〇) si?l 基于此我們可以建立查找表，為了提高查找速度，我們以?shī)A角為分類依據(jù)，在[] 區(qū)間每隔y建立一張查找表，共計(jì)18張查找表，每張表又可以根據(jù)分叉點(diǎn)的個(gè)數(shù)t分為5 個(gè)子表。
3. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于，所 述步驟（4)中，區(qū)域分配的原則應(yīng)當(dāng)滿足約束條件： \f \f Hοα?φ < Ml Ml1.1/3,Λ/4. <CeilGj)(12) 其中，M表示待匹配指紋提取到的特征點(diǎn)數(shù)，M1，M2，M3，M4分別表示四個(gè)區(qū)域中特征點(diǎn) 的個(gè)數(shù)，F(xiàn)loor表示向下取整，Ceil表示向上取整。
4. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于，所 述步驟（5)中，待匹配指紋的四邊形與模板指紋中的四邊形的匹配度J的表達(dá)式為： Λ J(T I JiT3 J說(shuō)=Zβ h μ+= (1- I i 4) ; [ = α 2…丹尋》(14) 其中，，和，表示權(quán)重，不失一般性我們可以令@值為1，令叫=1^,將其轉(zhuǎn)化至角度； K表示構(gòu)造四邊形的次數(shù)；N表示滿足匹配條件的四邊形個(gè)數(shù)；3,.表示匹配四邊形組對(duì)應(yīng) 頂點(diǎn)距離中心的距離差；^表示匹配四邊形組對(duì)應(yīng)對(duì)角線夾角差，4表達(dá)如下： 令Jr =min 4 [=(1二...,·Γ?β--〇 若Jje〈 ^，則四邊形匹配成功，將匹配成功的一組四邊形的相關(guān)特征記錄，如果沒(méi)有滿 足條件的四邊形，則說(shuō)明在待匹配指紋中，此次所選取的4個(gè)點(diǎn)（Τ1，Τ2,Τ3,Τ4)中存在偽 特征點(diǎn)或者是在模板指紋中不存在的特征點(diǎn)，稱之為干擾點(diǎn)，進(jìn)行下一次匹配.為一較小 的量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)定。
5. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于所述 步驟￠)中，最佳四邊形滿足的條件為： J= minJKK=(L2τ--SiooH^-)) 4- 以最佳四邊形為基礎(chǔ)得到有效特征點(diǎn)數(shù)的優(yōu)勢(shì)在于不必計(jì)算旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)進(jìn)行二 次匹配，提高了匹配速度。
6. 如權(quán)利要求書(shū)5所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于所述 有效特征點(diǎn)數(shù)的計(jì)算，首先選取區(qū)域1的特征點(diǎn)與最佳四邊形位于區(qū)域2,3,4中的3個(gè)頂 點(diǎn)組成四邊形，按上述匹配方法在查找表中搜索是否存在與之匹配的四邊形，3個(gè)頂點(diǎn)不再 變動(dòng)，這樣在查找表中搜索的速度也會(huì)提高，若搜索不到說(shuō)明此點(diǎn)是干擾點(diǎn)，否則該點(diǎn)是有 效特征點(diǎn)，區(qū)域2,3,4中的其余特征點(diǎn)按同樣的方法統(tǒng)計(jì)，得到有效特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)，應(yīng)當(dāng)注 意，最后還應(yīng)把最佳匹配四邊形的4個(gè)頂點(diǎn)納入統(tǒng)計(jì)。
7. 如權(quán)利要求書(shū)1所述的一種基于最優(yōu)四邊形的快速指紋匹配方法，其特征在于所 述步驟（7)中，匹配區(qū)間的上下限可以根據(jù)指紋圖像的大小及提取到特征點(diǎn)的數(shù)量合理設(shè) 置，當(dāng)有效特征點(diǎn)數(shù)大于區(qū)間上限時(shí)認(rèn)為匹配成功，否則匹配失敗，如果位于區(qū)間內(nèi)說(shuō)明待 匹配指紋達(dá)不到我們所設(shè)定的要求，可能因?yàn)橹讣y效果不好，建議重新驗(yàn)證。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK104239871SQ201410500598
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉凱, 邊海棟, 鄭曉軍, 吳煒, 楊曉敏 申請(qǐng)人:四川大學(xué)