[發(fā)明專(zhuān)利]序列虹膜圖像超分辨率重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210507861.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103020898B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何玉青;任慧穎;潘景;李力;李嘉琦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T3/40
• 分類(lèi)號(hào): G06T3/40;G06K9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物特征識(shí)別領(lǐng)域，涉及數(shù)字圖像處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)和模式識(shí)別等技術(shù)，特別是涉及一種序列虹膜圖像的超分辨率重建方法。

背景技術(shù)

基于虹膜的身份鑒別以其高可靠性，穩(wěn)定性和非侵犯性而占有生物特征識(shí)別技術(shù)的重要地位。一般的識(shí)別方法都是基于滿足一定分辨率的圖像進(jìn)行的，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求圖像中虹膜直徑不少于150像素。而在實(shí)際圖像獲取中，在一些特定環(huán)境，如遠(yuǎn)距離識(shí)別或者受到系統(tǒng)光學(xué)性能的限制，不一定能獲取較高分辨率的圖像，低分辨率圖像往往在識(shí)別時(shí)被摒棄，或者在識(shí)別時(shí)不能獲得高的性能，對(duì)這些圖像進(jìn)行高分辨率重構(gòu)能夠增加識(shí)別率，提高系統(tǒng)魯棒性及易用性。

目前，虹膜圖像的超分辨率重建可以基于普通圖像超分辨率重建技術(shù)，但就虹膜圖像而言，因其虹膜紋理與占據(jù)環(huán)形區(qū)域的特殊性，其重建過(guò)程與普通圖像有所不同。其主要步驟包括圖像預(yù)處理、圖像配準(zhǔn)和超分辨率重建。

虹膜圖像在進(jìn)行采集時(shí)由于瞳孔的振顫特性而使圖像具有不同的瞳孔尺寸和虹膜紋理區(qū)域，在識(shí)別時(shí)只考慮虹膜紋理區(qū)域特征，因此可以先將虹膜進(jìn)行定位及歸一化展開(kāi)，只保留虹膜紋理區(qū)域進(jìn)行后續(xù)超分辨率重建。

序列圖像的配準(zhǔn)即運(yùn)動(dòng)估計(jì)，是尋找兩幅圖像在空間和灰度上的映射的過(guò)程，一般情況下圖像配準(zhǔn)的方法通常可分為三類(lèi)：(1)基于像素的配準(zhǔn)方法，即根據(jù)待配準(zhǔn)圖像的相關(guān)函數(shù)、Fourier變換和各階矩量之間的關(guān)系式來(lái)計(jì)算配準(zhǔn)參數(shù)。(2)基于特征的配準(zhǔn)方法，即根據(jù)需要配準(zhǔn)圖像重要相同特征之間的幾何關(guān)系確定配準(zhǔn)參數(shù)。這類(lèi)方法首先需要提取特征，如圖像的邊緣、角、點(diǎn)、線、曲率等具有不變性的特征。提取特征可在空間域內(nèi)進(jìn)行。也可在變換域內(nèi)進(jìn)行。(3)基于模型的配準(zhǔn)方法，這種方法是根據(jù)圖像失真的數(shù)學(xué)模型來(lái)進(jìn)行非線性校正式的配準(zhǔn)。由于虹膜圖像的旋轉(zhuǎn)在歸一化圖像中體現(xiàn)為水平位移，因此序列歸一化虹膜圖像的配準(zhǔn)可只考慮二維的位移。根據(jù)歸一化圖像的特點(diǎn)，以及虹膜識(shí)別系統(tǒng)的速度和精度要求，選擇基于像素的Fourier變換方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行配準(zhǔn)。

目前，序列虹膜圖像的超分辨率重建方法多采用空域的方法，包括主成分變換法、基于學(xué)習(xí)的多層感知器法、圖像平均法、以及貝葉斯最大后驗(yàn)概率法等。這些方法包含先驗(yàn)信息的約束，能將插值、迭代、濾波重采樣同復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模型結(jié)合起來(lái)處理。空域法的降質(zhì)過(guò)程模型內(nèi)容廣泛，可以包括非理想采樣、空間可變點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)、全局運(yùn)動(dòng)和局部運(yùn)動(dòng)、光學(xué)模糊、運(yùn)動(dòng)模糊等。

重復(fù)背投影法也是空域法中的一種，首先用一幅輸入圖像進(jìn)行插值作為輸出圖像的初始估計(jì)，并將所有低分辨率圖像插值得到高分辨率圖像,估計(jì)圖像與實(shí)際觀測(cè)圖像的高分辨率插值圖像之間的差值稱(chēng)為模擬誤差，根據(jù)模擬誤差不斷更新當(dāng)前估計(jì)。簡(jiǎn)而言之，就是重復(fù)地應(yīng)用各幅低分辨率圖像的插值圖像與估計(jì)得到的高分辨率圖像的差來(lái)更新估計(jì)的高分辨率圖像。重復(fù)背投影法通過(guò)觀測(cè)方程使超分辨率的結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)匹配，因此，可以用于序列虹膜圖像的重建。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于減少虹膜識(shí)別系統(tǒng)中對(duì)圖像分辨率要求的限制，提供一種序列虹膜圖像的超分辨率重建方法。此方法能提取低分辨率序列虹膜圖像中的信息，重建得到高分辨率虹膜圖像，提高虹膜識(shí)別系統(tǒng)的易用性，具有更低的等錯(cuò)誤率。

(二)技術(shù)解決方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種序列虹膜圖像的超分辨率重建方法，其中至少使用一幀圖像對(duì)序列虹膜圖像進(jìn)行重建，包括以下步驟：

S1、從視頻中選取任意幅虹膜圖像，并對(duì)選取的序列圖像分別進(jìn)行預(yù)處理，得到序列歸一化虹膜圖像；

S2、采用頻域配準(zhǔn)方法對(duì)序列歸一化虹膜圖像進(jìn)行配準(zhǔn)；

S3、采用改進(jìn)的重復(fù)背投影法對(duì)配準(zhǔn)后的歸一化虹膜圖像進(jìn)行超分辨率重建；

上述方案中，所述步驟S1包括：S11、從視頻序列中選取成像清晰、對(duì)比度較好的正面虹膜圖像；S12、對(duì)選取的序列虹膜圖像分別進(jìn)行虹膜內(nèi)外邊界的定位，將虹膜區(qū)域從圖像中分割，并將分割得到的虹膜區(qū)域映射到極坐標(biāo)，得到歸一化的虹膜圖像。步驟S11中采用局部對(duì)比度法進(jìn)行圖像清晰度判斷，并且采用微積分算子進(jìn)行瞳孔和虹膜是否圓形的檢測(cè)以確定是否為正向虹膜圖像；步驟S12中采用Sobel算子和Hough變換的方法定位虹膜，采用分段插值得到虹膜紋理矩形圖像。