[發明專利]指紋方向場的估計方法和裝置

有效

• 申請號: 201310703526.1
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103646238A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 周杰;馮建江;楊霄
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及指紋識別領域，特別涉及一種指紋方向場的估計方法和裝置。

背景技術

指紋識別技術已廣泛地應用于公安刑偵、出入境、銀行及保險服務、門禁系統和重要設備的權限控制等領域中。在實際應用中，采集到的指紋圖像可能具有非常復雜的背景紋理，如在公安刑偵領域，從犯罪現場通過使用特定的化學試劑或光學儀器獲取的指紋圖像；或者指紋圖像的脊線本身的質量較差。

相關技術中可通過指紋圖像的局部圖像特征來估計指紋初始方向場，然后基于指紋脊線平滑這一約束對初始方向場進行改進。這種方法在圖像質量高、背景干凈時可以較好地估計初始方向場，但是，由于這種方法僅單純考慮指紋圖像本身的一些統計信息，在背景紋理干擾強、圖像本身質量低時則無法正確地對指紋的初始方向場進行估計，并且后續難以對初始方向場進行增強和匹配。

在初始方向場的正確性完全無法保證的情況下，通常會得出完全錯誤的結果。因此，在這些情況下，必須依靠指紋鑒定人員手工提取指紋圖像的特征，然后將提出的特征與指紋庫中的指紋特征進行匹配，以獲取指紋圖像的方向場。這就需要鑒定人員高度參與來完成，非常繁瑣耗時，效率低下。

傳統的指紋方向場估計算法只考慮指紋圖像塊內的統計信息及指紋脊線的平滑性約束，有較大的限制：首先，只考慮指紋圖像塊內的統計信息在背景比較復雜的情況下無法區分估計的初始方向屬于背景還是指紋圖像；其次，只考慮指紋脊線的平滑性約束只能保證最終估計的方向場平滑，但不能保證其是一個合理的指紋方向場。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題。

為此，本發明的第一個目的在于提出一種指紋方向場的估計方法，該方法考慮了指紋脊線方向的先驗知識，實現了對指紋方向場先驗知識的有效運用，可以極大地減少復雜背景的干擾，提高低質量指紋的識別性能。

本發明的第二個目的在于提出一種指紋方向場的估計裝置。

為達上述目的，根據本發明第一方面的實施例提出了一種指紋方向場的估計方法，包括：根據訓練指紋建立局部指紋字典，其中，所述局部指紋字典包括與基準坐標系中每個位置分別對應的多個方向塊集合；接收待估指紋，獲取所述待估指紋的初始方向場，其中，所述初始方向場位于所述基準坐標系；獲取所述初始方向場在所述基準坐標系中每個位置對應的初始方向塊，并在所述局部指紋字典中查詢與所述每個位置對應的方向塊集合；獲取所述初始方向塊與查詢到的方向塊集合中的每個方向塊的相似度，并根據所述相似度從所述查詢到的方向塊集合中篩選出所述初始方向塊對應的預設數量的候選方向塊；獲取任意相鄰的兩個位置對應的候選方向塊之間的兼容度；根據所述每個位置與對應的候選方向塊之間的相似度和所述兼容度在所述選方向塊中獲取所述每個位置對應的最優候選方向塊，并根據所述每個位置對應的最優候選方向塊生成所述待估指紋的方向場。

本發明實施例的指紋方向場的估計方法，通過聚類的方式，在統一的基準坐標系中對一系列真實的訓練指紋在不同位置的方向塊進行分析和統計，建立位置相關的局部指紋字典；并通過自動或手動的方式將待估計方向場的指紋校正到該基準坐標系中，然后對每一個位置的初始方向塊查詢該位置的局部指紋字典，挑選出若干候選方向快，同時考慮這些候選方向塊之間的兼容性，最終通過全局優化的方式估計一個權衡了局部相似性和全局合理性的方向場。此外，該方法考慮了指紋脊線方向的先驗知識，利用方向塊局部指紋字典的方式表達指紋脊線方向場的常見模式，并利用位置相關的信息來保證局部指紋字典的合理性，有效地對指紋方向場的常見模式進行了量化，實現了對指紋方向場先驗知識的有效運用，可以極大地減少復雜背景的干擾，提高低質量指紋的識別性能。

在本發明的一個實施例中，所述根據訓練指紋建立局部指紋字典具體包括：分別獲取多個訓練指紋的多個訓練方向場，并根據所述多個訓練方向場分別標定所述多個訓練指紋的參考點和參考方向；根據所述參考點和參考方向分別對所述多個訓練方向場進行校正，以獲取所述多個訓練指紋的基準方向場；根據所述基準方向場建立每個位置的局部指紋字典，其中，所述每個位置的局部指紋字典包括多個方向塊，所述多個方向塊分別為在所述多個訓練指紋的基準方向場中所述位置確定的方向塊。