[發明專利]指紋配準方法及裝置

有效

• 申請號: 201710210304.4
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN107066961B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 馮建江;周杰;李世豪
• 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: 張潤

本發明提出一種指紋配準方法及裝置，其中，方法包括：獲取待配準指紋和目標指紋，提取待配準指紋和目標指紋的指紋特征，其中指紋特征包括脊線特征和相位特征，利用兩個指紋的脊線特征進行粗配準，然后獲取兩個指紋的相位特征在相位重合區域內的相位差異信息，根據相位差異信息對粗配準結果進行調整，得到兩個指紋的最終配準結果。本實施例中，不再單純地依賴脊線特征進行指紋配準，在脊線特征的基礎上還增加了相位特征，并且進行兩次配準操作，可以提高指紋配準的精度。

技術領域

本發明涉及信息處理領域，尤其涉及一種指紋配準方法及裝置。

背景技術

由于指紋具有持久穩定、區分度高和易于采集的特點，指紋被廣泛地應用在刑偵破案、門禁考勤和設備解鎖等場景中，在這些應用場景中均需要用到指紋自動識別技術，通過該指紋自動識別技術來對指紋進行識別。目前，通過指紋識別的準確率來衡量指紋自動識別技術。如果采集到的一對指紋的質量較高，現有的指紋自動識別技術可以比較準確地判斷出這兩個指紋是否來自同一個手指。

然而，實際應用中，指紋采集裝置上的指紋采集面為一個二維平面，而人的手指具有彈性且為三維立體的，當手指按壓到該二維的采集面上時，如果手指用力不均或存在側向力，采集到的指紋會產生較大的扭曲變形，往往會導致采集到的指紋的脊線頻率及曲率、細節點的位置及方向都產生改變。

在上述情況下，對采集的指紋無論基于圖像的指紋識別，還是基于細節點的指紋識別，均會存在指紋識別的準確率較低的問題。為了能夠消除扭曲變形所帶來的負面影響，以提升指紋識別的準確率，需要在一對指紋匹配之前對其進行配準。所謂的配準，就是將輸入指紋作為待配準指紋，指紋數據庫中的一個指紋作為目標指紋，然后通過圖像處理的方法對待配準指紋進行變形，以消除待配準指紋相對于目標指紋的形變，將待配準指紋的脊線及細節點與目標指紋中的脊線及細節點對齊。

現有的指紋配準方式大體分為如下四種：

第一種：利用指紋的方向場進行剛體變形。首先選取一組最佳的旋轉與平移參數，然后利用所選取的參數對待配準指紋進行變換，使變換后待配準指紋的方向場與目標指紋的方向場相似度最高。這種方法采用一級指紋特征即指紋的方向場進行配準，雖然具有一定抗噪聲能力，但是由于未考慮更精細、更具有區分度的指紋的分叉點、端點等二級特征，使得指紋的區分度往往不夠，沒有辦法精確的找到兩個指紋之間的對應關系。此外，這種方法采用剛體變換模型，只考慮到整體旋轉及平移變換，無法處理指紋的局部非線性變形，只能粗略的將兩個指紋進行配準，精度較差。

第二種：利用指紋的細節點進行彈性變形。這種方法利用指紋的細節點構造局部的描述子，獲得待配準指紋與目標指紋間匹配的細節點對，然后利用多對細節點對擬合彈性變形模型，將待配準指紋與目標指紋配準。這種方法的不足之處包括：(1)由于錯誤匹配的細節點對的存在，擬合的變形模型在錯誤匹配對附近會出錯，導致配準結果出錯。(2)指紋的某些區域可能沒有細節點，在沒有細節點的區域，無法準確的進行配準。(3)如果待配準指紋與目標指紋之間匹配上的細節點過少，則沒有足夠的細節點對精確擬合出彈性變形模型。

第三種：利用指紋的細節點和指紋的脊線進行彈性變形。首先獲得待配準指紋與目標指紋間的匹配細節點對，然后用脊線追蹤的方法獲得對應的脊線，并以一定間隔在脊線上采點，將采樣點及匹配的細節點共同作為待配準指紋與目標指紋的匹配點對，用于擬合彈性變形模型。這種方法存在假匹配細節點，而假匹配細節點會導致假匹配脊線，在假匹配脊線上采樣會產生更多的假匹配對，導致以此擬合出的變形模型出錯。

第四種：利用指紋的局部圖像相關進行彈性變形。首先將指紋進行網格化，然后利用局部圖像相關方法在目標指紋中搜索與待配準指紋的網格元素最相似的位置，最后根據每個網格的對應位置做全局優化，并擬合彈性變形模型。但是，局部圖像相關算法受圖像噪聲影響大，并且計算代價很高，運算效率低。另外，局部圖像相關算法最高只能達到像素級別的配準，無法取得較高的配準精度。

綜上可知，上述每種指紋配準方法均存在不足，導致指紋的配準精度較低。