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：對模板指紋中提取出的特征點構(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；將待匹配指紋圖像按區(qū)域劃分并隨機選取特征點構(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)獲取有效特征點個數(shù)；根據(jù)指紋圖像的特點設(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信息對匹配的干擾，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，會有較好的匹配速度。
【專利說明】-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)明涉及自動指紋識別領(lǐng)域，具體來說是一種基于最優(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別算法的可行性。主要是利用提取得到特征點的信息，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聯(lián) 邦調(diào)查局提出的局部特征點：指紋紋線端點（ending)和分叉點（bifurcation)。基于此 特征提出的多種點模式匹配算法利用特征點的位置；類型；紋線方向以及特征點之間的相 對關(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)點的指紋匹配，其主要步驟 是初匹配時先利用指紋每一點及其鄰域的特征點得到該特征點的特征向量，得到最佳匹配 點作為基準(zhǔn)點，二次匹配時，在以基準(zhǔn)點為中心的基礎(chǔ)上進行全局匹配，計算指紋的旋轉(zhuǎn)和 平移參數(shù)，然后計算校正后待匹配指紋和模板指紋的特征點匹配率，當(dāng)匹配率大于某一閾 值時認為匹配成功。
[0004] 指紋圖像在進行預(yù)處理和特征提取后都會出現(xiàn)偽特征點。以上述方法進行匹配 時，在尋找最佳匹配點時利用了其鄰域特征點，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，就會對其造成影響。最后在計算匹配分?jǐn)?shù)時，通過計算匹配成功的點對所 占比例來得到匹配得分時也將偽特征點納入進行計算。在得到基準(zhǔn)點后，很多匹配算法都 需要在基準(zhǔn)點的基礎(chǔ)上算出旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)，再進行二次匹配，這樣增加了匹配時間。而本 發(fā)明通過設(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 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程 中算法受到偽特征點對匹配結(jié)果的影響，同時通過區(qū)域分配和查找表的建立達到快速匹配 的目的。該方法在一定程度上克服了偽特征點對匹配結(jié)果的影響，同時在指紋庫較大時有 較好的效率。
[0006] 本發(fā)明通過以下方案解決上述問題： 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) 對指紋庫中的模板指紋提取出的特征點，構(gòu)造所有四邊形并建立相應(yīng)查找表； 3) 對待匹配指紋圖像預(yù)處理后進行特征提??； 4) 將待匹配指紋特征點劃分為4個區(qū)域，并從每一區(qū)域隨機選擇一個特征點構(gòu)成四邊 形。計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，若存在計算其匹配度并記錄，然后剔 除之前所選擇的特征點重復(fù)步驟（3)，直到無法構(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。如果在匹配過程中沒有搜索到最佳四 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數(shù)； 7) 設(shè)定一個判別區(qū)間，根據(jù)有效特征點數(shù)與區(qū)間的關(guān)系做出判斷。
[0007] 本發(fā)明基于的特征點為紋線端點和分叉點。
[0008] 本發(fā)明提出的匹配算法前提是指紋庫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，在匹配時輸入待匹配 指紋的相關(guān)參數(shù)后，可以在查找表中進行快速搜索，計算出相應(yīng)的匹配度。當(dāng)待匹配指紋更 換后，無需再進行計算。
[0010] 上述四邊形的相關(guān)參數(shù)定義如下： a.提取的四個特征點距離四邊形中心的距離 A:,計算公式如下：

【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) 對指紋庫中的模板指紋提取出的特征點，構(gòu)造所有四邊形并建立相應(yīng)查找表； 3) 對待匹配指紋圖像預(yù)處理后進行特征提取； 4) 將待匹配指紋特征點劃分為4個區(qū)域，并從每一區(qū)域隨機選擇一個特征點構(gòu)成四邊 形，計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，若存在計算其匹配度并記錄，然后剔 除之前所選擇的特征點重復(fù)步驟（3)，直到無法構(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，如果在匹配過程中沒有搜索到最佳四 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數(shù)； 7) 設(shè)定一個判別區(qū)間，根據(jù)有效特征點數(shù)與區(qū)間的關(guān)系做出判斷。
2. 如權(quán)利要求書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個特征點距離四邊形中心的距離 % ;4個特征點的類型C;四邊形對角線所成夾角β;所含分叉點的個數(shù)t，定義分別如下： D::定義為：D, = (t =I2J, 4) (1) 其中，)表示四邊形中心點的坐標(biāo)；（?,A)表示4個特征點的坐標(biāo)，k為特征 點的序號； C:定義為：= ^分= ⑶ IΘ- < -I θ定義為：θ= - ; (9) λ-a(a> ^-) 其中，(S1=IafCtant:卜卜dan 為對角線（1，3)的斜率，為對角線（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，我們以夾角為分類依據(jù)，在[] 區(qū)間每隔y建立一張查找表，共計18張查找表，每張表又可以根據(jù)分叉點的個數(shù)t分為5 個子表。
3. 如權(quán)利要求書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數(shù)，M1，M2，M3，M4分別表示四個區(qū)域中特征點 的個數(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的表達式為： Λ J(T I JiT3 J說=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數(shù)；3,.表示匹配四邊形組對應(yīng) 頂點距離中心的距離差；^表示匹配四邊形組對應(yīng)對角線夾角差，4表達如下： 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，如果沒有滿 足條件的四邊形，則說明在待匹配指紋中，此次所選取的4個點（Τ1，Τ2,Τ3,Τ4)中存在偽 特征點或者是在模板指紋中不存在的特征點，稱之為干擾點，進行下一次匹配.為一較小 的量，通過實驗設(shè)定。
5. 如權(quán)利要求書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)得到有效特征點數(shù)的優(yōu)勢在于不必計算旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)進行二 次匹配，提高了匹配速度。
6. 如權(quán)利要求書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 有效特征點數(shù)的計算，首先選取區(qū)域1的特征點與最佳四邊形位于區(qū)域2,3,4中的3個頂 點組成四邊形，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個頂點不再 變動，這樣在查找表中搜索的速度也會提高，若搜索不到說明此點是干擾點，否則該點是有 效特征點，區(qū)域2,3,4中的其余特征點按同樣的方法統(tǒng)計，得到有效特征點的個數(shù)，應(yīng)當(dāng)注 意，最后還應(yīng)把最佳匹配四邊形的4個頂點納入統(tǒng)計。
7. 如權(quán)利要求書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的數(shù)量合理設(shè) 置，當(dāng)有效特征點數(shù)大于區(qū)間上限時認為匹配成功，否則匹配失敗，如果位于區(qū)間內(nèi)說明待 匹配指紋達不到我們所設(shè)定的要求，可能因為指紋效果不好，建議重新驗證。
【文檔編號】G06K9/00GK104239871SQ201410500598
【公開日】2014年12月24日 申請日期: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 申請人:四川大學(xué)