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手掌静脉网特征提取的理论与算法研究

作　者: 杨闯
导　师: 陈家新
学　校: 河南科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 特征提取 Gabor变换夹角链码纹理特征形状结构特征
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物特征识别是当前身份认证领域的研究热点,国内以指纹识别为标志的生物特征识别的研究已经发展了许多年。但是对于手掌静脉识别的研究目前还处在起步阶段,该技术利用更为安全可靠的生物特征—静脉图像,既以获取到的人体手掌部的静脉血管图像作为处理数据,而后通过图像预处理、特征提取、模式识别等技术来完成身份认证,特征提取即是其关键技术之一。本文对手掌静脉识别中的特征提取方法进行了深入的研究,主要研究工作如下:1.系统地介绍了手掌静脉识别的技术路线。对其中的一些关键技术进行了详细的阐述,并着重介绍了特征提取中的纹理特征提取、形状结构特征提取等重要理论基础。2.对利用Gabor变换提取手掌静脉中纹理特征的方法进行了深入研究。针对基于Gabor的纹理特征提取算法中,特征维数偏高及对于图像旋转较敏感的问题,提出了一种改进的Gabor特征编码方法。该算法根据手掌静脉图像的特点,通过在Gabor核函数中减去直流分量消除了低频信息对于纹理特征提取的影响,通过适当的选取参数提取出了手掌静脉的纹理特征;在编码时利用改进的正负编码及幅值编码对所有方向上的特征进行统一编码,在降低了特征维数的同时提高了特征对于图像旋转的鲁棒性;然后利用AVR方法挑选出具有最佳分类性质的特征以进一步减少了特征的维数,且最大限度的保留了原图中的纹理信息。3.对手掌静脉中形状结构特征提取的方法进行了深入探讨。指出单纯采用特征点法将丢失静脉纹理中的结构信息,针对这一问题,我们把静脉血管看成是一系列曲线段的组合,并借用夹角链码的思想来描述线段间的结构信息,然而夹角链码仅限于描述外轮廓,对类似静脉血管之类存在大量内交叉线段的图形则无能为力,并且在曲线拟合中采用等长折线的方法会在曲线有大幅度变化的地方产生较大的拟合误差等。鉴于以上问题,本文提出了一种改进的提取手掌静脉形状结构特征的方法:用提取到的特征点来代替夹角链码中的首点,使得计算效率有了很大的提高;曲线拟合过程中使用中值迭代的方法,并根据拟合线段和原线段间的误差来控制拟合的过程,因此拟合的精度可以无限的逼近原曲线段,且计算量也大大减少,同时保留了夹角链码可以表述线段间结构信息的优越特性。最后,本文通过实验对上述算法进行了验证,并与现有算法进行对比分析,实验表明:通过对Gabor特征提取算法的改进和夹角链码算法的优化提高了特征提取的速度和精度,降低了对光照变化和位移、旋转的敏感度,从而实现快速、稳健的特征提取。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 课题研究背景  8-9
  1.3 课题研究的目的和意义  9-11
  1.4 国内外研究现状  11-15
    1.4.1 生物特征识别研究现状  11-12
    1.4.2 静脉识别研究现状  12-14
    1.4.3 手掌静脉识别总体框架  14-15
  1.5 主要工作及内容安排  15-16
第2章静脉识别相关知识  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 静脉图像获取  16-19
    2.2.1 静脉图像获取方式  16-17
    2.2.2 ROI 区域的选取  17-19
  2.3 预处理  19-20
  2.4 特征提取方法介绍  20-27
    2.4.1 纹理特征提取  20-24
    2.4.2 形状结构特征提取  24-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章基于 Gabor 的特征提取  28-42
  3.1 引言  28
  3.2 Gabor 变换简介  28-29
  3.3 Gabor 核函数的选取  29-31
    3.3.1 核函数的选取准则  29-30
    3.3.2 核函数参数选择  30-31
    3.3.3 Gabor 滤波器的离散化  31
  3.4 Gabor 小波的特征提取  31-38
    3.4.1 Gabor 小波的频域响应  31-32
    3.4.2 滤波的结果与分析  32-33
    3.4.3 Gabor 小波特征提取方法分析  33-36
    3.4.4 幅值编码和二值化编码方式  36-38
  3.5 实验结果与分析  38-41
  3.6 本章小节  41-42
第4章基于中值夹角链码的特征提取  42-54
  4.1 引言  42
  4.2 夹角链码  42-45
    4.2.1 曲线描述  42-43
    4.2.2 夹角链码计算  43-44
    4.2.3 确定折线段数n  44
    4.2.4 夹角链码唯一性  44-45
  4.3 中值夹角链码的特征提取  45-50
    4.3.1 特征点提取  45-46
    4.3.2 交叉点排序  46-47
    4.3.3 曲线拟合  47-49
    4.3.4 计算中值夹角链码  49-50
    4.3.5 曲线描述符的特性  50
  4.4 拟合实验结果与分析  50-52
  4.5 最优特征提取与匹配  52-53
  4.6 本章小结  53-54
第5章总结与展望  54-56
  5.1 总结  54-55
  5.2 展望  55-56
参考文献  56-60
缩略语词汇表  60-61
致谢  61-62
攻读硕士学位期间的研究成果  62

手掌静脉网特征提取的理论与算法研究

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