扭曲指纹的校正方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种扭曲指纹的校正方法及系统，其中方法包括以下步骤：获得多组扭曲参考指纹及与该扭曲参考指纹对应的正常指纹，得到每个扭曲参考指纹的稠密扭曲场及特征，以此来生成扭曲参考指纹库；提取待校正扭曲指纹的特征；在扭曲参考指纹数据库中搜索与待校正扭曲指纹的特征匹配的扭曲参考指纹的特征；获得与特征匹配的扭曲参考指纹对应的稠密扭曲场，并根据该稠密扭曲场对待校正扭曲指纹进行校正。根据本发明专利技术的方法，通过生成扭曲参考指纹库，并利用所提取的扭曲指纹的特征在扭曲参考指纹库得到其对应的稠密扭曲场，以对扭曲指纹进行有效地校正，从而方便进一步的分析，同时具有良好的可移植性。

【技术实现步骤摘要】
扭曲指纹的校正方法及系统
本专利技术涉及指纹识别
，特别涉及一种扭曲指纹的校正方法及系统。
技术介绍
扭曲是引起指纹错误匹配的一个重要原因，这会对所有的指纹应用产生不良影响，尤其在身份辨识系统中，如黑名单和身份查重等应用。在诸如此类应用中，不法分子很可能故意扭曲其指纹以逃避身份鉴定，所引起的不良后果不言而喻。今天，指纹识别技术在很多应用中发挥着极其重要的作用，因为其和人类的安全息息相关。对于任何一个指纹识别系统，其安全级别等同于其识别技术中的最弱点，这类似于木桶效应。在自动指纹识别系统快速发展的这几十年间，人类已经攻克了指纹识别系统中的很多难题，但挑战仍然存在，扭曲指纹的校正就是其一。扭曲发生的原因主要有三点：1.手指皮肤具有弹性；2.手指并不是平的；3.采集时，采集者使用侧面的力或者力矩。尤其是当侧面的力或者力矩比较大时，指纹将会发生严重扭曲，从而导致匹配失败，进而给不法分子留下可乘之机。现有的扭曲指纹处理方式大体分为四类：A)指纹传感器的合理设计以及指纹采集者的合理操作。将指纹的采集平面设计成手形的凹槽，在一定程度上限制了手指的活动范围，因而可以减少扭曲；同时采集四指指纹也可减少扭曲；采集者按照刑侦人员设计的合理步骤进行指纹采集，也能减少扭曲。然而这种方法的缺点为：1)不能处理过去已经采集的扭曲指纹；2)在非刑侦应用中，让指纹采集者按照非常严厉的步骤进行指纹采集，往往使人们难以接受，而且效率低下；3)无法应对皮肤本身存在扭曲的指纹，比如不法分子可能通过化学药剂或者外科手术来扭曲他们的手指皮肤。B)利用硬件设备进行扭曲检测。在指纹采集仪采集平面下安装压力传感器，并在采集过程中根据压力传感器上力的变化来确定指纹是否扭曲，或者采集指纹按捺的视频，根据视频中多幅图像之间的匹配来判断指纹是否扭曲。这种算法的不足在于：1)需要特殊的压力传感器或者具有视频采集功能的指纹传感器，这增加了硬件的成本和尺寸，不适于许多应用场合；2)不能处理过去已经采集的扭曲指纹；3)无法应对皮肤本身存在扭曲的指纹，即通过化学药剂或者外科手术扭曲的手指的指纹。C)利用软件进行扭曲检测。根据扭曲指纹和正常指纹在外观上的差异，利用统计学习方法判断指纹是否扭曲。但是，此方法只能检测出扭曲指纹，并不能解决将其与对应指纹匹配的问题。D)在匹配时容忍扭曲。在指纹匹配算法中对扭曲设置一个门限，为了对付严重的扭曲，门限的设置必须很大。然而大的门限可能导致原本不匹配的细节点相互匹配，从而导致不匹配指纹的相似度上升。扭曲校正就是将扭曲指纹变换为正常指纹。扭曲指纹可以视为对正常指纹施加了一个变形场而得到。给定一幅扭曲的指纹图像，扭曲指纹校正的任务就是预测其变形场，并对其做反变换，得到正常指纹。扭曲校正要比扭曲检测复杂得多。因为二者的输入是相同的，都是指纹图像，但是输出不同。扭曲检测需要预测的是一个二值变量(是或否)，而扭曲校正需要预测的是一个维度很高的扭曲场。也正是因为扭曲校正问题很困难，在过去的研究中，还没有找到有效的解决方法。然而，扭曲校正意义重大，因此，需要一种与现有指纹识别系统兼容性高的、校正准确的扭曲校正方法。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本专利技术一方面提供一种扭曲指纹的校正方法。所述方法可以解决无法对扭曲进行有效处理及处理效率低等问题。本专利技术另一方面提供一种扭曲指纹的校正系统。有鉴于此，本专利技术一方面的实施例提出一种扭曲指纹的校正方法，包括以下步骤：扭曲参考指纹库生成步骤，获得多组扭曲参考指纹及与该扭曲参考指纹对应的正常指纹，得到每个扭曲参考指纹的稠密扭曲场及特征，以生成扭曲参考指纹库；特征提取步骤，提取待校正扭曲指纹的特征；特征匹配步骤，在所述扭曲参考指纹库中搜索与所述待校正扭曲指纹的特征匹配的扭曲参考指纹的特征；以及校正步骤，获得与特征匹配的所述扭曲参考指纹对应的稠密扭曲场，并根据所述稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹进行校正。根据本专利技术的方法，通过生成扭曲参考指纹库，并利用所提取的扭曲指纹的特征在扭曲参考指纹库得到其对应的稠密扭曲场，以对扭曲指纹进行有效地校正，从而方便进一步的分析，同时具有良好的可移植性。本专利技术的方案中，所述特征是指纹的方向场或周期图，或者两者的组合。本专利技术的方案中，所述多组扭曲参考指纹通过实际采集或者人工合成所获得。本专利技术的方案中，在所述特征匹配步骤中，所述待校正扭曲指纹与所述扭曲参考指纹的特征相似度大于预设值时，将此扭曲参考指纹作为候选，当特征相似度大于所述预设值的扭曲参考指纹为多个时，将多个扭曲参考指纹都作为候选，并获得与所述多个候选扭曲参考指纹对应的多个稠密扭曲场，以根据所述多个稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹分别进行校正，得到多个校正结果，以在所述多个校正结果中选取与其所对应的正常指纹匹配分数最高的校正结果作为最终结果。本专利技术的方案中，在所述特征匹配步骤中通过如下公式在所述扭曲参考指纹库进行特征匹配，所述公式为，其中，s表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹的相似度，和分别表示中心之上方向场和中心之下方向场的相似块数，和分别表示和的权值系数，和分别表示中心之上周期图和中心之下周期图的相似块数，和分别表示和的权值系数,m表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹重叠区域的总块数。本专利技术另一方面的实施例提出一种扭曲指纹的校正系统，包括：生成模块，用于获得多组扭曲参考指纹及与该扭曲参考指纹对应的正常指纹，得到每个扭曲参考指纹的稠密扭曲场及特征，以生成扭曲参考指纹库；提取模块，用于提取待校正扭曲指纹的特征；特征匹配模块，用于在所述扭曲参考指纹库中搜索与所述待校正扭曲指纹的特征匹配的扭曲参考指纹的特征；以及校正模块，用于获得与特征匹配的所述扭曲参考指纹对应的稠密扭曲场，并根据所述稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹进行校正。根据本专利技术的系统，通过生成扭曲参考指纹库，并利用所提取的扭曲指纹的特征在扭曲参考指纹库得到其对应的稠密扭曲场，以对扭曲指纹进行有效地校正，从而方便进一步的分析，同时具有良好的可移植性。本专利技术的方案中，所述特征是指纹的方向场或周期图，或者两者的组合。本专利技术的方案中，所述生成模块通过实际采集或者人工合成获得所述多组扭曲参考指纹。本专利技术的方案中，所述匹配模块在所述待校正扭曲指纹与所述扭曲参考指纹的特征相似度大于预设值时，将此扭曲参考指纹作为候选，当特征相似度大于所述预设值的扭曲参考指纹为多个时，将多个扭曲参考指纹都作为候选，并获得与所述多个候选扭曲参考指纹对应的多个稠密扭曲场，以根据所述多个稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹分别进行校正，得到多个校正结果，以在所述多个校正结果中选取匹配分数最高校正结果作为最终结果。本专利技术的方案中，所述特征匹配模块通过如下公式在所述扭曲参考指纹库进行特征匹配，所述公式为，其中，s表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹的相似度，和分别表示中心之上方向场和中心之下方向场的相似块数，和分别表示和的权值系数，和分别表示中心之上周期图和中心之下周期图的相似块数，和分别表示和的权值系数,m表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹重叠区域的总块数。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扭曲指纹的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：扭曲参考指纹库生成步骤，获得多组扭曲参考指纹及与该扭曲参考指纹对应的正常指纹，得到每个扭曲参考指纹的稠密扭曲场及特征，以生成扭曲参考指纹库；特征提取步骤，提取待校正扭曲指纹的特征；特征匹配步骤，在所述扭曲参考指纹库中搜索与所述待校正扭曲指纹的特征匹配的扭曲参考指纹的特征；以及校正步骤，获得与特征匹配的所述扭曲参考指纹对应的稠密扭曲场，并根据所述稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹进行校正。

【技术特征摘要】
1.一种扭曲指纹的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：扭曲参考指纹库生成步骤，获得多组扭曲参考指纹及与该扭曲参考指纹对应的正常指纹，得到每个扭曲参考指纹的稠密扭曲场及特征，以生成扭曲参考指纹库，其中，将手指以正常的采集方式按在指纹采集器上得到正常指纹，将手指向多个方向扭曲，获得多个扭曲指纹，再根据指纹匹配算法或者手工标注得到这两个指纹之间的细节点的对应点，利用多项式模型、薄板样条模型数学模型拟合对应点，得到扭曲指纹的稠密扭曲场；特征提取步骤，提取待校正扭曲指纹的特征；特征匹配步骤，在所述扭曲参考指纹库中搜索与所述待校正扭曲指纹的特征匹配的扭曲参考指纹的特征；以及校正步骤，获得与特征匹配的所述扭曲参考指纹对应的稠密扭曲场，并根据所述稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹进行校正。2.如权利要求1所述的扭曲指纹的校正方法，其特征在于，所述特征是指纹的方向场和周期图的组合。3.如权利要求2所述的扭曲指纹的校正方法，其特征在于，所述多组扭曲参考指纹通过实际采集或者人工合成所获得。4.如权利要求1所述的扭曲指纹的校正方法，其特征在于，在所述特征匹配步骤中，所述待校正扭曲指纹与所述扭曲参考指纹之间的特征相似度大于预设值时，将此扭曲参考指纹作为候选，当相似度大于所述预设值的扭曲参考指纹为多个时，将多个扭曲参考指纹都作为候选，并获得与所述多个候选扭曲参考指纹对应的多个稠密扭曲场，以根据所述多个稠密扭曲场对所述待校正扭曲指纹分别进行校正，得到多个校正结果，以在所述多个校正结果中选取与其所对应的正常指纹匹配分数最高的校正结果作为最终结果。5.如权利要求3所述的扭曲指纹的校正方法，其特征在于，在所述特征匹配步骤中通过如下公式在所述扭曲参考指纹库进行特征匹配，所述公式为，其中，s表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹的相似度，和分别表示中心之上方向场和中心之下方向场的相似块数，和分别表示和的权值系数，和分别表示中心之上周期图和中心之下周期图的相似块数，和分别表示和的权值系数,m表示所述扭曲参考指纹与所述待校正扭曲指纹重叠区域的总块...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建江，周杰，司轩斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11