一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法技术

本发明专利技术属于人体生物特征法医同一认定技术领域，具体技术方案为：一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，具体步骤为：一、获取三维腭皱数据；二、对三维腭皱数据进行均匀切片，对所有切片进行数据预处理，获取腭皱切线的坐标序列；三、提取每个切片腭皱切线的拐点和拐角特征，所有腭皱切线的坐标位置、拐点及拐角共同组成腭皱的特征向量；四、逐一比对测试样本特征和样本特征库中的特征，输出匹配结果；本方法提出的均匀切片和拐点特征提取的方法，弥补了现有三维腭皱数据识别方法欠缺的问题，识别效果可观。

A recognition method of cleft palate using uniform slice and inflexion feature extraction

【技术实现步骤摘要】
一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法
本专利技术属于人体生物特征法医同一认定
，具体涉及一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法。
技术介绍
同一认定是一种法医通过对已知和未知客体的两个或多个特征指标之间异同点的比较和鉴别，推断出所研究客体是否来自同一客体的认识活动。同一认定采用的特征指标需满足唯一性、普遍性、永久性、可采集性及可识别性等条件。目前，随着现代法医学及人工智能技术的快速发展，人类的某些固有生理特性(如牙齿、颅面形态、指纹、掌纹、DNA等)已成为重要的同一认定特征指标。尽管学者们对上述特征指标进行了一定研究，但仍存在一些不足。一方面，由于解剖位置处于人体表面的指纹、掌纹、颅面等特征指标，容易受到诸如火灾、化学腐蚀或外部创伤等环境因素的影响而产生信息缺失；在重大自然灾害及恐怖袭击中，环境和经济因素也常常限制大规模遇难者DNA测定的实现。另一方面，随着生物识别技术(例如人脸识别、指纹识别、虹膜识别等)的广泛商业应用，一些犯罪分子通过制造假指纹、面部整容、牙齿手术等手段逃避司法。因此，针对不易被破坏和伪造且成本较低的人类特征指标的研究，是提高犯罪鉴定准确率、完善同一认定的切实需求。腭皱(PalatalRugae,PR),也称为腭横襞，是位于硬腭前部三分之一，自腭中缝向两侧非对称分布的不规则软组织嵴。由于其位于口腔内部且受到脸颊、舌、牙齿及上下颌骨等口腔周边组织的保护，对环境如高温和创伤等具有较强的耐受性，在诸如重大自然灾害、焚烧、白骨化、腐败等软组织严重破坏的案例中，相对容易得到保存。腭皱自胚胎阶段的第三个月开始形成至人体最终死亡，腭皱只会因正常生长发育而出现长度变化，其形态、排列、相对位置始终保持稳定，即使手术、外伤或化学腐蚀也很难改变腭皱的形态和位置，并且腭皱在死亡7天内可抵制腐化分解而保持其形态不发生变化。同时，针对腭皱形态的系统研究表明，腭皱由遗传基因控制发育而成，其形态模式在不同个体之间互有差异，具有普遍性、唯一性及稳定性。腭皱可以作为一种同一认定特征指标。尽管针对腭皱形态的描述与分析，各国学者均进行了大量的研究。然而由于不规则纹路的多变性及复杂性，腭皱同一认定研究中仍存在诸多问题。第一，腭皱数据采集和保存方式落后，缺乏简单快捷的描述方法。国内外学者尝试从不同角度研究腭皱形态的编码方法，但由于世界上不同种族、国家的人腭皱形态具有差异性和复杂多变性，腭皱的形态描述仍然缺乏统一标准，多数研究集中在对腭皱形状的粗略比较上。腭皱数据采集所采用石膏模型，也存在易损坏、物理储存困难、数据传输与共享困难、时间成本较高等缺点。第二，腭皱形态描述仍没有实现数字化。目前腭皱研究多采用人工标注，人工绘制腭皱纹路形状，直接用眼睛区分腭皱的形态，标注结果易受标注者个人理解影响，测量方法本身主观性强；此外，人工标注速度慢，欠缺精确性保障，不便于批量处理；在进行腭皱同一认定时，采集到的新样本必须由标注专家先进行标注，才能进行识别，实时性得不到保障。第三，三维腭皱识别相关研究尚处于起步阶段。腭皱形态的三维数字化分析尚处于起步阶段，还没有针对多种样本进行相对成熟的大量的重复研究验证，目前依然没有一种相对准确、可多次重复的数字化腭皱形态描述标准可以投入商业生物识别或司法实践(个人身份同一认定)过程中。
技术实现思路
本专利技术要解决现有三维腭皱识别技术欠缺的不足，提供了一种用于法医同一认定的采用均匀切片和拐点提取的腭皱识别方法，处理过程易于理解，识别效果良好。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，具体步骤为：步骤一、获取三维腭皱数据信息；步骤二、对三维腭皱数据进行均匀切片和预处理，获取腭皱切片的坐标序列；步骤三、提取每个切片腭皱切线的拐点特征，所有腭皱切线的坐标位置、拐点及拐角共同组成腭皱的特征向量；步骤四、基于拐点特征识别的腭皱切线匹配，输出匹配结果。在步骤一中，志愿者平躺并口内消毒，志愿者张口至最大张度，采用3ShapeiTero对口腔内的腭皱进行非接触式扫描，扫描完成后，将完整的腭皱扫描样本导入计算机保存，以.stl格式送入测量系统，通过OrthoAnalyzer进行数据格式转换，获得三维腭皱数字数据。非接触式扫描所依据的原则是：曲率大的地方测量点多，均匀或光滑的区域数据点少。具体的扫描顺序为：一、从志愿者上颌的右侧咬牙合面到左侧咬合面；二、从志愿者上颌的左侧颊面到右侧颊面；三、从志愿者上颌上颌的右侧舌侧面到左侧舌侧面。在步骤二中，将三维腭皱数据均匀切片，进而对得到的切片进行预处理，包括去除背景颜色、提取目标腭皱切线及标定腭皱切线有意义识别区。在步骤三中，将腭皱切线中变化剧烈的点认为是腭皱切线的拐点，将腭皱切线的骨架信息转换为区域链码信息，区域链码信息获取方法为：对步骤二中得到的表示腭皱切线位置的坐标序列一维数组进行处理，L是一个确定的值，L的单位为像素数，腭皱切线上的像素点aM代表从左端起第M个像素，像素点aM+L表示与像素点距离为L的像素，像素点aM到像素点aM+L的矢量方向角定义为像素点aM的区域链码方向角，遍历整个腭皱切线有意义识别区，获取所有像素点区域链码方向角，这些矢量方向角组成了腭皱切线的区域链码方向角信息；初步确定腭皱切线的拐点，确定方法为：从左端点开始遍历腭皱切线有意义识别区的所有像素点，定义像素点到像素点的矢量方向角为像素点的拐角，若像素点的拐角大于给定阈值10°，则认为像素点是腭皱切线的拐点，为拐点的拐角，依次处理所有像素点，便可得到腭皱切线的拐点序列，这些拐点在腭皱切线上近似直线的区域分布稀疏，在腭皱切线的弯曲区域分布密集，当在某段切线中有连续若干点都是拐点时，从中选择具有代表性的拐点作为这段切线的拐点；对初步确定的拐点进行筛除，剔除腭皱切线上的冗余拐点，剔除原则为在一定像素长度内认为只有一个具有代表性的拐点，剔除方法为：将腭皱切线上的所有拐点按照拐角的大小进行排序，从大到小依次插入拐点，如果插入某个拐点时，在它的左右5个像素距离内没有已插入的拐点，则准许此拐点插入，否则不进行插入，继续处理下一个拐点，这样最终得到一个拐点间距离不小于5个像素的拐点序列，这样便得到了腭皱切线的有效拐点；获取腭皱切线的相邻拐点特征和相隔拐点特征，相邻拐点特征的确定方法：由左向右从第2个拐点开始处理，若拐点P为当前拐点，计算拐点P到其前一个相邻拐点P1的距离LP1，P到其后一个相邻拐点P2的距离LP2，拐点P1到拐点P的方向角θP1，拐点P到拐点P2的方向角θP2，ΔθP＝θP1-θP2，及拐点P的前后相邻距离比ΔL＝LP1/LP2，距离和方向角为相邻拐点特征；相隔拐点特征的确定方法：由左向右从第3个拐点开始处理，若拐点P为当前拐点，计算拐点P到其前一个相隔拐点Q1的距离LQ1，P到其后一个相隔拐点Q2的距离LQ2，拐点Q1到拐点Q的方向角θQ1，拐点Q到拐点Q2的方向角θQ2，ΔθQ＝θQ1-θQ2，及拐点P的前后相隔距离比ΔL′＝LQ1/LQ2，这些量都是相隔拐点特征。在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，具体步骤为：/n步骤一、获取三维腭皱数据信息；/n步骤二、对三维腭皱数据进行均匀切片和预处理，获取腭皱切片的坐标序列；/n步骤三、提取每个切片腭皱切线的拐点特征，所有腭皱切线的坐标位置、拐点及拐角共同组成腭皱的特征向量；/n步骤四、基于拐点特征识别的腭皱切线匹配，输出匹配结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、获取三维腭皱数据信息；
步骤二、对三维腭皱数据进行均匀切片和预处理，获取腭皱切片的坐标序列；
步骤三、提取每个切片腭皱切线的拐点特征，所有腭皱切线的坐标位置、拐点及拐角共同组成腭皱的特征向量；
步骤四、基于拐点特征识别的腭皱切线匹配，输出匹配结果。


2.根据权利要求1所述的一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，在步骤一中，志愿者平躺并口内消毒，志愿者张口至最大张度，对口腔内的腭皱进行非接触式扫描，扫描完成后，将完整的腭皱扫描样本导入计算机保存，获得三维腭皱数字数据。


3.根据权利要求2所述的一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，非接触式扫描所依据的原则是：曲率大的地方测量点多，均匀或光滑的区域数据点少；
具体的扫描顺序为：一、从志愿者上颌的右侧咬牙合面到左侧咬合面；二、从志愿者上颌的左侧颊面到右侧颊面；三、从志愿者上颌上颌的右侧舌侧面到左侧舌侧面。


4.根据权利要求1所述的一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，在步骤二中，将三维腭皱数据均匀切片，进而对得到的切片进行预处理，去除背景颜色、提取目标腭皱切线及标定腭皱切线有意义识别区。


5.根据权利要求1所述的一种采用均匀切片和拐点特征提取的腭皱识别方法，其特征在于，在步骤三中，将腭皱切线中变化剧烈的点认为是腭皱切线的拐点，将腭皱切线的骨架信息转换为区域链码信息，区域链码信息获取方法为：对步骤二中得到的表示腭皱切线位置的坐标序列一维数组进行处理，L是一个确定的值，L的单位为像素数，腭皱切线上的像素点aM代表从左端起第M个像素，像素点aM+L表示与像素点距离为L的像素，像素点aM到像素点aM+L的矢量方向角定义为像素点aM的区域链码方向角，遍历整个腭皱切线有意义识别区，获取所有像素点区域链码方向角，这...

【专利技术属性】
技术研发人员：武有成，上官宏，李冰，王安红，张雄，罗强，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14