[发明专利]一种非接触成像方式下手掌特征提取方法

说明书

技术领域：

本发明属于生物特征识别技术领域，涉及一种非接触成像方式下手掌特征提取方法。

背景技术：

随着时代的发展和社会的进步,门禁系统越来越需要高效、可靠的身份认证机制来确定人员对特定区域进出的合法性,生物特征识别技术是一种根据人体所固有的生理特征或行为特征来识别身份的技术。因为生物特征具有“人人拥有、人各不同、长期不变”的特点，并且不会被遗忘或丢失，被越来越多的应用在门禁系统中。根据已有的相关文献可知，目前可用于门禁系统的生物特征包括指纹、掌纹、静脉、人脸、虹膜、视网膜、人耳等。手部特征因为被用户接受程度高以及采集图像时更加方便，在众多生物特征当中得到了更广泛的应用。

人手平时处于半握拳状态，手掌内的特征相对手指特征和手背特征更不容易被窃取，具有更高的安全性。手掌静脉是隐藏于人体内部的活体生物特征，相对手的外部纹理特征，静脉特征更不易于被窃取和复制。但因为手掌自身的生理结构，有些手掌在近红外光下采集的图像中静脉信息几乎目测不到，手掌内的纹理主要由掌纹主线和一些乳突纹组成。因此，本文使用单一采集设备，在近红外光照射下对人的手掌进行拍摄，将得到的手图像中手掌区域所包含的手掌静脉信息和手掌掌纹主线信息定义为手掌特征，将其用于身份识别，如图1所示。

手掌静脉识别的最初概念出现在20世纪90年代，因为日本富士通公司手掌静脉识别仪器的推广而在2006年以来得到广泛研究。在2006年到2010年，手采集设备都是基于接触式设计的。接触式采集方式要求用户在采集图像过程中人手与采集设备发生接触，或是握住采集设备的一些外部设备或是将手放在固定摆放位置的固定拴上。接触式采集在卫生和安全性方面会带来一些问题，同时，接触式采集仪的传感器表面更容易被污染，尤其是门禁系统经常应用在卫生条件较差的室外环境中，这会导致系统的误拒率上升，同时也缩短了采集仪器的使用寿命。

在2010年开始出现针对非接触成像方式的手掌特征识别方法的研究。通过非接触方式实现手掌成像能够使手识别仪在担心疾病传染的人群中得到认可，但手与成像装置之间位置的不确定导致手在图像中存在平移、旋转和比例缩放，为提取稳定的手特征提出了更高的要求。

发明内容：

发明目的：

本发明涉及一种非接触采集方式下手图像中手掌特征提取方法，其主要目的在于提高非接触采集方式下手识别的准确性，解决因手与成像装置间位置和角度的变化所导致的手图像中手平移，旋转和比例缩放问题。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种非接触成像方式下手掌特征提取方法，其特征在于：该方法步骤如下：

（1）掌心稳定参考点的选择：构造一个掌心内切圆来选择掌心稳定的参考点；设计内切圆具备如下条件：分别与手掌两侧轮廓线相切，并通过中指、无名指的指根点；依次分别对位于食指外侧手掌轮廓线上和小手指外侧手掌轮廓线上的手掌边缘点进行扫描，确定内切圆圆心的位置以及内切圆的半径；

（2）手掌不变特征的提取：选取手掌静脉和手掌掌纹两种手掌部特征进行身份识别系统的实现；通过内切圆圆心获得掌心稳定参考点，对手图像进行定位，消除采集图像过程中手掌平移的影响；以掌心参考点为中心点，以角度θ⁰为单位射出若干条射线，在掌心参考点与内切圆轮廓线间构造若干条放射状线段，称为特征线段；最后，根据各特征线段上各点的梯度强度值计算线段的质心相对半径，构造特征向量。

上述步骤（2）中构造特征向量的具体步骤如下：

步骤1：梯度图像的生成

选择梯度强度值作为特征的计算依据，在特征提取前将手灰度图像转换成梯度图像：

1）在与手掌静脉或者手掌掌纹主线相交方向，满足灰度极小值条件，因此，通过四个方向(0⁰,45⁰,90⁰,135⁰)灰度极小值判断，能够找到手掌静脉或者手掌掌纹候选像素点；而不满足灰度极小值的像素点一定不是静脉或者掌纹，因此，将该像素点梯度值置零；

2）在满足灰度极小值的像素点中，像素点位于静脉或者掌纹之内，在其垂直方向的两个梯度值都将比较大；当像素点偏离静脉或者掌纹时，梯度值将出现一大一小现象，因此，取符合灰度极小值方向的两个梯度值中的较小值作为该方向的梯度值，再取符合灰度极小值的所有方向梯度值中的最大值作为该像素点的梯度值，该梯度值能够反映沿静脉或掌纹垂直方向梯度变化趋势，即梯度最大值对应于静脉或掌纹的中心位置，随着偏离中心点，梯度逐渐减小；