[发明专利]指纹方向场的估计方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，特别涉及一种指纹方向场的估计方法和装置。

背景技术

指纹识别技术已广泛地应用于公安刑侦、出入境、银行及保险服务、门禁系统和重要设备的权限控制等领域中。在实际应用中，采集到的指纹图像可能具有非常复杂的背景纹理，如在公安刑侦领域，从犯罪现场通过使用特定的化学试剂或光学仪器获取的指纹图像；或者指纹图像的脊线本身的质量较差。

相关技术中可通过指纹图像的局部图像特征来估计指纹初始方向场，然后基于指纹脊线平滑这一约束对初始方向场进行改进。这种方法在图像质量高、背景干净时可以较好地估计初始方向场，但是，由于这种方法仅单纯考虑指纹图像本身的一些统计信息，在背景纹理干扰强、图像本身质量低时则无法正确地对指纹的初始方向场进行估计，并且后续难以对初始方向场进行增强和匹配。

在初始方向场的正确性完全无法保证的情况下，通常会得出完全错误的结果。因此，在这些情况下，必须依靠指纹鉴定人员手工提取指纹图像的特征，然后将提出的特征与指纹库中的指纹特征进行匹配，以获取指纹图像的方向场。这就需要鉴定人员高度参与来完成，非常繁琐耗时，效率低下。

传统的指纹方向场估计算法只考虑指纹图像块内的统计信息及指纹脊线的平滑性约束，有较大的限制：首先，只考虑指纹图像块内的统计信息在背景比较复杂的情况下无法区分估计的初始方向属于背景还是指纹图像；其次，只考虑指纹脊线的平滑性约束只能保证最终估计的方向场平滑，但不能保证其是一个合理的指纹方向场。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种指纹方向场的估计方法，该方法考虑了指纹脊线方向的先验知识，实现了对指纹方向场先验知识的有效运用，可以极大地减少复杂背景的干扰，提高低质量指纹的识别性能。

本发明的第二个目的在于提出一种指纹方向场的估计装置。

为达上述目的，根据本发明第一方面的实施例提出了一种指纹方向场的估计方法，包括：根据训练指纹建立局部指纹字典，其中，所述局部指纹字典包括与基准坐标系中每个位置分别对应的多个方向块集合；接收待估指纹，获取所述待估指纹的初始方向场，其中，所述初始方向场位于所述基准坐标系；获取所述初始方向场在所述基准坐标系中每个位置对应的初始方向块，并在所述局部指纹字典中查询与所述每个位置对应的方向块集合；获取所述初始方向块与查询到的方向块集合中的每个方向块的相似度，并根据所述相似度从所述查询到的方向块集合中筛选出所述初始方向块对应的预设数量的候选方向块；获取任意相邻的两个位置对应的候选方向块之间的兼容度；根据所述每个位置与对应的候选方向块之间的相似度和所述兼容度在所述选方向块中获取所述每个位置对应的最优候选方向块，并根据所述每个位置对应的最优候选方向块生成所述待估指纹的方向场。

本发明实施例的指纹方向场的估计方法，通过聚类的方式，在统一的基准坐标系中对一系列真实的训练指纹在不同位置的方向块进行分析和统计，建立位置相关的局部指纹字典；并通过自动或手动的方式将待估计方向场的指纹校正到该基准坐标系中，然后对每一个位置的初始方向块查询该位置的局部指纹字典，挑选出若干候选方向快，同时考虑这些候选方向块之间的兼容性，最终通过全局优化的方式估计一个权衡了局部相似性和全局合理性的方向场。此外，该方法考虑了指纹脊线方向的先验知识，利用方向块局部指纹字典的方式表达指纹脊线方向场的常见模式，并利用位置相关的信息来保证局部指纹字典的合理性，有效地对指纹方向场的常见模式进行了量化，实现了对指纹方向场先验知识的有效运用，可以极大地减少复杂背景的干扰，提高低质量指纹的识别性能。

在本发明的一个实施例中，所述根据训练指纹建立局部指纹字典具体包括：分别获取多个训练指纹的多个训练方向场，并根据所述多个训练方向场分别标定所述多个训练指纹的参考点和参考方向；根据所述参考点和参考方向分别对所述多个训练方向场进行校正，以获取所述多个训练指纹的基准方向场；根据所述基准方向场建立每个位置的局部指纹字典，其中，所述每个位置的局部指纹字典包括多个方向块，所述多个方向块分别为在所述多个训练指纹的基准方向场中所述位置确定的方向块。