[发明专利]一种基于压力特征的穿鞋足迹序列识别方法

权利要求书

1.一种基于压力特征的穿鞋足迹序列识别方法，其特征在于，包括：离线训练过程和在线识别过程；

所述离线过程至少包括以下步骤：

S11：提取待训练的足迹图像序列集中的单枚鞋印相对压力图像；

S12：根据所述S11提取的单枚鞋印相对压力图像，计算前后足质心偏移角Ⅰ；

S13：构建所述待训练的足迹序列集的足迹压力能量图四元组Ⅰ；

S14：由所述S12提取的前后足质心偏移角Ⅰ和所述S13构建的足迹能量四元组Ⅰ构建足迹序列五元组特征数据库；

所述在线识别过程至少包括以下步骤：

S21：提取所述在线识别的足迹图像序列的单枚鞋印相对压力图像；

S22：根据所述S21提取的在线识别的单枚鞋印相对压力图像，计算前后足质心偏移角Ⅱ；

S23：构建所述在线识别的足迹序列图像的足迹压力能量图四元组Ⅱ；

S24：根据提取的在线识别的前后足质心偏移角Ⅱ和压力能量四元组Ⅱ组，分别采用归一化互相关度量和余弦距离度量的方式将待识别的足迹序列数据与离线训练过程中存储的足迹序列数据进行计算相似度，将计算出的相似度得分进行融合，并将融合后的相似度得分按照从大到小的方式进行排序，取相似度得分最大的作为待检索脚印的类别；

所述足迹压力能量图四元组的构建为：

对获得的单枚相对压力分布图像找到最小外接矩形，分别得到相邻两个单枚足迹的外接矩形左上角顶点的坐标值(x₁,y₁)和(x₂,y₂)，若x₁＞x₂则第一张图片为右脚，否则第二张图片为右脚；

将得到的单枚相对压力图像进行上下拼接，根据人行走习惯的最小单元以及减少误差累积原则，拼接的单只脚数量为2，构成的基准分别为带步长拼接和不带步长拼接，先后关系分别为“左右”和“右左”，从而，第i个人可分别构成左脚为基准的带步长拼接图像左脚为基准的不带步长的拼接图像右脚为基准的带步长拼接图像右脚为基准的不带步长的拼接图像其中i∈[1,N],j∈[1,N]，其中N为数据库中总人数，M为每个人每类特征图的数量；

对所述拼接后的图像进行尺度归一化，分别遍历每个元组下的图像，找到每个元组下的图片最大尺寸作为该元组的标准尺寸S_Q1,S_Q2,S_Q3,S_Q4，求取每张图像的足迹区域的外接矩形，通过补零法将其归一化到相应元组下的标准尺寸；

将归一化后的图像分别相加求平均得到足迹压力能量图，构建每个人的足迹压力能量图四元组其中，表示第i个人的第k元足迹压力能量图，m表示每个人每个元组下图片的数量；

对于得到的足迹压力能量图存在对比度不高的情况，通过伽马变换对图像进行增强其中，表示足迹压力能量图，γ表示增强系数；γ通过训练得到，γ取1.3；

所述在线识别时，基于足迹五元组的足迹识别过程为：

S241：对前后足质心偏移角的相似度计算；对在线识别的单枚相对压力足迹图像的质心偏移角和数据库中单枚相对压力图像集的质心偏移角特征计算欧氏距离：

其中，θ₀₁表示在线识别人左脚的前后足质心偏移角度，θ_i1表示数据库中第i个人的左脚的前后足质心偏移角度，θ₀₂表示在线识别人右脚的前后足质心偏移角度，θ_i2表示数据库中第i个人右脚的前后足质心偏移角度；

为了和相似度得分进行融合，对得到的距离进行归一化得到归一化的相似度：

其中，k表示通过训练得到的加权系数，通常为0.06；通过前后足质心偏移角度的度量方法可以得到基于前后足偏移角的相似度矩阵D'＝{D'_i},i∈[1,N]；

S242：对足迹压力能量图四元组的相似度计算；对待识别的以左脚为基准的带步长足迹压力能量图与数据集中的以左脚为基准的带步长的足迹压力能量图计算相似度得分，得到相似度得分S₁＝{s_i},i∈[1,N]，其中，N表示库中总人数，s_i表示待识别样本与库中的第i个样本的相似度得分；

同理计算待识别的以左脚为基准的去步长的足迹压力能量图与数据库中的以左脚为基准的去步长足迹压力能量图的相似度得分S₂＝{s_i},i∈[1,N]，以右脚为基准的去步长的足迹压力分布图与数据库中的以右脚为基准的去步长足迹压力能量图的相似度得分S₃＝{s_i},i∈[1,N]，以右脚为基准的带步长的足迹压力能量图与数据库中的以右脚为基准的带步长足迹压力能量图的相似度得分S₄＝{s_i},i∈[1,N]；

将四种特征的相似度得分进行加权融合，通过训练确定加权系数，加权系数为0.3,0.3,0.2,0.2得到融合后的相似度得分：

S＝0.3S₁+0.3S₂+0.2S₃+0.2S₄；

所述相似度得分依据在线识别阶段的足迹压力能量图与数据集中各样本足迹压力能量图的归一化互相关系数计算；

S243：用前后足质心偏移角的相似度对足迹压力能量图相似度得分进行修正；

使用前后足质心偏移角度的归一化距离加权后修正上述的相似度得分，得到最终的相似度得分S'＝S+D'，其中，S表示上述加权融合后的足迹能量图四元组的相似度得分，D'表示上述计算出的前后足质心偏移角归一化相似度；根据最终得分的排序结果，找到相似度最大值对应的标签为识别结果。