[发明专利]一种基于分数阶傅里叶变换的三维腭皱识别方法

说明书

一种基于分数阶傅里叶变换的三维腭皱识别方法，属于人体生物特征法医同一认定技术领域，包括以下步骤：通过口扫的方式获取三维腭皱点云数据；对三维腭皱图像等距切片标准化处理；对腭皱切片剖面图像进行分块和二值化处理；构建腭皱切片剖面图像数据库；通过分数阶傅里叶变换提取腭皱切片剖面图像中腭皱曲线的分数域特征；采用基于SVM‑RFE方法对分数域特征进行特征选择，进而选择出最优的特征向量组合；最后进行三维腭皱识别。本发明简化了三维腭皱图像识别问题的复杂度，利用分数阶傅里叶变换可以从时域和频域上提取到丰富的腭皱切片剖面曲线特征，提升了腭皱识别的效果。

技术领域

本发明属于人体生物特征法医同一认定技术领域，具体涉及一种用于法医同一认定的采用等距切片和分数阶傅里叶变换特征提取的三维腭皱识别方法。

背景技术

腭皱是位于人口腔顶部硬腭的前三分之一处，从切牙乳突和腭中缝前部向外延伸的不规则、不对称的脊线。生物特征识别是一种利用人的生理特征或者行为特征来进行个人身份鉴定的技术。作为一种新的生物特征，腭皱与指纹、人脸、虹膜等在生物特征识别中起到的作用是等价的。每个人的腭皱独一无二，腭皱在人的一生中，都会保持其形状不变，只会因正常生长发育而发生长度和宽度的变化。腭皱满足生物特征对遗传性、稳定性、可采集性和唯一性的要求。

生物识别技术在一些巨大灾难和刑事案件(例如重大航空事故、自然灾害、工业爆炸中等)中起着非常重要的作用。由于指纹、人脸和虹膜等易受到温度、湿度以及巨大破坏力等因素的影响，很难完整保存下来，这给个人身份识别带来一定的困难。由于受到口腔内软硬组织(例如唇、脸颊、牙齿、以及骨骼等)的保护，在发生创伤和高温时，腭皱能够免受破坏。有研究表明，腭皱能耐受三度烧伤这样的伤害，且在人死亡7天之内，抗腐败能力较强，仍能保持较为完整的形态。因此，腭皱可以作为一种生物特征用作个人身份识别。

目前，学者们对腭皱的研究主要集中在人类学、遗传学、法医口腔学、法医齿科学和解剖学等领域，主要对腭皱的形态、数量、长度、性别以及种族等进行统计意义上的分类研究，而在三维数字图像识别方面的研究较少，也没有形成一套完整的理论体系。1732年，Winslow首次提出“腭皱”的解剖概念。1889年，Allen等人在研究腭皱过程中，首次将腭皱作为身份识别的工具。1955年，Lysell开发了第一个腭皱分类系统。随后，大量的研究者们将腭皱的形状、数量、长度及方向等进行分类，发明了不同类型的腭皱分类系统并将其用于个人的身份识别，其中Kapali和Thomas等人的分类方法最为常用。2007年，数名研究学者在以往腭皱分类的基础上，对最常用的分类方法，如Gamea分类法、Martins dos Santos分类法等进行系统的总结整理。2010年，Hamanth M使用软件MS paint version5.1进行对腭皱图像的信息提取及匹配。2010年，Bernitz等人运用放射变换原理对1例法医样本进行了同一认定的研究，再次强调了在无法获得DNA等用于同一认定研究时，腭皱作为鉴别工具的优势。与国外对腭皱识别的研究工作相比，国内对腭皱识别的研究起步较晚。2015年，潘菲等人论述了腭皱具有法医同一认定要求的稳定性、差异性和广泛性这三大特性。2016年，武秀萍等人建立了腭皱法医学同一认定的数字化系统并对其进行效果评价。2017年，贾宇论述了腭皱在口腔法医学中的重要性。同年，李冰证明了利用腭皱数字图像进行法医口腔学同一认定的可行性。总的来说，国内外学者针对二维腭皱图像的研究主要集中在提取或统计腭皱条纹的形状、数量、长度以及条纹边缘特征。