[发明专利]基于二维条码的指纹信息隐藏及认证方法

摘要

本发明公开的基于二维条码的指纹信息隐藏和认证方法，首先采集指纹图像，对其进行特征提取、加密处理，并打印在二维条码上，将指纹信息隐藏于二维条码中；采集二维条码图像，对其进行图像分割、滤波、几何校正和分层预处理，经对条码图像进行识别和译码，得到所承载的加密信息，对该加密信息进行解密，得到二维条码中承载的指纹特征信息，将该信息与现场的指纹信息进行比对、检测，从而实现指纹的防伪认证。本发明利用二维条码具有信息容量大、不依赖于数据库支持及具有自动识读的优点，将指纹信息存储于其中，使得这种信息的认证方法既具有安全性高，又有成本低、存储信息量大的特点。

主权项

1.基于二维条码的指纹信息隐藏及认证方法，包括指纹信息隐藏、指纹信息识别和认证过程，其特征在于，该方法按以下步骤进行，第一步，首先采集指纹图像，第二步，对指纹信息进行隐藏(1)指纹特征提取a输入指纹图像，进行分割首先采用边缘保持滤波器对采集到的指纹图像进行滤波，在像素(i，j)四周取5×5的邻域，计算此邻域中9个3×3子窗口所表示区域的像素灰度均值M和方差V，取方差最小区域的灰度均值为像素(i，j)的灰度值，然后将图像分为n×n，n为指纹图像中两条相邻纹线间的宽度，对500dpi的图片n取12～16的非重叠小块，计算每一块的均值M和方差V，若均值M在30＜M＜225范围内，且方差V大于设定阈值100，则此小块为指纹区，依此就将指纹图像分割为指纹区和非指纹区两大部分，保留指纹区，去除非指纹区；b求取指纹方向图采用Jain改进的梯度算法计算得到指纹的点方向图和块方向图，其中点方向图为每一个像素点所在脊线的方向，块方向图为指纹图像每一个小区域m×m内的脊线的方向，m为区域的长和宽，其初始值设置为16；c指纹图像增强Gabor滤波和二值化将指纹图像分为16×16的不重叠子块，统计该块区域的脊线频率，然后采用Gabor滤波器，把得到的指纹图像的每一个小块的块局部方向和块局部频率作为Gabor滤波器的参数，对指纹图像每一个子块进行卷积，增强指纹图像；d指纹图像细化不改变指纹的拓扑连接关系，保证指纹的连接性、方向和特征不变，将指纹脊线采用并行OPTA细化算法进行细化，从图像的左下角像素开始，自左到右，自下到上对整个图像进行扫描，若当前点p的值为255，则将点p四周8个邻点的状况与预先定义的消除模板进行比较，若与模板之一相符，则将点p周围的像素与保留模板比较，符合则保留，反之将点p的值置0；若点p四周8个邻点与消除模板都不相符，则也保留点p；对图像反复扫描，直到没有像素发生变化时为止，获得细化结果，其中的消除模板为：$\begin{array}{cccc}\underset{\left(a\right)}{\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 0\\ x& p& x\\ 1& 1& 1\end{array}\right]}& \underset{\left(b\right)}{\left[\begin{array}{ccc}0& x& 1\\ 0& p& 1\\ 0& x& 1\end{array}\right]}& \underset{\left(c\right)}{\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ x& p& x\\ 0& 0& 0\end{array}\right]}& \underset{\left(d\right)}{\left[\begin{array}{ccc}1& x& 0\\ 1& p& 0\\ 1& x& 0\end{array}\right]}\\ \underset{\left(e\right)}{\left[\begin{array}{ccc}x& 0& 0\\ 1& p& 0\\ x& 1& x\end{array}\right]}& \underset{\left(f\right)}{\left[\begin{array}{ccc}0& 0& x\\ 0& p& 1\\ x& 1& x\end{array}\right]}& \underset{\left(g\right)}{\left[\begin{array}{ccc}x& 1& x\\ 0& p& 1\\ 0& 0& x\end{array}\right]}& \underset{\left(h\right)}{\left[\begin{array}{ccc}x& 1& x\\ 1& p& 0\\ x& 0& 0\end{array}\right]}\end{array}$ 注：1表示前景点，0表示背景点，x表示0或1，其中的保留模板为：$\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{cccc}0& p& 1& 0\end{array}\right]& \left[\begin{array}{c}0\\ p\\ 1\\ 0\end{array}\right]\\ \left(i\right)& \left(j\right)\end{array};$ e指纹特征提取检测指纹的端点、分岔点的位置以及方向，将其作为指纹的特征信息提取出来；(2)指纹特征加密用Logistic混沌映射xn+1＝μ·xn(1-xn)，其中xn∈(0，1)，分岔控制参数μ∈(0，4)，当3.5699456＜μ≤4时，Logistic映射处于混沌状态，此时给定初始值x0和参数μ作为密钥经过k次迭代后生成混沌序列Xk，将其作为流密钥对指纹特征信息进行加密，k取值等于指纹特征信息的长度，Xk是长度为k的Logistic混沌映射序列；(3)生成二维条码获得加密后的指纹特征后，采用国家标准生成PDF417条码，按照可容纳的条码图像的大小决定条码的尺寸，并打印在规定的位置上，就将指纹信息隐藏于二维条码中；第三步，进行指纹信息的识别和认证(1)用扫描仪采集二维条码图像；(2)对采集的二维条码图像进行图像预处理；a输入二维条码图像，采用Ostu最佳阈值分割算法对二维条码图像进行分割，b对条码图像进行滤波、几何校正及分层处理采用5×1模板对条码图像进行中值滤波，去除条码图像中因扫描存在的盐粒式噪音；采用Hough变换ρ＝xcosθ+ysinθ获得PDF417条码的起始符和终止符所在的直线的方程和倾斜角，根据PDF417条码的起始符和终止符来检测条码的左右边界，根据倾斜角θ对条码图像进行旋转，将条码图像旋转θ°校正到水平位置，旋转的过程中采用双线性插值对图像像素进行插值；根据PDF417条码的多行结构特性取其中值对每一层条码图像进行滤波整形；首先将条码图像按层分开，获得条码图像的层数和每一层的高度，对每一层进行滤波处理，采用Sobel水平边缘检测算子，得到条码图像的水平边缘，然后进行水平方向的投影，水平方向投影的峰值就对应着条码图像的水平层边界，得到条码图像的层数和每一层的高度，对每一层进行滤波整形，采用取中值的方法对每一层的每一列进行滤波，对条码每一层中每一列像素的灰度值进行相加取平均值，和128相比，如果平均值大于128，则认为该列为空，像素灰度值赋值为255，否则认为该列为条，像素灰度值赋值为0；(3)根据PDF417译码规则对条码图像进行识别和译码，得到所承载的加密信息；检测每一个符号字符的条空个数，查表确定每一个符号字符代表的信息，就将二维条码图像中的符号字符变成码字信息，将上述得到的码字信息根据制定的PDF417国家标准译码，得到条码中存储的原始信息；(4)对得到的加密信息根据解密密钥初始值x0和参数μ，用Logistic混沌映射经过k次迭代后生成混沌序列Xk，k取值等于待解密信息的长度，Xk是长度为k的Logistic混沌映射序列，将其作为流密钥对指纹特征信息进行混沌解密，得到二维条码中所承载的指纹特征信息；(5)将从二维条码中得到的指纹信息与现场采集的指纹信息进行比对，检测二者是否吻合，从而实现指纹的防伪认证。