收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于手部特征的多模态生物识别算法研究与系统实现

竺乐庆  
【摘要】: 生物特征识别是利用人体独特的生理与行为特征来进行自动身份鉴别的技术,可在门禁、考勤、政务等安全系统以及数字终端接入、网络资源访问的身份认证上广泛应用。多模态生物特征识别可利用多种生物特征的合理组合或融合,相对单模态特征在抗噪性、大库性能衰减程度、普适性、抗假冒攻击、大数据识别时间效率等方面得到性能上的改善,近年来受到广泛重视并成为研究热点。 本文提出的手部特征包括2D指形、指节纹、掌纹特征,在单一模态生物特征研究的基础上,主要为改善大数据库搜索识别的时间性能,采用基于“与”规则的决策级多模态融合方案,设计了一种由粗到细、由快到慢排列的层次匹配器,从而实现了既具有较高识别精确度,又具备较理想的大库检索时间性能的多模态生物识别系统,并进行了实验评估。最后对嵌入式掌纹鉴别系统进行了初步探索与尝试。文章的主要内容如下: 1.设计并实现了一种基于网络摄像头的联机手部图像采集系统并提出了一种鲁棒的手部图像预处理方法 介绍了本文的手部图像采集设备的硬件架构与原理,该设备有不易受环境影响、与计算机接口简单,低成本,用户舒适度高等优点。给出了一种鲁棒的掌纹ROI(Region Of Interest)和手指ROI提取方法。预处理采用了Meanshift滤波和Ostu二值化方法,掌纹的有效区域提取除了利用手指边缘信息,还提出了一种新的基于掌指关节(即手指枢轴)掌纹ROI分割方法,一定程度消除了平移和旋转的影响。 2.提出了一种基于2D指形的个人身份识别算法 该算法用2D指形轮廓作为独特的个人身份属性进行身份认证,提出了一种新颖的指形特征构造方法,这种特征区分性强、鲁棒性好,维度低,有良好的类内聚集度和类间离散度。基于2D指形的个人身份验证方法提取的特征数据量小,匹配时间短,而且也能取得较高的识别精度,适用于在大的手掌库中进行初始匹配,筛选出最相似的库本进入下一层匹配。 3.基于指节纹的身份识别算法研究 提出了一种基于梯度图二值化垂直投影及小波消噪的指节纹特征提取方法,将手指指节纹从二维图像降维为一维向量,匹配则使用向量之间的相似度度量实现。这种基于指节纹的个人身份验证方法提取的特征数据量小,匹配时间短,而且也能取得较高的识别精度,适用于在大的手掌库中进行中高层粗匹配,筛选出最相似的库本进入下一层进行精细匹配。 4.基于主纹线及双树复小波掌纹识别算法研究 首先对掌纹图像提取主线特征,采用模糊化方式生成概率分布模板,同时用双向匹配度距离实现识别;其次对掌纹图像分块后采用双树复小波提取纹理特征,并用Canberra距离来衡量纹理距离。由于主线特征反映了掌纹的显著特征,同时双树复小波具有近似移不变和多方向选择的优点,可以有效区分掌纹纹理,两者可以互为补偿。实验表明,这种采用主线和双树复小波纹理分级识别的方法,具有较低的时间复杂度以及较好的伸缩性,可以显著地提高掌纹识别率。 5.平移、旋转、尺度不变掌纹识别算法研究 提出了一种对大范围平移、旋转甚至尺度变化的图像也能给出正确识别的掌纹识别算法,首次把SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法应用于掌纹识别领域;对于低分辨率掌纹图像,则给出了一种用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)角点检测提取关键点,并以局部区域描述子构造特征向量,该向量已去除方向性,并归一化,因此具有旋转、平移、亮度不变等优点。实验结果证明了该算法的有效性。这种算法可以用低成本的数字摄像头采集掌纹图像,从复杂背景中提取掌纹有效区域并实现掌纹识别,对手掌平移、旋转具有不变性,对手掌距离变化和姿态变化也具有部分不变性,充分体现该算法的鲁棒性。 6.基于层次匹配的手部特征决策级融合系统研究与实现 给出了一套基于手部特征的多模态生物识别系统实现方案,该方案把手形与指节纹识别的高效性与掌纹识别的高精确性相结合,在现有的多模态生物识别系统的各种信息融合方法中,选择了一种简单易行的“与”规则决策级信息融合方法,用层次匹配的方式,通过与各层次匹配器的阈值调节相结合,实现的生物识别系统与单一模态相比较既提高了识别的精确性,又提高了在大数据库检索的时间性能。从手部图像提取的多重特征可以在大数据库中实现引导性匹配,五个层次的特征包括了前几章介绍的指形特征、指节纹特征、掌纹主纹线、双树复小波变换及旋转平移不变局部区域描述子特征。前几层的粗匹配显著地减少进入下一层精细匹配的样本数,最底层匹配则实现了高精度的验证。 7.嵌入式掌纹鉴别系统初步探索与研究 设计并实现了一套基于ARM处理器和Windows CE嵌入式操作系统的掌纹鉴别系统方案,该系统可作为独立的功能单元嵌入在安防或门禁系统中,也可以作为智能家居或智能终端设备的一个组成部分实现个人身份的鉴别和认证。实验表明,该基于ARM处理器的掌纹鉴别系统可以实现较高验证精度和辨识精度:与基于PC机的掌纹鉴别系统相比,具有成本低,体积小,重量轻,低功耗,易于移动与操作,易于集成等优点,而且用Windows CE操作系统界面友好,进一步提高了系统的用户亲和力。 论文利用人手的生物特征提出了三种生物特征的认证技术:2D指形、指节纹及掌纹,其中掌纹又提出了三种特征表示方法。最后把这五种模态的手部特征在决策级进行了融合,通过优化组合提高了大数据库搜索匹配速度及识别率。最后用嵌入式系统对掌纹鉴别系统实现进行了初步探索与尝试。实验证明了本文工作的有效性与可行性,为今后的手部特征多模态识别进一步发展打下坚实的基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 何立民;从2000年问题看嵌入式系统的可靠性[J];电子产品世界;1999年05期
2 周宏华;DSP软件向桌面和嵌入式系统挑战[J];电子产品世界;1999年07期
3 李钢,李增智,杨振江,张勇;关于Java技术在嵌入式系统中的应用研究[J];小型微型计算机系统;2001年09期
4 刘文珂;嵌入式处理器与嵌入式软件研究[J];电子工程师;2001年11期
5 WARREN WEBB;;嵌入式装置上网的保密措施[J];电子设计技术;2001年12期
6 陈利锋;刘博勤;涂时亮;陈章龙;;嵌入式系统网络互连技术的设计与实现[J];计算机科学;2001年10期
7 高峰;质量提高 新品涌现——2002年嵌入式系统及其应用研讨会暨多国产品展示会侧记[J];电子产品世界;2002年23期
8 刘少情,吴慧中,王国中;基于Windows CE3.0的嵌入式系统开发[J];计算机与现代化;2002年02期
9 李林功,李华玲;嵌入式系统的构成与特点[J];电测与仪表;2003年05期
10 李郁松,郭裕顺;嵌入式实时系统及其开发[J];杭州电子工业学院学报;2003年01期
11 张承瑞,吴俊卿,李剑峰;嵌入式Linux在数控系统中的应用[J];制造业自动化;2003年02期
12 陈源,裘正定;基于嵌入式系统的USB接口的设计[J];计算机工程与应用;2004年07期
13 蒋巧文,潘孟春;高性能低功耗的32位RISC微处理器HMS30C7202[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2004年03期
14 许诺;席军强;;闪速存储器在嵌入式系统中应用[J];电子测量技术;2004年06期
15 陈云志;嵌入式系统综述及Java应用程序设计[J];电脑学习;2005年01期
16 吕京建,金佳;嵌入式系统设计即将进入软核时代[J];电子产品世界;2005年01期
17 郭风雷,胡大可;基于GPRS的起重机械监控系统[J];机床与液压;2005年02期
18 张华伟,王玮;基于Uclinux的嵌入式系统在监控中的应用[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2005年01期
19 谢克明;嵌入式操作系统研究及开发实例[J];自动化博览;2005年01期
20 任苙萍;CE起飞的两大护法:电源和嵌入式系统——在上海IIC-China&ESC-China展会联袂发声[J];电子与电脑;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈福;周树杰;林小竹;杨跃翔;;应用嵌入式系统进行数据采集的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年
2 孙柏林;;从“自成系统”到“嵌为一体”——军用嵌入式系统漫谈[A];04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C];2004年
3 冯斌;张恩军;隗娜;;基于嵌入式系统的无线监控终端研究[A];2006电力系统自动化学术交流研讨大会论文集[C];2006年
4 刘树鑫;曹云东;侯春光;刘晓明;;嵌入式系统在断路器智能控制中的应用[A];第一届电器装备及其智能化学术会议论文集[C];2007年
5 朱芳;章坚武;;基于网络处理器的VoIP网关设计[A];浙江省电子学会第七次会员代表大会暨2007学术年会论文集[C];2007年
6 张腾飞;顾亦然;王瑾;;电气类专业嵌入式实践教学内容与方法的改革探索[A];第6届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集(下册)[C];2009年
7 董治华;张林锐;刘亮;;基于智能压力变送器的嵌入式检测系统研究[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
8 杨云松;孙旭光;梅文华;;嵌入式软件的加解密分析[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
9 李光先;陆阳;;应用UC/OS-Ⅱ设计嵌入式实时多任务软件[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
10 徐玉伟;谢敏;;单片机在汽车发动机测速系统中的应用[A];广西计算机学会2004年学术年会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 竺乐庆;基于手部特征的多模态生物识别算法研究与系统实现[D];浙江大学;2008年
2 程国达;嵌入式系统的硬/软件协同设计研究[D];复旦大学;2003年
3 赵国冬;嵌入式系统弹性应对方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 李迪;微型飞行器电子稳像技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
5 陈文智;Pcanel——基于模型驱动的嵌入式系统设计平台[D];浙江大学;2005年
6 郭军;基于Petri网的嵌入式系统高层级设计方法与技术研究[D];西北大学;2007年
7 刘大亮;一种球形移动机器人的运动分析与控制技术的研究[D];北京邮电大学;2009年
8 徐成;机电监控中嵌入式系统相关理论及应用研究[D];武汉理工大学;2006年
9 卜爱国;嵌入式系统动态低功耗设计策略的研究[D];东南大学;2006年
10 王勇;基于无线移动平台的广域自动测试系统的设计与实现[D];东南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 亓向国;MicroWindows在嵌入式系统中的应用研究[D];昆明理工大学;2009年
2 徐超;基于嵌入式系统的安全网关的设计[D];武汉理工大学;2003年
3 毛碧波;多平台下嵌入式Linux的调试及驱动程序开发[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
4 刘洋;基于Linux的嵌入式操作系统实时性技术研究[D];哈尔滨理工大学;2003年
5 王建华;基于嵌入式系统的机器视觉及其在机器人控制中的应用[D];重庆大学;2004年
6 郝永君;嵌入式Linux的研究与应用[D];西安电子科技大学;2005年
7 胡其鹏;基于以太网的嵌入式控制器设计[D];浙江大学;2005年
8 王军;基于CAN总线的智能供热控制器的研究[D];河北工业大学;2005年
9 韩进;基于无线传感器网络嵌入式测控系统的应用研究[D];合肥工业大学;2005年
10 邹春杰;基于软硬件协同设计平台ECNUX的并行FFT设计[D];华东师范大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;软件行业嵌入式系统分会成立[N];中国高新技术产业导报;2004年
2 龚炳铮;嵌入式系统大有作为[N];中国石油报;2003年
3 艾文;国产嵌入式系统重视二次开发[N];中国计算机报;2001年
4 记者 王晓涛;物联网勿求中心和终端两全其美[N];中国经济导报;2010年
5 ;微软嵌入式系统开发中心正式成立[N];人民邮电;2008年
6 朱挺;中国嵌入式系统产业联盟成立[N];中国高新技术产业导报;2008年
7 ;有了VSPWorks嵌入式系统进通信[N];中国计算机报;2002年
8 本报记者  凡晓芝;微软嵌入式系统大赛中国学生创佳绩[N];计算机世界;2006年
9 周晨;中国嵌入式工程师抢手[N];科技日报;2007年
10 郭淳学;嵌入式系统是嵌入式软件与IC发展基础[N];中国电子报;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978