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用于掌纹识别的小波能量特征的提取和匹配

Wavelet Energy Feature Extraction and Matching for Palmprint Recognition

  • 摘要: 信息社会对于系统和信息安全性的要求日益增加,需要对人的身份进行识别的应用场合越来越多,传统的身份识别方法由于其自身所固有的弱点已不能满足社会发展的要求。生物识别技术就是在这种情况下应运而生的。生物识别技术是利用人体所固有的生物特征来进行自动身份识别的技术。人体生物特征具备“人人拥有、人各不同、长期不变”的特点,并且不会被遗忘或丢失,也难以伪造或模仿,所以很适合用来进行身份识别。用于身份识别的人体生物特征很多,其中指纹、虹膜、人脸、签名等生物特征已经得到深入研究,并取得了丰硕的成果。作为对现有人体生物特征识别技术的重要补充,掌纹识别有着其独特的优点:掌纹比指纹含有更多的可区分信息;掌纹采集设备的价格比虹膜采集设备的价格要低廉得多;掌纹特征比签名特征更为稳定;掌纹识别可获得比人脸识别更高的识别精度;掌纹含有独特的线特征(包括主线和皱褶),这些线特征具有很强的区分能力,并可以在低分辨率图像中提取出来;可以将手掌上的各种特征融合在一起建立一个高精度的生物识别系统等。正是由于这些原因,使得掌纹识别从近年兴起以来,很快就成为生物识别技术领域中的一个研究热点。本文对掌纹纹理特征进行多分辨率分析。掌纹可看成是由主线、皱纹和乳突纹等基本构件形成的纹理图像。这些构件具有天然的多分辨率特性,应该在不同的分辨率下对它们进行分析:主线最宽最强,可以在低分辨率下进行分析;皱纹较宽较强,应该在较低的分辨率下进行分析;乳突纹最细最弱,必须在高分辨率下进行分析。本文用小波变换对掌纹纹理进行多分辨率分析,定义了一种崭新的用于掌纹识别的纹理特征—小波能量特征(Wavelet Energy Feature, WEF)。该特征是将各级小波分解的细节图像分块后计算出来的,可反映掌纹纹理能量在不同位置、不同方向、不同分辨率下的分布情况,从而能很好地刻画掌纹纹理特征。本文还分析了不同分辨率下的小波能量特征对掌纹的区分能力,并根据这些区分能力,为掌纹匹配定义了一种衡量不同WEF 相似性的加权城区距离:区分能力越强,加权城区距离中对应的权值越大;区分能力越弱,对应的权值越小。实验表明,各级小波能量特征对掌纹的区分能力由强到弱依次为第4、3、5、2 和1 级。本方法可以抗一定程度的平移和旋转。在掌纹验证和辨识中,基于小波能量特征的方法分别达到了99.24% 和99.45%的精度,这些结果优于其他的掌纹识别方法。

     

    Abstract: According to the fact that the basic features of apalmprint, including principal lines, wrinkles and ridges, havedifferent resolutions, in this paper we analyze palmprints using amulti-resolution method and define a novel palmprint feature, whichcalled wavelet energy feature (WEF), based on the wavelet transform.WEF can reflect the wavelet energy distribution of the principal lines,wrinkles and ridges in different directions at different resolutions(scales), thus it can efficiently characterize palmprints. This paperalso analyses the discriminabilities of each level WEF and, according to these discriminabilities, chooses a suitable weight for each levelto compute the weighted city block distance for recognition. Theexperimental results show that the order of the discriminabilities ofeach level WEF, from strong to weak, is the 4th, 3rd, 5th, 2nd and 1stlevel. It also shows that WEF is robust to some extent in rotation andtranslation of the images. Accuracies of 99.24% and 99.45% have beenobtained in palmprint verification and palmprint identification,respectively. These results demonstrate the power of the proposedapproach.

     

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