一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法技术

一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法。其包括构建手指成像系统；采集原始指节纹图像和原始指静脉图像；裁剪图像并边缘检测图；拟合曲线；找出拐点；画出指节纹ROI参考线；制作刻度板，完成ROI参考线定位修正；确定指节纹ROI的边界位置等步骤。本发明专利技术提供的指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法具有如下有益效果：基本解决了改变指静脉成像区域后指静脉、指节纹ROI定位不准确的问题，并提高了针对不同类型的手指其指静脉、指节纹ROI定位的准确性，增加了ROI定位方法的普适性。

A Method for Locating Region of Interest in Finger Veins and Finger Joints

A method for locating the region of interest (ROI) of finger veins and finger joints is presented. It includes the following steps: building finger imaging system; collecting original finger joint image and original finger vein image; cutting image and edge detection map; fitting curve; finding inflection point; drawing finger joint ROI reference line; making scale plate to complete ROI reference line positioning correction; and determining the boundary position of finger joint ROI. The method of locating finger vein and finger joint interesting region provided by the invention has the following beneficial effects: it basically solves the problem of inaccurate locating of finger vein and finger joint ROI after changing the imaging area of finger vein, improves the accuracy of locating finger vein and finger joint ROI for different types of fingers, and increases the universality of ROI locating method.

【技术实现步骤摘要】
一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法
本专利技术涉及一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法，属于生物特征识别中的生物特征成像和感兴趣区域采集

技术介绍
在多模态融合识别中，从采集的手指静脉、手指节纹图像中准确定位并提取出待识别对象的感兴趣区域(regionofinterest，ROI)对提高识别性能十分重要。在传统的手指多模态采集装置中，指静脉成像区域位于指腹处，而指节纹成像区域则位于指背侧。由于两者成像区域相互独立，因此需要分别采用不同的定位方法对指静脉、指节纹ROI进行定位，结果耗费计算时间。并且在采集时，两者成像姿态难以得到统一，导致图像间相关性降低，从而影响后续融合与识别效果。为了解决上述问题，有学者将指静脉成像区域改到手指背侧，与指节纹在同一侧成像。并设计了先定位指静脉ROI，再利用双目摄像头成像空间之间的映射关系来定位指节纹ROI的方法。但由于改变了指静脉成像区域，指静脉图像中关节腔成像不明显，导致利用关节腔来进行指静脉ROI定位已不再准确，从而使指节纹ROI定位也不准确。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法，可有效解决在手指多模态融合识别过程中，由于改变指静脉成像区域，从而使指静脉和指节纹ROI定位不准确的问题，以改善后续融合效果和提高识别的性能。为了达到上述目的，本专利技术提供的指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法包括按顺序进行的下列步骤：1)构建手指成像系统，所述的手指成像系统包括近红外光源、指纹采集仪、双目摄像头、带通滤光片、平面反射镜和黑色挡板；其中双目摄像头设置在近红外光源的正上方；指纹采集仪位于近红外光源的前侧；带通滤光片位于双目摄像头的前侧；平面反射镜和黑色挡板分别设置在近红外光源的两侧，由平面反射镜、黑色挡板、指纹采集仪与近红外光源一起构成手指凹槽；2)将待检测的手指放在上述手指凹槽内的近红外光源和指纹采集仪上，并使手指向上拱起某一高度；3)利用双目摄像头同时采集原始指节纹图像和原始指静脉图像；其中，利用双目摄像头的后侧摄像头采集原始指节纹图像，包括位于左侧的指节纹图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；而利用双目摄像头的前侧摄像头采集原始指静脉图像，包括位于左侧的指静脉图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；4)选取上述原始指节纹图像，裁剪掉指节纹图像，只保留手指侧面图像，然后对此裁剪后的图像进行边缘检测，得到边缘检测图；5)选取上述边缘检测图中最右侧外边缘线中较稳定的区域，采用最小二乘法对该区域进行曲线拟合，得到拟合曲线；6)求取拟合曲线中每一点斜率的倒数值，然后取绝对值，找出最小值K对应的点A，即为拐点，也即最高点；7)若手指长短、胖瘦适中，且手指正面成像区域中的拐点处于双目摄像头的后侧摄像头正下方，直接在原始指节纹图像上画出指节纹ROI参考线；当人的手指较短时，在手指放在上述手指凹槽内的近红外光源和指纹采集仪上时，有时会出现一个伪拐点A′，真正的拐点应该满足式(3、4)所示的条件：假设真正的拐点坐标为(xl，yl)，l∈[1，N]，伪拐点坐标为(xm，ym)，m∈(l，N]。xl-xl-σ＞＞xm-xm-σ(7)其中，α∈[1，l-1]，σ为一固定值。因此，对步骤6)中求得的斜率的倒数值进行升序排列，取前n个值，再找出满足式(3、4)所示条件的点，即为真正的拐点，由此可消除伪拐点并获得拐点坐标；其中n的大小是经过大量的实验确定的；8)根据步骤7)获得的拐点坐标，在原始指节纹图像中画出ROI参考线；9)制作了一个刻度板；然后将刻度板放到双目摄像头下成像，之后对该图像进行画面标定，由此完成ROI参考线定位修正；10)在上述ROI参考线定位修正后的原始指节纹图像中，裁剪掉指节纹图像中手指正面成像区域内左侧大片黑色区域和手指侧面成像区域，原始指静脉图像的裁剪区域和指节纹图像裁剪区域相同，两者剩下的区域用于后续融合及识别处理；11)当确定出指节纹ROI参考线位置后，根据双目摄像头3成像区域之间的位置差值Δ，求出指静脉图像中指静脉ROI参考线位置，然后在步骤10)中裁剪得到的指静脉图像中画出指静脉ROI参考线；之后根据此指静脉ROI参考线位置，利用Canny边缘检测算法确定出手指左右轮廓线，然后求取指静脉ROI参考线与左右轮廓线的两个交点坐标(xL_fv，yfv)(xR_fv，yfv)，进而求出定位ROI区域的基准点坐标(xp_fv，yp_fv)＝((xL_fv+xR_fv)/2，yfv)，最后以基准点坐标(xp_fv，yp_fv)作为基准，沿上下左右方向进行合适的扩展就可确定出ROI水平和垂直方向上的边界位置，从而使ROI基本位于指静脉图像的中央；然后将指静脉ROI垂直方向上的边界位置映射到指节纹图像中，作为指节纹ROI垂直方向上的边界位置，之后利用指静脉ROI边界求取方法来确定指节纹ROI在水平方向上的边界位置。在步骤6)中，所述的找出最小值K对应的点A，即为拐点的公式如下：其中，(xi，yi)为拟合曲线中某一点，i＝1，…，N，N为拟合曲线中点的总数。在步骤9)中，所述的刻度板包括底座、垂直板和顶板；其中垂直板的下端固定在底座的表面中部；顶板的一侧边缘连接在垂直板的上端，顶板的表面以及垂直板的侧面上均设有刻度，并且刻度板的高度大于手指拱起后拐点的高度。在步骤9)中，所述的将刻度板放到双目摄像头下成像，然后对该图像进行画面标定，由此完成ROI参考线定位修正的方法是：使刻度板在手指正面成像区域与手指侧面成像区域分别成像，然后在这两区域中的相同刻度处画线而进行标定；其次，将标定后的结果在像素坐标系下重新建立一个标定参考图；最后，根据标定参考图构建一个比例映射图，再根据式(5)求出B点的y轴坐标，然后在此点处画出ROI参考线；其中，B点为需要求得的手指正面成像区域中的拐点，B′点为手指侧面成像区域中的拐点，yb为手指正面成像区域中拐点B的y轴坐标，yb′为手指侧面成像区域中拐点B′的y轴坐标，y0、a、e为已知量：本专利技术提供的指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法具有如下有益效果：基本解决了改变指静脉成像区域后指静脉、指节纹ROI定位不准确的问题，并提高了针对不同类型的手指其指静脉、指节纹ROI定位的准确性，增加了ROI定位方法的普适性。附图说明图1为采用本专利技术方法时手指拱起姿态成像示意图。图2为采用本专利技术方法时手指侧面成像示意图。图3为通过双目摄像头采集到的原始指节纹图像和原始指静脉图像。其中，图3(a)为指节纹图像；图3(b)为指静脉图像；并且在指节纹图像和指静脉图像中，左侧为手指正面成像区域，右侧为手指侧面成像区域。图4为未进行伪拐点去除和ROI参考线修正过程的原始指节纹ROI定位流程图。其中图4(a)为手指侧面图像；图4(b)为边缘检测图像；图4(c)为曲线拟合图像；图4(d)为手指原始图像中画出指节纹ROI参考线图像；图4(e)为指节纹正面图像。图5为拐点检测错误后指节纹ROI参考线定位图与拐点修正后指节纹ROI参考线定位图。其中图5(a)为在伪拐点处画出ROI参考线；图5(b)为在修正后的拐点处画出ROI参考线。图6为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法，其特征在于：所述的指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法包括按顺序进行的下列步骤：1)构建手指成像系统，所述的手指成像系统包括近红外光源(1)、指纹采集仪(2)、双目摄像头(3)、带通滤光片(4)、平面反射镜(5)和黑色挡板(6)；其中双目摄像头(3)设置在近红外光源(1)的正上方；指纹采集仪(2)位于近红外光源(1)的前侧；带通滤光片(4)位于双目摄像头(3)的前侧；平面反射镜(5)和黑色挡板(6)分别设置在近红外光源(1)的两侧，由平面反射镜(5)、黑色挡板(6)、指纹采集仪(2)与近红外光源(1)一起构成手指凹槽；2)将待检测的手指放在上述手指凹槽内的近红外光源(1)和指纹采集仪(2)上，并使手指向上拱起某一高度；3)利用双目摄像头(3)同时采集原始指节纹图像和原始指静脉图像；其中，利用双目摄像头(3)的后侧摄像头采集原始指节纹图像，包括位于左侧的指节纹图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；而利用双目摄像头(3)的前侧摄像头采集原始指静脉图像，包括位于左侧的指静脉图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；4)选取上述原始指节纹图像，裁剪掉指节纹图像，只保留手指侧面图像，然后对此裁剪后的图像进行边缘检测，得到边缘检测图；5)选取上述边缘检测图中最右侧外边缘线中较稳定的区域，采用最小二乘法对该区域进行曲线拟合，得到拟合曲线；6)求取拟合曲线中每一点斜率的倒数值，然后取绝对值，找出最小值K对应的点A，即为拐点，也即最高点；7)若手指长短、胖瘦适中，且手指正面成像区域中的拐点处于双目摄像头(3)的后侧摄像头正下方，直接在原始指节纹图像上画出指节纹ROI参考线；当人的手指较短时，在手指放在上述手指凹槽内的近红外光源(1)和指纹采集仪(2)上时，有时会出现一个伪拐点A′，真正的拐点应该满足式(3、4)所示的条件：假设真正的拐点坐标为(xl，yl)，l∈[1，N]，伪拐点坐标为(xm，ym)，m∈(l，N]。...

【技术特征摘要】
1.一种指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法，其特征在于：所述的指静脉和指节纹感兴趣区域定位方法包括按顺序进行的下列步骤：1)构建手指成像系统，所述的手指成像系统包括近红外光源(1)、指纹采集仪(2)、双目摄像头(3)、带通滤光片(4)、平面反射镜(5)和黑色挡板(6)；其中双目摄像头(3)设置在近红外光源(1)的正上方；指纹采集仪(2)位于近红外光源(1)的前侧；带通滤光片(4)位于双目摄像头(3)的前侧；平面反射镜(5)和黑色挡板(6)分别设置在近红外光源(1)的两侧，由平面反射镜(5)、黑色挡板(6)、指纹采集仪(2)与近红外光源(1)一起构成手指凹槽；2)将待检测的手指放在上述手指凹槽内的近红外光源(1)和指纹采集仪(2)上，并使手指向上拱起某一高度；3)利用双目摄像头(3)同时采集原始指节纹图像和原始指静脉图像；其中，利用双目摄像头(3)的后侧摄像头采集原始指节纹图像，包括位于左侧的指节纹图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；而利用双目摄像头(3)的前侧摄像头采集原始指静脉图像，包括位于左侧的指静脉图像和位于右侧的手指侧面图像，该图像中既包含手指正面成像区域，又包含手指侧面成像区域；4)选取上述原始指节纹图像，裁剪掉指节纹图像，只保留手指侧面图像，然后对此裁剪后的图像进行边缘检测，得到边缘检测图；5)选取上述边缘检测图中最右侧外边缘线中较稳定的区域，采用最小二乘法对该区域进行曲线拟合，得到拟合曲线；6)求取拟合曲线中每一点斜率的倒数值，然后取绝对值，找出最小值K对应的点A，即为拐点，也即最高点；7)若手指长短、胖瘦适中，且手指正面成像区域中的拐点处于双目摄像头(3)的后侧摄像头正下方，直接在原始指节纹图像上画出指节纹ROI参考线；当人的手指较短时，在手指放在上述手指凹槽内的近红外光源(1)和指纹采集仪(2)上时，有时会出现一个伪拐点A′，真正的拐点应该满足式(3、4)所示的条件：假设真正的拐点坐标为(xl，yl)，l∈[1，N]，伪拐点坐标为(xm，ym)，m∈(l，N]。xl-xl-σ＞＞xm-xm-σ(2)其中，α∈[1，l-1]，σ为一固定值。因此，对步骤6)中求得的斜率的倒数值进行升序排列，取前n个值，再找出满足式(3、4)所示条件的点，即为真正的拐点，由此可消除伪拐点并获得拐点坐标；其中n的大小是经过大量的实验确定的；8)根据步骤7)获得的拐点坐标，在原始指节纹图像中画出ROI参考线；9)制作了一个刻度板(7)；然后将刻度板(7)放到双目摄像头(3)下成像，之后对该图像进行画面标定，由此完成ROI参考线定位修正；10)在上...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金锋，石滨萌，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12