手背静脉模式纹理提取方法

摘要

本发明的目的在于提供手背静脉模式纹理提取方法，采用Gabor滤波器组进行提取，包括以下步骤：设计Gabor滤波器组参数，在方向空间对滤波响应进行统计，得到方向空间最优滤波响应；计算方向空间最优滤波响应在尺度空间的静脉混合矩，可得到最后的手背静脉模式纹理。本发明能够解决对比度低、灰度值窄、灰度值分布不均匀、纹理模糊、纹理边缘较弱、交叉纹理粘连等问题。

主权项

1.手背静脉模式纹理提取方法，采用Gabor滤波器组进行提取，其特征是：（1）设计Gabor滤波器组参数：令Gabor滤波器的调制波长λ与高斯包络在θ方向的标准偏差σ₁之间的比例系数k满足关系式k≥2，以保证Gabor滤波器实部组件脉冲响应纹理形状与静脉纹理形状相似；令高斯有效包的椭圆率r＝σ₂/σ₁取为1，使得Gabor滤波器保持各向同性；方向轴上空间频域支撑性约束关系：$s=\frac{1+\frac{k}{\pi }\sqrt{-\frac{\ln p_1}{2}}}{1-\frac{k}{\pi }\sqrt{-\frac{\ln p_1}{2}}},$$k=\pi \left(\frac{s-1}{s+1}\right)\sqrt{-\frac{2}{\ln p_1}},$$p_1=\exp (-{\left(\frac{\sqrt{2}\pi (s-1)}{k(s+1)}\right)}^2),$s表示尺度空间中尺度参数的渐变因子；p₁表示Gaobor滤波器方向轴上两条相邻的高斯包络曲线的相交幅度值，渐变因子s的选取和Gaobor滤波器方向轴的尺度参数σ₁的最大值最小值尺度空间的采样数M存在则$s=\exp \left(\frac{\ln {\sigma }_{\theta }^{\max }-\ln {\sigma }_{\theta }^{\min }}{M-1}\right);$方向空间频域支撑性约束关系：$\psi =2\arctan \left(\frac{k}{\mathrm{\pi r}}\sqrt{-\frac{\ln p_2}{2}}\right),$$k=\pi r\tan \left(\frac{\psi }{2}\right)\sqrt{-\frac{2}{\ln p_2}},$$r=\frac{k}{\pi \tan (\psi /2)}\sqrt{-\frac{\ln p_2}{2}},$$p_2=\exp \left({-\left(\frac{\sqrt{2}\mathrm{\pi r}}{k}\tan \left(\frac{\psi }{2}\right)\right)}^2\right),$方向采样间隔ψ与采样数N的关系式为ψ=π/N，p₂表示方向空间中两条相邻的高斯包络曲线的相交幅度值，p₂取与p₁相同的值，则$r\tan \left(\frac{\psi }{2}\right)=\left(\frac{s-1}{s+1}\right),$结合Gabor滤波器使得信号空域局部特性与其频域局部特性的对应关系达到最优化的特性，进而推得p₁＝p₂＝exp(-1/16)，则$k=\pi \tan \left(\frac{\pi }{2N}\right)\sqrt{32},$$s=\frac{1+\tan \left(\frac{\pi }{2N}\right)}{1-\tan \left(\frac{\pi }{2N}\right)};$最优尺度σ_opt与静脉纹理尺度σ_L之间的关系以及最大滤波响应值的数学表达式分别如下：${\sigma }_{\mathrm{opt}}={\sigma }_L\sqrt{4{\pi }^2/k^2-1},$$R_{\max }^{\sigma }=\frac{k}{2\pi }\exp (-\frac{1}{2});$利用Gabor组处理静脉样本得到一组滤波响应，对最大滤波响应进行归一化：归一化因子为2πexp(1/2)/k＝2πσ₁exp(1/2)/λ，则Gabor滤波器归一化后的表达式如下：$\mathrm{Norm}\_G(x,y;{\sigma }_1,\theta ,\lambda )=\frac{1}{\lambda {\sigma }_{1}r}\exp \{-\frac{r^2{x^{\prime }}^2+{y^{\prime }}^2}{2{{\sigma }_1}^2{r}^2}+\frac{1}{2}\}\exp \left\{j\frac{2\pi }{\lambda }{x}^{\prime }\right\},j=\sqrt{-1},$Norm_G(x,y;σ₁,θ，λ)表示归一化后的Gabor滤波器脉冲响应，x′＝xcosθ+ysinθ，y′＝-xsinθ+ycosθ；当σ_opt与纹理的尺度一致时，Gabor滤波器的响应取得最大值，即σ_opt=σ_L，根据式得到k的值，进而得到N、M、s的值；（2）在方向空间对滤波响应进行统计，得到方向空间最优滤波响应；（3）计算方向空间最优滤波响应在尺度空间的静脉混合矩，得到最后的手背静脉模式纹理。