一种基于边界点搜索和SUSAN边缘检测的虹膜定位方法

摘要

本发明涉及一种基于边界点搜索和SUSAN边缘检测的虹膜定位方法，其首先采用投影法，对经过光斑填充得二值化虹膜图像进行水平和垂直灰度投影，得到瞳孔的粗略中心；通过对水平灰度曲线的扫描，找到灰度值大于某一阀值的一点作为虹膜的内边界点；对上述的一系列内边界点进行圆拟合，从而得到虹膜内缘的位置信息；再通过SUSAN边缘检测的方法，使虹膜外边缘特征不明显的状况得到了很好的解决，通过方向检测得到了虹膜的外边缘半径，准确地得到虹膜外缘的位置信息；利用SUSAN边缘检测的方法对虹膜区域外边缘进行定位是本发明的一个特色，与一般的两步虹膜定位方法相比，本发明的定位准确率要高5个百分点，并且速度提高40％。

主权项

1、一种基于边界点搜索和SUSAN边缘检测的虹膜定位方法，其特征在于其包括以下步骤：步骤1、通过摄像装置，对人眼中的虹膜进行图像采集，得到含有虹膜图像的原始灰度图像；步骤2、选取一个固定的阈值V_b，将原始虹膜图像进行二值化，原始灰度图像中灰度值大于阈值V_b的象素点的灰度值赋为1，小于阈值V_b的象素点的灰度值赋为0；步骤3、对步骤2中得到的二值图像，进行数学形态学中的闭合运算来消除二值图像中的小空洞，具体来说，闭合运算为：AB＝(AB)ΘB，即先对原始图像A用结构元素B进行膨胀运算，然后再进行腐蚀运算，结构元素B为一个7×7的矩阵，中间近似圆形区域内的元素的值为1，其余元素的值为0，为闭合运算符，为膨胀运算符，Θ为腐蚀运算符；步骤4、计算步骤3中得到图像的水平和垂直灰度投影，水平投影的计算公式为：$S_h\left(x\right)=\underset{y=1}{\overset{N}{\Sigma }}I(x,y),$垂直灰度投影的计算公式为：$S_v\left(y\right)=\underset{x=1}{\overset{M}{\Sigma }}I(x,y),$其中S_h(x)表示横坐标为x的灰度投影值，S_v(y)表示纵坐标为y的灰度投影值，M，N为图像的宽度和高度，I(x，y)为位置(x，y)的象素点的灰度值；步骤5、搜索步骤4中的水平灰度投影S_h(x)取最小值时的横坐标x_o和垂直灰度投影S_h(y)取最小值是的纵坐标y_o，将(x_o，y_o)视为瞳孔的粗略中心；步骤6、在纵坐标为y_o这一行上，以(x_o，y_o)为中心，沿水平方向向左搜索象素灰度值大于T的点，当搜索到象素灰度值大于T时立即停止搜索，记下此时的坐标(x_l，y_o)作为瞳孔边界点的坐标，再按同样的方式进行沿水平方向向右的搜索，得到另一边界点坐标(x_r，y_o)；步骤7、取坐标点(x_o，y_o)附近的若干行，在取出的每一行上进行瞳孔边界点的搜索，方法与步骤6中在y_o一行进行的搜索方法相同，最终可以得到一系列瞳孔边界点的坐标；步骤8、由于瞳孔的内边缘非常类似于一个圆，因此，对步骤7中得到的一系列瞳孔边界点进行圆拟合，具体来说：圆方程为x²+y²+cx+dy+e＝0，c，d和e是关于圆曲线的半径和圆心坐标点的参数，(x，y)为圆曲线上的点的坐标值，那么相对于这些坐标点的最佳圆曲线就是使误差方差和最小；误差方差和的公式为：${ϵ}^2=\underset{i}{\Sigma }{(x_i^2+y_i^2+c{x}_i+d{y}_i+e)}^2,$其中，ε²是指误差方差和，(x_i，y_i)是已知点的坐标，最后得到瞳孔的精确圆心(x_p，y_p)和半径r_p；步骤9、虹膜圆心和瞳孔圆心位置相近，可把瞳孔圆心作为虹膜圆心；限制SUSAN检测的范围，具体范围公式为：100＜x＜N-5，y_p+r_p＜y＜y_p+3*r_p。其中y_p表示坐标点(x_p，y_p)的垂直坐标值，r_p表示瞳孔的半径，该检测区域为一矩形区域；步骤10、用半径为三个像素点的共37个像素的模板遍历整个检测区域；模板形状如示例模板$\begin{array}{ccccccc}0& 0& 1& 1& 1& 0& 0\\ 0& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 1\\ 0& 1& 1& 1& 1& 1& 0\\ 0& 0& 1& 1& 1& 0& 0\end{array},$数字1表示位于模板内的像素点，数字0表示不属于模板的像素点，模板中心的像素点就是所要检测的像素点；统计出每个像素点的USAN值；步骤11、把经过SUSAN检测的每个像素点的USAN值与USAN阈值作比较，如果该像素值大于USAN阈值，则把该像素点的灰度值设为255，否则保持像素点原来的灰度值不变；步骤12、选取合适的二值化阈值T_u，二值化图像检测区域；整个检测区域中，灰度值大于T_u的像素点被赋值为1，灰度值小于T的像素点被赋值为0；步骤13、运用方向检测，沿瞳孔圆心从瞳孔外边缘开始进行四个方向的检测，有检测公式公式1表示在检测方向-30°，-150°时水平方向和垂直方向的像素点检测时变化快慢的比例关系，公式2表示在检测方向-45°，-135°时水平方向和垂直方向的像素点检测时变化快慢的比例关系，方向检测中如遇像素点灰度值为1，则停止检测取该像素点作为虹膜外缘边界点，检测完毕后比较四个方向的虹膜外缘边界点，取四个外缘边界点据圆心距离的平均值为虹膜外边缘半径r_r；步骤14、由于虹膜的外边缘也非常类似于一个圆，因此，通过步骤13中得到的虹膜外边缘边界点以及得出的虹膜外边缘半径r_r，再加上步骤8中得到的圆心(x_p，y_p)，通过画外圆，即可以得到虹膜的外边缘。