一種具備通用性的指紋識別系統的製作方法
2023-05-19 21:39:21 1
本發明涉及指紋識別領域，特別涉及一種具備通用性的指紋識別系統及方法。
背景技術：
指紋識別過程同所有的生物體特徵識別的過程類似，分為用戶註冊和特徵匹配2個部分。首先，需要錄入指紋圖像，對獲取的原始圖像進行處理，包括圖像增強、分割、細化、二值化等。然後，對指紋的細節特徵進行提取，比較常見的特徵點有分叉點、端點，最後，生成模板儲存在系統資料庫中。無論是驗證或者辨識的過程，都需要將待識別的用戶的指紋圖像再一次進行同樣的圖像分割、細化、二值化、特徵提取等一系列步驟，生成和資料庫模板同樣的數據格式，最後，進行比對，得出識別的結果。
現有的指紋識別算法的前提條件是使用相同的指紋識別器上採集指紋或認證。所以，在網上的很多用戶只能用同一類指紋識別器才能實現認證，實踐證明：如果換作不同的指紋識別器，驗證系統的性能將大大降低，這是因為指紋識別器沒有標準的互換規定。
由於各種識別器的使用算法的不同，要使用指紋識別器的各系統需要個別的登錄，而且，認證時必須使用與登錄時使用的識別器類型相同。這說明個人和系統需要保留多個不同種類的識別器。解決不同識別器之問的通用算法就成為目前研究的一個很有意義的課題，這樣，用戶可以在自己的電腦上使用不同的識別器，方便了在線指紋驗證系統的使用價值。
由於某類指紋傳感器僅僅適合同種類型的採集儀驗證使用，為了允許更多的用戶使用和阻止假冒用戶試圖欺騙系統，多傳感器指紋融合提高系統的性能顯得很有必要。
技術實現要素：
鑑於此，本發明提供了一種具備通用性的指紋識別系統及方法，本發明具有識別準確、智能化、具備通用性和性能優良等優點。
本發明採用的技術方案如下：
一種具備通用性的指紋識別系統，其特徵在於，所述系統包括：傳感器組、預處理模塊、匹配模塊、分數融合單元、模板資料庫組和閾值單元；所述傳感器組分別信號連接於預處理模塊；所述預處理模塊信號連接於匹配模塊；所述匹配模塊分別信號連接於模板資料庫組和分數融合單元；所述分數融合單元信號連接於閾值單元。
所述預處理模塊包括：第一預處理單元和第二預處理單元；所述匹配模塊包括：第一匹配單元和第二匹配單元；所述模板資料庫組包括：第一模板資料庫和第二模板資料庫；所述第一預處理單元分別信號連接於光學傳感器和第一匹配單元；所述第一匹配單元分別信號連接於第一預處理單元、分數融合單元和第一模板資料庫；所述第二匹配單元分別信號連接於第二預處理單元、分數融合單元和第二模板資料庫；所述分數融合單元分別信號連接於第一匹配單元、第二匹配單元和閾值單元。
所述第一預處理單元包括：圖像分割單元、圖像增強單元、二值化單元、圖像細化單元和細節點提取單元；所述圖像分割單元分別信號連接於光學傳感器和圖像增強單元；所述圖像增強單元分別信號連接於圖像分割單元和二值化單元；所述二值化單元分別信號連接於圖像增強單元和圖像細化單元；所述圖像細化單元分別信號連接於二值化單元和細節點提取單元。
所述光學傳感器包括：LED單元、CCD攝像頭單元和電源單元；所述電源單元分別信號連接於LED單元和CCD攝像頭單元；所述LED單元，用於以一定的角度照射向玻璃；所述CCD攝像頭，用於獲取接收從玻璃表面反射回的光線，手指上的脊線與玻璃表面接觸，谷線不與玻璃表面接觸，照射在指紋脊線所接觸部分的玻璃表面的光線被漫反射，而照射在指紋谷線所對應的玻璃表面 的光線被全反射，從而在由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺。
所述電容傳感器包括：晶片、電容測量裝置和電源；所述電源分別信號連接於晶片和電容測量裝置；所述電容測量裝置，用於按壓採集手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生不同的電容；所述晶片通過測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋。
一種具備通用性的指紋識別方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統啟動，系統初始化，傳感器組開始獲取用戶的指紋信息；
步驟2：電容傳感器根據按壓到採集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生的不同電容值，再通過晶片測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋；將獲取到的指紋發送給第二預處理單元；
步驟3：第二預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟4：第二匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟5：光學傳感器根據由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺的原理獲取用戶的指紋信息，將指紋信息發送至第一預處理單元；
步驟6：步驟3：第一預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟7：第一匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟8：數據融合單元根據獲取到的匹配結果，進行匹配分數融合得到最終的匹配分數，將最終的匹配分數和閾值單元中設定的閾值進行比較，根據比較結果判斷是否該用戶的指紋是否識別通過。
所述匹配模塊的匹配方法包括以下步驟：
步驟1：設定通過光學傳感器獲取的指紋數據的經第一預處理單元處理後的點集合為：
其中表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中表示點集合P中第N個點的方向；表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中 表示點集合P中第N個點的方向。
步驟2：設定匹配公式為：
其中Temp_Mum表示模板的細節點數據；所述Input_Num表示輸入指紋的細節點數目；所述maxscore是通過疊加匹配的細節點個數得到的最大匹配得分；
通過該公式計算得出最終的匹配分數。
採用以上技術方案，本發明產生了以下有益效果：
1、識別準確：本發明所使用的算法是一種典型的基於特徵點坐標模型的點模式匹配算法。它對匹配過程中最難的一步一基準點的確定和變換參數的求取作了較深入的研究，根據3個近鄰的特徵點之間的相互關係來確定基準點、求取變換參數。該算法在一定程度上能夠加快基準點的求取，從而提高整個匹配算法的速度。同時，該算法是根據多點來確定變換參數，而不是通常意義上的一點，在一定程度上可以消除在特徵提取過程中所引入的位置、角度的偏差，得到更為準確的變換參數。從而讓識別結果更加準確。
2、通用性和實用性強：本發明提出一種簡單的融合策略融合了了兩類常用的指紋傳感器：光學傳感器和電容傳感器。兩類傳感器分別採集兩幅圖像後通過預處理程序提取細節點後分別與模板指紋相匹配，得到2個匹配分數，然後，把這2個匹配分數通過融合規則得到最後的匹配分數，融合後的結果對系統的性能有了很大的提高。
3、智能化：本發明的識別過程，全程由系統自動完成，在保證了準確率的情況下，也保證了使用的實用性。光學和電容傳感器匹配器兩者之間的互補性也表明了多傳感器融合的可能性，系統本身具有很低的驗證錯誤率。特徵提取過程被分別應用到每一個採集設備採集到的圖片，應用一個簡單的融合規則，提高系統的驗證性能。因此，融合不同類型的傳感器提高系統性能方案簡單易行。
附圖說明
圖1是本發明的一種具備通用性的指紋識別系統及方法的系統結構示意圖。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
本發明實施例1中提供了一種具備通用性的指紋識別系統，系統結構如圖1所示：
一種具備通用性的指紋識別系統，其特徵在於，所述系統包括：傳感器組、預處理模塊、匹配模塊、分數融合單元、模板資料庫組和閾值單元；所述傳感器組分別信號連接於預處理模塊；所述預處理模塊信號連接於匹配模塊；所述匹配模塊分別信號連接於模板資料庫組和分數融合單元；所述分數融合單 元信號連接於閾值單元。
所述預處理模塊包括：第一預處理單元和第二預處理單元；所述匹配模塊包括：第一匹配單元和第二匹配單元；所述模板資料庫組包括：第一模板資料庫和第二模板資料庫；所述第一預處理單元分別信號連接於光學傳感器和第一匹配單元；所述第一匹配單元分別信號連接於第一預處理單元、分數融合單元和第一模板資料庫；所述第二匹配單元分別信號連接於第二預處理單元、分數融合單元和第二模板資料庫；所述分數融合單元分別信號連接於第一匹配單元、第二匹配單元和閾值單元。
所述第一預處理單元包括：圖像分割單元、圖像增強單元、二值化單元、圖像細化單元和細節點提取單元；所述圖像分割單元分別信號連接於光學傳感器和圖像增強單元；所述圖像增強單元分別信號連接於圖像分割單元和二值化單元；所述二值化單元分別信號連接於圖像增強單元和圖像細化單元；所述圖像細化單元分別信號連接於二值化單元和細節點提取單元。
所述光學傳感器包括：LED單元、CCD攝像頭單元和電源單元；所述電源單元分別信號連接於LED單元和CCD攝像頭單元；所述LED單元，用於以一定的角度照射向玻璃；所述CCD攝像頭，用於獲取接收從玻璃表面反射回的光線，手指上的脊線與玻璃表面接觸，谷線不與玻璃表面接觸，照射在指紋脊線所接觸部分的玻璃表面的光線被漫反射，而照射在指紋谷線所對應的玻璃表面的光線被全反射，從而在由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺。
所述電容傳感器包括：晶片、電容測量裝置和電源；所述電源分別信號連接於晶片和電容測量裝置；所述電容測量裝置，用於按壓採集手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生不同的電容；所述晶片通過測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋。
本發明實施例2中提供了一種具備通用性的指紋識別方法：
一種具備通用性的指紋識別方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統啟動，系統初始化，傳感器組開始獲取用戶的指紋信息；
步驟2：電容傳感器根據按壓到採集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生的不同電容值，再通過晶片測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋；將獲取到的指紋發送給第二預處理單元；
步驟3：第二預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟4：第二匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟5：光學傳感器根據由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺的原理獲取用戶的指紋信息，將指紋信息發送至第一預處理單元；
步驟6：步驟3：第一預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟7：第一匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟8：數據融合單元根據獲取到的匹配結果，進行匹配分數融合得到最終的匹配分數，將最終的匹配分數和閾值單元中設定的閾值進行比較，根據比較結果判斷是否該用戶的指紋是否識別通過。
所述匹配模塊的匹配方法包括以下步驟：
步驟1：設定通過光學傳感器獲取的指紋數據的經第一預處理單元處理後的點集合為：
其中表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中表示點集合P中第N個點的方向；表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中 表示點集合P中第N個點的方向。
步驟2：設定匹配公式為：
其中Temp_Mum表示模板的細節點數據；所述Input_Num表示輸入指紋的細節點數目；所述maxscore是通過疊加匹配的細節點個數得到的最大匹配得分；
通過該公式計算得出最終的匹配分數。
本發明實施例3中提供了一種具備通用性的指紋識別系統及方法，系統結構圖如圖1所示：
一種具備通用性的指紋識別系統，其特徵在於，所述系統包括：傳感器組、預處理模塊、匹配模塊、分數融合單元、模板資料庫組和閾值單元；所述傳感器組分別信號連接於預處理模塊；所述預處理模塊信號連接於匹配模塊；所述匹配模塊分別信號連接於模板資料庫組和分數融合單元；所述分數融合單元信號連接於閾值單元。
所述預處理模塊包括：第一預處理單元和第二預處理單元；所述匹配模塊包括：第一匹配單元和第二匹配單元；所述模板資料庫組包括：第一模板資料庫和第二模板資料庫；所述第一預處理單元分別信號連接於光學傳感器和第一匹配單元；所述第一匹配單元分別信號連接於第一預處理單元、分數融合單元和第一模板資料庫；所述第二匹配單元分別信號連接於第二預處理單元、分數融合單元和第二模板資料庫；所述分數融合單元分別信號連接於第一匹配單元、第二匹配單元和閾值單元。
所述第一預處理單元包括：圖像分割單元、圖像增強單元、二值化單元、圖像細化單元和細節點提取單元；所述圖像分割單元分別信號連接於光學傳感 器和圖像增強單元；所述圖像增強單元分別信號連接於圖像分割單元和二值化單元；所述二值化單元分別信號連接於圖像增強單元和圖像細化單元；所述圖像細化單元分別信號連接於二值化單元和細節點提取單元。
所述光學傳感器包括：LED單元、CCD攝像頭單元和電源單元；所述電源單元分別信號連接於LED單元和CCD攝像頭單元；所述LED單元，用於以一定的角度照射向玻璃；所述CCD攝像頭，用於獲取接收從玻璃表面反射回的光線，手指上的脊線與玻璃表面接觸，谷線不與玻璃表面接觸，照射在指紋脊線所接觸部分的玻璃表面的光線被漫反射，而照射在指紋谷線所對應的玻璃表面的光線被全反射，從而在由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺。
所述電容傳感器包括：晶片、電容測量裝置和電源；所述電源分別信號連接於晶片和電容測量裝置；所述電容測量裝置，用於按壓採集手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生不同的電容；所述晶片通過測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋。
一種具備通用性的指紋識別方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟：
步驟1：系統啟動，系統初始化，傳感器組開始獲取用戶的指紋信息；
步驟2：電容傳感器根據按壓到採集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和晶片之間產生的不同電容值，再通過晶片測量空間中的不同的電磁場得到完整的指紋；將獲取到的指紋發送給第二預處理單元；
步驟3：第二預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟4：第二匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟5：光學傳感器根據由CCD攝像頭捕獲的圖像中，對應指紋脊線的部分顏色較深，對應指紋谷線的部分顏色較淺的原理獲取用戶的指紋信息，將指紋信息發送至第一預處理單元；
步驟6：步驟3：第一預處理單元對接收到的指紋圖像一次進行圖像分割、圖像增強、圖像二值化、圖像細化和圖像細節點提取；
步驟7：第一匹配單元從模板資料庫中調取指紋模板進行匹配，將匹配結果發送至分數融合單元；
步驟8：數據融合單元根據獲取到的匹配結果，進行匹配分數融合得到最終的匹配分數，將最終的匹配分數和閾值單元中設定的閾值進行比較，根據比較結果判斷是否該用戶的指紋是否識別通過。
所述匹配模塊的匹配方法包括以下步驟：
步驟1：設定通過光學傳感器獲取的指紋數據的經第一預處理單元處理後的點集合為：
其中表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中表示點集合P中第N個點的方向；表示點集合P中第N個點的X坐標；所述其中表示點集合P中第N個點的Y坐標；其中 表示點集合P中第N個點的方向。
步驟2：設定匹配公式為：
其中Temp_Mum表示模板的細節點數據；所述Input_Num表示輸入指紋的細節點數目；所述maxscore是通過疊加匹配的細節點個數得到的最大匹配得分；
通過該公式計算得出最終的匹配分數。
本發明所使用的算法是一種典型的基於特徵點坐標模型的點模式匹配算法。它對匹配過程中最難的一步一基準點的確定和變換參數的求取作了較深入的研究，根據3個近鄰的特徵點之間的相互關係來確定基準點、求取變換參數。該算法在一定程度上能夠加快基準點的求取，從而提高整個匹配算法的速度。同時，該算法是根據多點來確定變換參數，而不是通常意義上的一點，在一定程度上可以消除在特徵提取過程中所引入的位置、角度的偏差，得到更為準確的變換參數。從而讓識別結果更加準確。
本發明提出一種簡單的融合策略融合了了兩類常用的指紋傳感器：光學傳感器和電容傳感器。兩類傳感器分別採集兩幅圖像後通過預處理程序提取細節點後分別與模板指紋相匹配，得到2個匹配分數，然後，把這2個匹配分數通過融合規則得到最後的匹配分數，融合後的結果對系統的性能有了很大的提高。
本發明的識別過程，全程由系統自動完成，在保證了準確率的情況下，也保證了使用的實用性。光學和電容傳感器匹配器兩者之間的互補性也表明了多傳感器融合的可能性，系統本身具有很低的驗證錯誤率。特徵提取過程被分別應用到每一個採集設備採集到的圖片，應用一個簡單的融合規則，提高系統的驗證性能。因此，融合不同類型的傳感器提高系統性能方案簡單易行。
本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。