非理想条件下手形识别方法的研究

【摘要】在数字化网络化的当今社会中，为了保证信息的安全性，身份的鉴别受到了越来越广泛的关注，其产业规模也日益扩大。手形特征作为生物特征的一种拥有自己的特性。首先，由于手掌在自然情况下处于半握拳状态，特征难以直接获取，因此具有一定的保密性，不易被窃取信息进行仿制。其次，当手掌伸平时，其采集的难度和对图像的质量要求低于虹膜、指纹等纹理信息为主的特征，更容易进行非接触式的采集，因此可以减少病菌的传染并提高用户的可接受性。再次，由于手形特征与其它纹理特征相比较为简单，其特征提取方法也相对简单，因此特征处理速度较快，虽然该特征不具备高度的唯一性，却更适用于认证系统或与其它特征进行融合使用。目前对手形特征识别的研究因实际应用的需要，主要集中在非接触的采集条件下，寻找具有鲁棒性的手形识别方法。而当手掌不与采集装置中的任何部分发生接触时，由于用户个人在放置手掌时感觉的差异，会使得采集到的图像中手掌发生平移、旋转、缩放、倾斜变形等现象，本文将这些现象称为非理想现象，它会使采集得到的图像中手形特征的识别精度降低，并给手形特征的尺寸带来额外的误差。本文的主要研究内容就是针对受简单背景干扰的非理想图像进行手形的识别，具体的工作分为以下几个方面：（1）针对因文中非理想现象导致图片中存在的手掌平移、旋转、变形及手指张开程度不同等干扰影响手指特征点定位精度的问题，先通过对肤色区域在YCbCgCr彩色空间的聚类性分析获得手部区域图像并进一步提取手形轮廓，将不受手掌摆放方向影响的曲率法应用于该轮廓图像中定位手指长度特征点，再提出通过计算手指中线等分处不同位置的平均值来获得手指宽度值的方法，以避免手指处的宽度突变。将各特征进行归一化处理后，进行特征识别性能的相比，手指长度的识别率较直线拟合法提高了3.4%，手指宽度的识别率较中点法提高了1.5%，因此可以证明该手指部分特征点的定位方法在非理想条件下具有更好的鲁棒性。（2）针对非接触采集方式中，因手腕部分的灵活旋转性和手指部分张开程度的非固定性致使手腕点和手掌宽度点难以准确定位的问题，在定位手腕点时，先定义手腕的上、下候选点区域，在各个区域中寻找曲率最大的若干个点定位手腕两侧候选点，并进一步判断确定两侧点，以获得手腕点。在定位手掌宽度点时，考虑到拇指指根点的稳定性较低，将手掌小指一侧掌纹线作为参考提取手掌宽度特征。将归一化后的手掌部分特征值分别与现有的三角形面积法和距离法进行对比，手掌长度和手掌宽度的相对标准差分别减少1.63和0.61，证明文中方法在非理想条件下具有更高的定位精度。也可以通过在特征向量中增加手掌部分特征以提高手形特征的识别的精度。（3）针对非接触采集方式中因手掌摆放位置的非固定性，使得多次测量中手掌平面与摄像头平面的距离和夹角不固定，从而导致成像后手掌发生缩放和倾斜变形等给手形特征值带来额外误差的问题。本文对两种变形现象进行成像光学模型的分析，通过理论推导证明了因倾斜变形现象对特征尺寸产生的影响远小于缩放现象。因此在选用相对特征避免缩放现象的干扰后，对变形后相对特征的稳定性和识别性能进行分析，由实验结果证明本文定义的相对特征可以在小样本范围内达到88.93%的识别率，即可以作为稳定特征用于识别，以达到手形特征的有效识别。（4）针对手形特征识别过程中，由于不同特征之间高相关性，使得对于不同类具有显著差别的重要特征在特征总和中占的比重变小，从而当使用门限的方法进行分类时可能会降低识别性能的问题，提出一种利用信息增益和相关系数分别对特征的分类区分度和相关性进行分析和评价，并经过对两个参数的综合分析优化选择手形特征的方法。该方法能够同时去除低分类区分度以及高相关性的冗余特征，在识别性能仅降低0.7%的情况下减少23个特征。此外由于不是对特征子集进行逐一的搜索，则该方法的复杂性较低。而经过选择后的优化子集，由于特征向量中维数的减少，能够提高识别速度，因此可以用尽可能少的特征数目达到有效识别的效果，有利于手形特征与其它特征进行融合使用。
【作者】荆澜涛；
【导师】苑玮琦；
【作者基本信息】沈阳工业大学，测试计量技术及仪器，2014，博士
【关键词】手形识别；非接触式采集；特征点定位；变形；优化选择；

【参考文献】
[1]管永兴.基于瓦斯监测的采煤工作面瓦斯分布的研究[D].中国矿业大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[2]刘建波.基于SOA数字化校园学生信息集成系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[3]赵宣.芍药属牡丹组种间关系的分子证据：GPAT基因的PCR-RFLP和序列分析[D].西南农业大学,植物学,2004,硕士.
[4]鲍进.论保证人抗辩权[D].安徽大学,法律,2003,硕士.
[5]王晨辉.贸易关系视角下的中日韩自由贸易区建设[D].吉林大学,国际贸易学,2013,硕士.
[6]胡道喜.急倾斜下盘软破铁矿体采矿方法优化研究[D].西安建筑科技大学,矿业工程,2013,硕士.
[7]姚克娟.基于.NET技术的数据多维分析系统[D].北方工业大学,2005.
[8]张满红.高新技术企业内部财务评价指标体系与激励机制研究[D].武汉理工大学,会计学,2004,硕士.
[9]毕莹辉.民营企业跨国并购财务风险防范[D].北京交通大学,2014.
[10]刘亚静,范瑜.《交流伺服控制系统》系列讲座(六)第6讲交流伺服系统的控制相关问题[J].伺服控制,2014,08:73-76.
[11]张醒声.杭州市城市河道建设与管理立法研究[D].浙江大学,法律,2012,硕士.
[12]李卓锴.242例胰头十二指肠切除术后并发症相关危险因素分析[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2013,硕士.
[13]杨霖.中国家电产业国际竞争力研究[D].黑龙江大学,国际贸易学,2012,硕士.
[14]任海欣.人事保证合同研究[D].河北经贸大学,民商法学,2014,硕士.
[15]聂景.基于中医辨证思维应用硝苯地平控释片的研究[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[16]刘政坤.BCI音视频点播系统的研究和实现[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2013,硕士.
[17]赵珂冉.信托税制法律问题研究[D].中国社会科学院研究生院,经济法（专业学位）,2014,硕士.
[18]王旭丹.试论商业银行业务网络发展的竞争策略[J].商业研究,2002,08:149-150.
[19]田琪.固定点声源作用下高速公路隧道内噪声声场分布特性研究[D].北京交通大学,2014.
[20]杨倩倩.大棚梨病虫害发生特点及物理防控技术研究[D].浙江大学,园艺学,2012,硕士.
[21]余博.面向运维的城轨列车在途监测若干关键技术研究与应用[D].北京交通大学,交通安全工程,2014,博士.
[22]陈曦.陕西凤翔秦公一号大墓车马坑马骨遗骸古DNA研究[D].吉林大学,考古学及博物馆学,2014,硕士.
[23]李郁锦,杨建荣,高建荣.碘引发下的氨基酸酯与1,4-萘醌的氧化加成反应研究[J].浙江工业大学学报,2013,01:21-24.
[24]任春颖.智能化大鼠抑郁模型造模装置的研制[D].浙江大学,生物医学工程（专业学位）,2013,硕士.
[25]王栩.基于访问随机度与热度的混合存储研究[D].华中科技大学,计算机系统结构,2013,硕士.
[26]胡会军,田正宏,张建春.稀土钢连铸板坯纵裂研究[J].钢铁.2003(12)
[27]戴文起.企业物流管理决策支持系统的研究[D].哈尔滨工程大学,2002.
[28]王华.纤维素热化学催化液化反应及微生物发酵综合利用[D].山西大学,植物学,2004,硕士.
[29]邓溪.铁水联运集装箱运价规制与定价研究[D].西南交通大学,交通运输工程,2012,硕士.
[30]张洪利.联通公司客户关系管理研究[D].吉林大学,工商管理,2004,硕士.
[31]谢曾文.双螺杆反应挤出热塑性聚氨酯弹性体的工艺与性能研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[32]章海霞,闫辉,王永祯,许并社.石墨烯作太阳电池透明电极的研究进展[J].材料导报,2014,21:8-14.
[33]孙炳.基于智能手机的虚拟场景交互方法研究[D].山东大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[34]孟凌玉.虾头酶解产物微生物混合发酵工艺及其风味成分的变化[D].广东海洋大学,水产品加工及贮藏工程,2013,硕士.
[35]伋金龙,张吾胜.马钢异型坯连铸机控制系统及与H型钢厂二级系统通信的实现[J].冶金自动化,2000,06:41-44.
[36]周辰.我国食品安全监管体制问题研究[D].黑龙江大学,经济法学,2013,硕士.
[37]周珺量.南昌邮政函件广告业务营销创新研究[D].南昌大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[38]孙爱忠.原油稳定装置的评述[J].油田地面工程.1992(02)
[39]王丹.莱阳市新型农村合作医疗制度调查及实施效果分析[D].山东财经大学,社会保障学,2012,硕士.
[40]李晓欢.FT-DSPx RapidIO接口AMBA-SRIO桥的设计与实现[D].国防科学技术大学,软件工程,2013,硕士.
[41]马迪.多孔阳极氧化铝模板与镍纳米线组装体系的研究[D].大连理工大学,化学工程,2004,硕士.
[42]张文倩.交替传译中的语篇连贯性问题[D].苏州大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[43]翁悦.金融系统性风险与银行监管[D].华东师范大学,金融学,2002,硕士.
[44]向丽,顾培亮.一种快速收敛的混合遗传算法[J].控制与决策,2002,01:19-23.
[45]刘晓伟.氧化亚铁硫杆菌脱除SO_2的实验研究[D].西安建筑科技大学,环境科学,2013,硕士.
[46]唐忠科.负载型铜催化剂在点击化学及树状分子合成中的应用研究[D].华侨大学,2013.
[47]郝萌萌.双边市场平台厂商的纵向一体化策略研究[D].山东大学,产业经济学,2013,硕士.
[48]樊榕.北阡遗址大汶口文化时期居民健康状况试析[D].山东大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[49]李雪刚,徐日庆,畅帅,廖斌,王兴陈.响应面法优化有机质软土复合固化剂配方[J].浙江大学学报(工学版),2014,05:843-849.
[50]王维江.辱虐管理对企业员工工作倦怠的作用机制研究[D].山东大学,企业管理,2013,硕士.