非接触式虹膜图像获取及特征提取方法的研究

报道了一种由使用者自行瞄准来实现虹膜图像非接触式获取的新方法,对获得的图像数据进行了虹膜纹理特征提取试验,验证了方法的可行性和有效性。通过设计几何光照明来辅助使用者定位瞄准,使眼睛处于前后合适的位置;并在摄像机镜头前面放置一片半透半反镜,帮助使用者观察自己眼睛的像来判断眼睛是否偏出摄像机的视场范围。通过该方法可以得到虹膜特征识别的图像数据。采用二维伽博小波对虹膜纹理进行特征提取,并计算两个虹膜特征码值中数值相等的特征位个数,对采集到的虹膜图像进行了特征匹配实验,得到的实验数据证实了该系统完全满足虹膜特征识别的要求。     

改进的基于二维主分量分析的掌纹识别

主分量分析(PCA)是一种在众多生物特征识别中获得成功应用的特征提取技术,是一种基于二阶统计的在最小均方误差意义上的最优维数据压缩技术,它所提取的各特征分量之间是互不相关的。传统的PCA变换是对图像向量的分析,但向量维数一般都很高。二维主分量分析方法是最近兴起的针对图像矩阵的主分量分析方法,与一维主分量分析相比能更精确的计算原始数据的协方差矩阵。将其应用于掌纹识别,并在主分量的选取上加以改进,选取了更适合于分类的主分量。实验结果表明,该方法不仅有更高的识别率,而且维数更低。     

采用树脂透镜的掌纹图像采集光学系统设计

为了获得高分辨率、高对比度和低畸变的掌纹图像,同时实现系统的轻量化和高性价比,本文基于全反射原理,采用树脂材料设计了一款由6片镜构成双远心光路的掌纹采集光学系统。树脂材料的选用减轻了光学系统的总重量;基于光的全反射原理的系统设计增强了掌纹图像的对比度;选择双远心光学结构,便于对倾斜物面所产生的梯形畸变进行矫正。对所设计光学系统的成像质量分析表明,该系统所有视场的光学传递函数（MTF）在Nyquist频率228 lp/mm处均达0.55以上,畸变〈0.14%。设计的光学系统可以采集120 mm×160 mm的手掌区域,实际手掌面上的分辨率达到500dpi,采集的掌纹图像分辨率达到8.0×106 pixel,满足了实际采集的要求。     

基于非负矩阵分解和广义判别分析的掌纹识别

非负矩阵分解(NMF)具有非负性和局部性的特点,是一种新型的特征提取方法.由于NMF是非监督学习算法,运用NMF提取掌纹特征时没有考虑训练样本的类别信息,因而分类效果不够理想.为了在提取掌纹特征的同时融人类别信息,提出运用非负矩阵分解和广义判别分析(GDA)相结合的方法进行掌纹识别.为了降低计算的复杂性,在特征提取之前,应用小波变换对掌纹图像进行三级分解,提取低频子图像.在低频子图像上应用NMF+GDA提取掌纹特征,计算特征向量间的余弦距离进行掌纹匹配.运用PolyU掌纹图像库进行测试.结果表明,与主元分析(PCA)、独立元分析(ICA)和NMF相比,算法的等误率(EER)最低为0.16%,特征提取和匹配总时间为0.812 s,满足实时系统的要求.     

基于局部保持投影的掌纹识别

为了保持掌纹空间的局部结构,运用局部保持投影(LPP)方法进行掌纹识别.在小样本图像识别中,特征方程矩阵存在奇异性.传统的解决方法是运用主元分析(PCA)获得原样本的低维特征子空间,在该空间中运用LPP进行特征提取.由于PCA和LPP的投影标准本质上是不同的,PCA降维时丢失许多重要的判别信息.为了解决这个问题,提出运用三级小波变换、图像下抽样、图像分块求平均值三种方法降低掌纹空间的维数,在低维图像上应用LPP提取局部特征.计算特征矢量间的余弦距离进行掌纹匹配.运用PolyU掌纹图像库进行测试,结果表明,该算法的识别性能均优于PCA和PCA LPP.特征提取和匹配总时间小于0.1 S,具有快速、有效、易于实现等优点.     

基于深度图像的非接触式呼吸检测算法研究

呼吸是人的基本生命活动,监测呼吸可以得知呼吸道和胸廓运动的生理、病理学状态,对某些呼吸系统疾病的诊断有重要的参考价值;提出了一种非接触式呼吸监测方法：对红外视频流中的每帧胸腹部区域数据进行降维,计算所有胸腹部区域数据的方差,将一定时间段内的方差序列进行低通滤波。最后根据方差序列可以获得该段时间内的呼吸频率和呼吸暂停时间;提出的非接触式呼吸检测算法在不影响被监测者正常睡眠活动的情况下,可以准确获取呼吸频率与其他相关参数,为健康监测和相关疾病的诊断提供了数据支持;日常家居场景的实验中,检测到的呼吸次数与实际完全一致,并且与实际胸腹部起伏变化基本同步,较好的保证了结果的准确性。     

基于多光谱图像融合的掌纹识别方法

生物特征识别在信息安全领域发挥着重要作用,掌纹识别作为一种新型生物特征识别方式,具有低失真、非侵入性和高唯一性等优势。传统掌纹研究大多使用自然光成像系统以灰度格式获取,识别精度很难进一步提升。为了获得更多的身份鉴别信息,提出利用多光谱掌纹图像代替自然光掌纹图像。针对现有掌纹识别算法由于没有考虑到不同光谱的特性而导致纹理细节丢失,识别精准率低的问题,提出了一种基于多光谱图像融合的掌纹识别算法。该方法通过对不同光谱下的掌纹图像进行快速自适应二维经验模式分解（FABEMD）,将多光谱掌纹图像分解成一系列频率由高到低的二维固有模态函数(BIMF)和一个残余分量,残余分量可被视为该光谱图像低频信息的初步估计。图像采集过程中光照条件很难保持稳定,而近红外光谱图像在进行FABEMD分解时对光照变换敏感,容易导致分解后的BIMF背景信息过于冗余;因此对分解后的近红外掌纹图像进行背景重建及特征细化,在对背景冗余信息进行平滑处理的同时可以有效增强高频信息的特征表达。为避免直接融合处理后引发的图像过度曝光问题,提出对近红外特征压缩后再融合。此外,提出了一种结合了注意力机制的改进残差网络（IRCANet）,用于融合后的掌纹图像分类,在网络中引入分阶段残差结构,缓解了网络的退化问题,在学习过程中有效地减少信息丢失,对于融合后的多光谱掌纹图像,分阶段残差结构能够稳定地将图像信息在网络间传输,但对图像中的高低频信息区分效果不够显著,为了使网络关注更多区分性特征,利用特征通道间的相互依赖性,在分阶段残差结构中结合了通道注意力(Channel Attention)机制。最终,在香港理工大学（PolyU）多光谱掌纹数据集上进行的综合实验表明,该方法可以取得良好的效果,算法识别准确率能达到99.67%且具有良好的实时性。     

面向多光谱掌纹图像采集系统的光学薄膜滤光片设计

设计了一组应用于多光谱掌纹图像采集系统的光学薄膜滤光片.根据手掌皮肤在可见、近红外光谱波段反射率不同的特点,研究了掌纹识别滤光片的光谱特性参数及膜系设计.为提高系统获得的掌纹图像质量,采用四通道滤光片设计方案,光谱特性参数要求如下:中心波长为λ1=470 nm、λ2=520 nm、λ3=630 nm、λ4=880 nm...     

小波重构与局部DCT的二维主元分析掌纹识别

为了解决掌纹特征提取过程中,手掌的非平面问题导致的伪主线噪音信息并简化运算,对重构的掌纹图像进行了局部离散余弦变换.解决了重构后图像噪音敏感性问题,有效地区分了掌纹主线、掌纹褶纹和乳突纹.由二维主元分析算法获得较稳健的识别特征.通过香港理工大学公布的PolyU掌纹数据库的实验,同二维主元分析算法相比,小波重构与局部离散余弦变换的2DPCA掌纹识别算法正确识别率较高,识别效率较高.     

一种非接触式位置测量方法的研究

在一般的非接触式位置测量系统中,通常使用三个线阵CCD来测量物体的空间位置。但是在有些场合,这种方法很受限制。介绍了一种测量方法,该方法是由力矩电机带动一个线阵CCD旋转来扫描被测目标的。结合三角法,能够同时测量出被测物体在三个方向的位移及水平摆角。实验结果证实了该测量方法具有很高的测量精度。在国防、交通、矿山、城市建设等领域有着广泛的应用前景。     

钢丝绳在线非接触测长系统研究

钢丝绳成品长度是供货合同的重要指标,与经济效益、企业信誉息息相关。针对在线钢丝绳纹理变化特点,提出一种基于线结构光的非接触测长系统,通过比较钢丝绳在不同时刻,不同位置的线结构光投射条纹图像的相似性,间接测量绳长。对投射条纹提取、条纹相似性度量等关键算法进行了阐述。实验证明,系统解决了传统接触测长固有的打滑、磨损等问题,避免了钢绳在线速度变化、捻距误差等因素的影响,具有准确、高效、实时性强的特点。     

基于Sagnac干涉仪的光纤非接触式瞬变信号测量技术

基于对Sagnac干涉仪在外界瞬变信号影响下响应特性的理论分析,提出了一种基于光纤Sagnac干涉仪的非接触式测量技术.针对陷波波形的特性,提出了相应的解调技术.实验结果表明,基于Sagnac干涉仪的非接触式测量技术不仅能识别瞬变信号,同时能实现对信号源的良好定位,相对定位准确度达到1.5%.     

改进的Brenner图像清晰度评价算法

图像清晰度评价是基于数字图像的被动式自动调焦技术的基本问题之一.传统Brenner图像清晰度评价算法具有运算速度快特点,但是其评价准确性取决于阈值选取,且其灵敏度较低.针对上述问题,本文提出了一种改进算法.改进算法采用高通和带通两个滤波器对图像进行计算,克服阈值对传统Brenner算法评价结果的影响.为了衡量改进算法的性能,将其与传统的Brenner算法比较,并对评价算法的单峰性、无偏性、灵敏度、计算量等主要衡量标准逐一分析.实验结果表明:与传统的Brenner评价算法相比,改进算法在满足评价算法单峰性和无偏性前提下,提高了灵敏度,降低了计算次数.     

改进的Brenner图像清晰度评价算法

图像清晰度评价是基于数字图像的被动式自动调焦技术的基本问题之一.传统Brenner图像清晰度评价算法具有运算速度快特点,但是其评价准确性取决于阈值选取,且其灵敏度较低.针对上述问题,本文提出了一种改进算法.改进算法采用高通和带通两个滤波器对图像进行计算,克服阈值对传统Brenner算法评价结果的影响.为了衡量改进算法的性能,将其与传统的Brenner算法比较,并对评价算法的单峰性、无偏性、灵敏度、计算量等主要衡量标准逐一分析.实验结果表明:与传统的Brenner评价算法相比,改进算法在满足评价算法单峰性和无偏性前提下,提高了灵敏度,降低了计算次数.     

自动调焦系统中一种调焦的判别方法

准确有效的调焦评价函数是采用数字图像处理技术实现自动调焦的关键环节,而调焦评价函数的好坏又直接影响着调焦系统的结构精度和运算的复杂程度。分析了灰度标准差比较法和灰度对比度比较法的优缺点,提出了经改进的灰度比较法作为调焦评价函数,该方法具有响应速度快、计算量小、信噪比高、可靠性好等特点。实验与分析结果表明,该方法对具有复杂细节和纹理特征的图像能得到较好的处理结果,而对于背景高亮度的图像则不能判断其是否聚焦。     

基于最小各向同性小波滤波的图像清晰度识别

提出了基于最小各向同性小波滤波的图像清晰度识别方法,对二维最小各向同性小波滤波提取图像特征进行了研究.直接将原始图像通过带通小波滤波器G0获得图像边缘信息,结合图像能量分析,建立了基于小波滤波的图像清晰度评价函数.利用构建的显微镜自动对焦实验平台,比较分析了基于小波滤波和拉普拉斯的评价方法.实验结果表明,采用基于各向同性小波滤波的自动对焦算法有更好的综合自动对焦性能.     

基于变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机设计与研究

基于接触生电与静电感应原理的摩擦纳米发电机(TENG)及其自供能传感器在新能源和物联网等领域有重要的应用前景.存在电负性差异的聚合物材料在接触分离过程中,由于电子的转移,在聚合物周围空间会产生变化的静电场,已有的TENG研究中,主要利用垂直于摩擦层和电极层平面的场强产生静电感应,忽略了聚合物周边的电场效应.根据静电感应原理,处于电场中的导体其内部电荷会重新分布,这为导体在与摩擦材料不接触的情况下导体表面产生感应电信号提供了途径.本文设计了一种利用摩擦层周围变化静电场的非接触式摩擦纳米发电机(NC-TENG),研究了硅胶薄膜和丁腈橡胶薄膜在接触分离过程中,导体与摩擦材料的距离、导体感应面积尺寸及导体相对于摩擦材料所处方位等参数对感应电输出性能的影响.结果表明,在与摩擦材料完全分离的情况下, NC-TENG可以产生稳定的电信号输出. NC-TENG的感应电压随着导体与摩擦材料距离的增大而减小,随着导体感应面积的增大而逐渐增大,对于尺寸为30 mm×30 mm的摩擦材料,导体在面积为60 mm×45 mm时NC-TENG的电输出趋于稳定,产生约13 V的开路电压.此外,导体相对于摩擦材料所处...     

高精度虹膜识别光学镜头的研制

针对虹膜识别系统中难于获取高分辨率的虹膜图像问题,设计一款高精度虹膜图像采集摄像镜头。镜头焦距14.2 mm, 畸变小于0.15%,像方数值孔径为0.26,像面直径为5.35 mm,工作距离130 mm,物像共轭距为150 mm。光学系统可获得高分辨率图像,在0.7视场光学传递函数MTF在120 lp/mm时大于30%。镜头由4片球面透镜构成,结构简单,适合产业化生产,各项光学指标检测结果达到设计要求。     

基于DaVinci平台的桶标在线双目识别系统设计

为解决工业生产线灌装桶标在线识别,避免人工检测的疏失、降低工作量,提出并实现基于DaVinci平台和嵌入式图像检测技术的桶标在线识别系统,该系统采用双核处理器OMAP3530对运动桶标图像进行处理,并采用双摄像头、双处理器的双目并行处理架构解决灌装桶在生产线上不规则旋转识别,提出的嵌入式图像识别及融合决策算法克服了工业现场光线变化大、不规则背景扰动等干扰影响,经过现场2 000次随机试验,无漏识和错识虚警,仅存在部分因桶标遮挡、污损导致未识别,总识别率达到99.81%,满足实际使用要求。     

基于非负矩阵分解的多聚焦图像融合研究

在标准非负矩阵分解约束条件的基础上,提出了一种添加了清晰度约束的新的目标函数和迭代算法．即改进的非负矩阵分解算法,并将其应用于多聚焦图像融合中。非负矩阵分解过程中,适当地选取特征空间的维数能够获得原始数据的局部特征。若以待融合图像为原始数据,选取特征空间的维数为1,则利用改进的非负矩阵分解方法进行图像融合所得到的特征基图像就是对原始图像的融合,该融合网像包含了原始图像的整体特征。实验结果表明,该方法融合效果优于小波变换方法和拉普拉斯塔型方法。