1 上海大学微电子研究与开发中心, 上海 200444
2 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200444
为减少手指静脉识别时间, 提出一种双重降维方向梯度直方图特征( Histogram of Oriented Gradient, HOG)结合支持向量机( Support Vector Machine, SVM)分类的手指静脉识别方法。针对传统 HOG算法特征维数高的问题, 首先通过 Fisher准则衡量梯度方向区间 HOG特征的分类能力, 然后使用序列前向选择法挑选出分类能力较优异的梯度方向区间构建部分方向区间 HOG特征, 最后使用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)降维。在公开的手指静脉数据库 FV-USM和 THU-FV上使用 SVM多分类器进行分类识别, 实验结果表明: 双重降维 HOG方法相较于 HOG+PCA方法提取的特征维数降低了 40%, 识别时间减少了 29.85%, 识别准确率分别为 99.17%和 100%, 等误率分别为 1.07%和 0.01%。
手指静脉识别 方向梯度直方图 特征选择 主成分分析 支持向量机 finger vein recognition, HOG, feature selection, P
中国民航大学计算机科学与技术学院, 天津 300300
在采集手指静脉图像的过程中,近红外光在生物组织的高衰减性降低了静脉与非静脉区域的对比度,导致采集的手指静脉图像出现严重的噪声干扰。提出了一种融合Weber定律与Gabor滤波的静脉血管区域稳定增强方法,该方法以Weber定律为基础,建立了方向性Weber差分激励,并将其与Gabor滤波有机地结合起来。通过Gabor滤波的多尺度、多方向特性,放大了 WLD(Weber local descriptor)的方向激励能力,实现了Gabor滤波的最优响应与Weber定律最优激励的相互配合,从而有效凸显了静脉血管成像区域,对退化手指静脉图像进行了稳定增强。实验结果表明,所提方法对图像的增强效果良好,可有效提高手指静脉网络的可区分性。
图像处理 Gabor滤波 Weber定律 手指静脉图像 图像增强 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1410003
1 湖北第二师范学院,湖北 武汉 430205
2 文华学院,湖北 武汉 430074
针对生物特征的多模识别技术,设计了一款用于指纹及手指静脉图像复合采集的光学系统。用于采集指纹和手指静脉图像的光学镜头分别由3片和12片球面透镜构成,工作波长分别为650 nm和850 nm,成像器件分别采用640 pixel×480 pixel CCD和640 pixel×512 pixel非制冷红外探测器。使用Zemax软件对该系统的光学结构进行了设计和优化。像质评价结果表明: 指纹图像采集镜头在空间截止频率67 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.6;手指静脉图像采集镜头在空间截止频率30 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.8;两镜头各视场弥散斑均方根半径远小于成像器件像元尺寸,接近衍射极限,且成像畸变均小于0.5%。实验证明该系统采集到的图像质量优良,分辨率高。
指纹图像 手指静脉 图像采集 光学设计 fingerprint image finger vein image acquisition optical design
辽宁工程技术大学电子与信息工程学院, 辽宁 葫芦岛 125105
针对手指静脉的身份识别问题,并结合手指静脉具有丰富纹理信息的特点,提出了一种基于小波灰度曲面的近红外手指静脉识别方法。采用直方图均衡化方法对原始静脉图像的感兴趣区域进行灰度调整,再用小波分解降维,提取降维后具有不同分辨率的图像,构建待匹配图像。将两幅待匹配图像中的对应像素值相减, 得到灰度差曲面。求出该灰度差曲面的方差, 将其作为衡量两个手指静脉特征曲面之间距离的依据, 并据此判定两个静脉是否来自同一个手指。应用该方法在国内和国外两个图库中使用典型和流行方法进行了对比实验,结果表明,提出的方法用Haar 小波降维后可获得具有不同分辨率的图像,在两个图库上的最低等误率(EER)分别为0%和4.6281%,识别时间仅为0.061 s 和0.0502 s。该算法具有一定的优势和可行性,且准确性高、安全保密性好、运行速度快。
图像处理 手指静脉识别 灰度曲面 小波分解降维 低分辨率 激光与光电子学进展
2016, 53(4): 041005
中国石油大学(华东) 信息与控制工程学院,山东 青岛 266580
针对电活性聚合物(EAP)薄膜制造柔性智能器件的发展要求,分析了电活性聚合物薄膜的正/逆力-电特性及发电机理,采用静电诱导自组装技术在电活性聚合物表面制备了碳纳米管薄膜电极,然后构建了柔性传感器件。实验研究了EAP柔性器件的手指关节弯曲姿态及脚踏运动触觉的传感特性。扫描电子显微(SEM)形貌观察表明:碳纳米管薄膜呈网状结构且质地致密均匀。基于EAP柔性器件的手指弯曲姿态实验结果表明:在手指弯曲度为15~90°时,输出电压峰值为1.2~3.7 V,展示了输出电压峰值与手指弯曲度之间的高线性度,线性相关系数为0.9951。此外,采用EAP薄膜器件对踏步触觉进行了实验测试,其输出电压峰值在1 V左右,而且具有响应快、可重复性好等优势。本文的研究为电活性聚合物薄膜型电子皮肤及触觉传感器的发展提供了理论基础和实验依据。
电活性聚合物薄膜 柔性器件 碳纳米管 手指弯曲姿态 触觉传感 electroactive polymer film flexible device carbon nanotube finger-bending gesture tactile sensing
1 四川工程职业技术学院 电气信息工程系, 四川 德阳 618000
2 清华大学 电子工程系, 北京 100084
为满足便携式设备中人机交互的需要, 设计了嵌入式手指交互系统。研究了系统所采用的肤色分割、凸包计算、指尖检测等算法,并完成了硬件设计。首先, 根据肤色的聚类特征, 在对比分析常用彩色空间特性的基础上建立肤色模型, 对人手进行分割; 提出射线扫描法对经典Graham扫描算法进行改进, 快速计算人手凸点。然后, 分析了利用手指轮廓弯曲特征检测指尖的算法。最后, 介绍了以DSP和FPGA为微处理器构成的硬件系统。实验结果表明, 设计的系统对自然伸展的单个手指正确检测率为95.2%, 对弯曲手指的正确检测率为92.6%, 对在非目标手指干扰下的正确检测率为90.1%; 而对指尖的定位最大偏移量为2.12 mm; 指尖定位总耗时约为23 ms。所设计的嵌入式手指交互系统稳定可靠、满足实时要求。
机器视觉 手指交互 嵌入式系统 人手分割 Graham扫描 machine vision finger interaction embedded system hand segmentation Graham scan
1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨医科大学 附属第四医院,黑龙江 哈尔滨 150001
在分析人手生物学特性的基础上,提出了一种新的外骨骼式机械手,用于创伤手指的术后康复治疗。基于模块化思想设计了外骨骼手机构本体,该外骨骼手可以适应不同人手长度,能够驱动手指进行独立的弯曲和内收/外展康复运动;康复过程要求外骨骼手能够实时反馈手指关节的角度和力信息,同时保证康复力始终垂直作用于指骨以避免损坏关节周围的软组织。对外骨骼手关节单自由度和二自由度构型进行了分析,建立了外骨骼手的运动学模型,给出了外骨骼手的运动学和动力学方程。以ARM微处理器为核心,建立了基于SPI总线的外骨骼手控制系统。最后,进行了外骨骼手的运动学和动力学仿真验证及食指弯曲方向康复实验研究。实验结果表明,创伤手指康复外骨骼手系统康复原理和方法正确可行,实验的重复性误差<5%,表明外骨骼手系统能够满足创伤手指康复要求。
外骨骼机械手 康复 创伤手指 运动学 动力学 exoskeleton mechanical hand rehabilitation injured finger kinematics dynamics