[发明专利]三维指纹重建的方法和装置

权利要求书

1.一种三维指纹重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集手指在滚动按压过程中的指纹图像序列，所述指纹图像序列包括多帧指纹图像；

采集所述指纹图像序列中每帧指纹图像对应的手指三维空间姿态；

对所述指纹图像序列中的每帧指纹图像进行指纹区域分割，并对所述指纹区域内的手指表面深度进行估计，以得到每帧指纹图像中各点上手指表面法向量的近似估计；

根据所述每帧指纹图像中指纹区域内各点的表面法向量以及每帧指纹图像对应的手指三维空间姿态进行帧间信息融合，计算手指表面上各点的表面法向量；

将所述手指表面上各点的表面法向量转换为三维空间中梯度的表达形式，以对手指指纹进行三维指纹表面的重建。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述指纹图像序列中的每帧指纹图像进行指纹区域分割，包括：

基于指纹高斯梯度一致性的分割算法进行指纹区域分割：

其中，是指纹图像的高斯梯度图像，J_ω是大小为ω×ω且元素全部是1的矩阵，*为图像卷积操作，然后对一致性图像Coh进行分割，本发明中以全局阈值分割法得到指纹区域掩膜为例，其中分割阈值设定为T_coh。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述指纹区域内的手指表面深度进行估计，包括：

在每帧图像的指纹分割区域内，估计当前图像中手指的表面深度；

其中，将指纹的脊线密度作为手指表面深度的近似估计，根据估计的手指表面深度计算指纹区域内各点的梯度向量：

其中，p和q分别表示该点的表面深度沿图像X方向和Y方向上的梯度；

然后将所述梯度向量转化为三维空间中的表面法向量表示：

其中，(·)^T代表向量的转置。

4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述每帧指纹图像中指纹区域内各点的表面法向量以及每帧指纹图像对应的手指三维空间姿态进行帧间信息融合，计算完整手指表面上各点的表面法向量，包括：

将所述手指三维空间姿态从欧拉角转换为旋转矩阵表示，当欧拉角为(α,β,γ)时，旋转矩阵的表示为：

R(α，β，γ)＝R_Z(γ)·R_Y(β)·R_X(α)

其中：

选择任意一帧指纹图像所对应的手指三维空间姿态作为参考R_k0，计算其他各帧指纹图像所对应的手指三维空间姿态R_k到参考姿态的变换T_k：

其中，K代表序列中数据的帧数；

将各帧指纹图像中的表面法向量根据对应的变换矩阵T_k进行旋转，对齐至参考姿态所在坐标系，将指纹图像序列中每帧对应点的表面法向量进行融合，得到所述完整手指表面上各点的表面法向量。

5.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，将所述手指表面上各点的表面法向量转换为三维空间中梯度的表达形式，以对手指指纹进行三维指纹表面的重建，包括：

定义为点i处的表面法向量，则沿X轴和Y轴方向的梯度向量分别表示为：

选取某一点作为积分原点O＝(0,0,0)^T，从积分原点开始，根据梯度向量沿X轴、Y轴和Z轴方向分别进行积分，得到一组三维空间坐标点，所述三维空间坐标点用于表示三维空间中的一个曲面，所述曲面上各点与指纹图像中的各像素点一一对应。