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1、第 27卷 第 2期2001年 3月自 动 化 学 报A CTA AU TOM A T ICA S IN ICAV o l127,N o12M ar. , 2001短 文基 于 笔 迹 的 身 份 鉴 别 1)朱 勇 谭 铁 牛 王 蕴 红(中 国 科 学 院 自 动 化 研 究 所 模 式 识 别 国 家 重 点 实 验 室 北 京 100080)(E2m ail: zhuyong, tieniu. tan, yunhong. w angnlp r. ia. ac. cn)摘 要 提 出 了 一 种 鉴 别 笔 迹 的 新 方 法 . 现 有 的 笔 迹 识 别 方 法 大 多 需 要 进
2、行 分 割 或 关 联 部 分的 分 析 , 都 是 与 内 容 相 关 的 方 法 . 在 新 方 法 里 , 把 手 写 笔 迹 作 为 一 种 纹 理 来 看 待 , 将 笔 迹 鉴 别的 问 题 转 化 为 纹 理 识 别 来 处 理 , 这 是 一 种 与 内 容 无 关 的 方 法 . 使 用 多 通 道 二 维 Gabo r 滤 波 器来 提 取 这 些 纹 理 的 特 征 , 并 使 用 加 权 欧 氏 距 离 分 类 器 来 完 成 匹 配 工 作 . 在 实 验 中 , 使 用 了 17个人 的 不 同 笔 迹 , 取 得 了 很 好 的 结 果 .关 键 词 笔 迹 鉴
3、别 , 纹 理 分 析 , 多 通 道 Gabo r 滤 波 器 .W R ITER ID ENTIF ICATION BASED ON TEXTURE ANALY SISZHU Yong TAN T ie2N iu W AN G Yun2Hong(N ational L aboratory of P attern R ecog nition, Institu te of A u tom ation,Ch inese A cad emy of S ciences, B eij ing 100080)(E2m ail: zhuyong, tieniu. tan, yunhong. w angnl
4、p r. ia. ac. cn)Abstract In this paper, w e describe a new m ethod to identify the w riter of Chinesehandw riting docum ents. T here are m any m ethods fo r signature verification o r w riter i2dentification, but mo st of them require segm entation o r connected component analy2sis. In our new m eth
5、od, w e take the handw riting as an im age containing som e specialtexture and w riter identification is regarded as texture identification. T his is a contentindependent m ethod. W e emp loy the w ell2established 22D Gabo r filtering technique toextract features of such textures and a w eighted Euc
6、lidean distance classifier to fulfilthe identification task. Experim ents w ere m ade using Chinese handw ritings from 17different peop le and very p rom ising results w ere achieved.Key words W riter identification, texture analysis, m ulti2channel Gabo r filtering.1) 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 、 中 国 科 学
7、院 “ 百 人 计 划 ” 和 863基 金 资 助 项 目 . 本 文 工 作 已 经 由 国 家 知 识 产 权 局 受 理 专利 申 请 (申 请 号 : 9910585118).收 稿 日 期 1999207220 收 修 改 稿 日 期 20002012181 引 言手 写 体 笔 迹 的 识 别 是 计 算 机 视 觉 和 模 式 识 别 领 域 中 一 个 非 常 活 跃 的 研 究 课 题 1 . 作为 一 种 身 份 鉴 别 的 手 段 , 它 有 许 多 优 点 . 手 写 笔 迹 易 于 获 取 , 而 且 不 同 的 人 有 不 同 的 笔 迹 .基 于 笔 迹 的 身
8、 份 鉴 定 有 着 十 分 广 泛 的 应 用 范 围 , 可 以 用 于 金 融 、 保 安 甚 至 考 古 学 等 领 域 .可 是 , 大 多 数 现 有 的 笔 迹 鉴 别 方 法 要 求 被 识 别 的 文 字 是 固 定 的 (最 典 型 的 例 子 是 签 名的 识 别 ). 这 些 与 内 容 有 关 的 分 析 方 法 有 许 多 问 题 , 以 至 于 在 某 些 情 况 下 , 根 本 就 不 能 完 成图 1 笔 迹 鉴 别 系 统 的 示 意 图实 际 任 务 . 用 笔 迹 进 行 身 份 鉴 别 的目 的 是 鉴 别 出 某 一 笔 迹 的 风 格 , 所以 不
9、 必 关 心 具 体 的 笔 迹 内 容 . 本 文提 出 了 一 种 新 的 笔 迹 鉴 别 方 法 , 它的 特 点 是 利 用 纹 理 分 析 来 提 取 笔迹 的 特 征 . 实 验 表 明 这 种 新 的 笔 迹鉴 别 方 法 对 于 英 文 笔 迹 的 鉴 别 具有 很 好 的 效 果 2 . 本 文 将 着 重 阐 述中 文 笔 迹 的 鉴 别 . 该 鉴 别 是 一 个 典 型 的 模 式 识 别 问 题 . 它 的 过 程 可 以 用 图 1来 表 示 .原 始 的 笔 迹 图 像 经 过 预 处 理 形 成 具 有 统 一 纹 理 的 图 像 . 利 用 多 通 道 Gab
10、o r 滤 波 来 对纹 理 图 像 进 行 特 征 提 取 . 加 权 欧 氏 距 离 分 类 器 用 来 进 行 模 式 分 类 , 鉴 别 出 书 写 笔 迹 的 人 .2 预 处 理 : 产 生 统 一 纹 理原 始 的 输 入 是 一 个 二 值 图 像 , 其 中 可 能 包 含 不 同 大 小 的 字 符 和 空 白 . 为 了 进 行 纹 理 的特 征 提 取 , 输 入 文 档 需 要 进 行 归 一 化 以 形 成 适 宜 于 纹 理 分 析 的 图 像 . 预 处 理 部 分 包 含 四 个步 骤 :步 骤 11计 算 出 输 入 图 像 在 水 平 方 向 上 的 投
11、影 曲 线 . 曲 线 上 位 于 两 个 相 邻 峰 值 之 间 的波 谷 对 应 于 两 行 之 间 的 空 白 , 两 个 波 谷 之 间 的 距 离 对 应 于 一 行 字 的 高 度 . 行 定 位 完 成 以后 , 对 于 每 一 行 笔 迹 , 计 算 出 它 在 垂 直 方 向 上 的 投 影 , 采 用 与 行 定 位 相 似 的 方 法 , 可 以 得 到每 个 字 符 的 宽 度 以 及 它 们 之 间 的 间 隔 .步 骤 21在 同 一 手 稿 中 , 字 符 的 大 小 可 能 有 很 大 变 化 , 为 了 形 成 统 一 的 纹 理 , 需 要 将 字符 的 大
12、 小 归 一 化 到 相 同 的 尺 寸 . 步 骤 1已 经 得 到 了 字 符 的 大 小 , 所 以 很 容 易 进 行 字 符 尺 寸的 归 一 化 .步 骤 31一 篇 手 写 笔 迹 的 字 与 字 , 行 与 行 之 间 可 能 包 含 大 小 不 同 的 空 白 , 这 些 空 白 对 于笔 迹 鉴 别 来 说 是 没 有 意 义 的 , 但 却 会 影 响 图 像 的 纹 理 , 所 以 必 须 进 行 字 距 与 行 距 的 归 一化 . 本 算 法 使 用 水 平 和 垂 直 投 影 来 实 现 归 一 化 3 .步 骤 41进 行 字 块 纹 理 的 拼 接 . 在 一
13、 些 特 殊 情 况 下 (比 如 签 名 、 作 案 现 场 的 笔 迹 等 等 ) ,输 入 的 笔 迹 可 能 只 含 有 很 少 量 的 字 符 或 包 含 不 完 整 的 段 落 以 至 于 无 法 直 接 进 行 纹 理 分析 . 在 本 文 的 方 法 里 , 采 用 拼 接 的 方 法 把 少 量 文 字 拼 成 所 需 要 大 小 的 纹 理 图 像 , 并 用 类 似的 方 法 填 充 缺 省 的 段 落 .3 笔 迹 特 征 提 取理 论 上 , 任 何 一 种 纹 理 分 析 方 法 , 如 多 通 道 Gabo r 滤 波 器 或 灰 度 共 生 矩 阵 方 法 ,
14、都 可032 自 动 化 学 报 27 卷以 用 在 笔 迹 纹 理 的 特 征 提 取 . 多 通 道 Gabo r 滤 波 器 是 一 种 比 较 成 熟 的 纹 理 分 析 方 法 , 它在 纹 理 识 别 和 分 割 中 取 得 了 良 好 的 效 果 2- 10 . 所 以 , 我 们 选 择 多 通 道 Gabo r 滤 波 的 方 法来 提 取 笔 迹 纹 理 的 特 征 .311 Gabor 滤 波 器本 文 使 用 的 是 具 有 正 交 相 位 关 系 的 各 向 同 性 的 Gabo r 滤 波 器 4 . 这 种 二 维 Gabo r 滤波 器 的 数 学 模 型 如
15、下 :he (x , y ) = g (x , y ) co s 2Pf (x co sH+ y sinH) ,ho (x , y ) = g (x , y ) sin 2Pf (x co sH+ y sinH) , (1)其 中 he, ho 分 别 表 示 奇 、 偶 Gabo r 滤 波 器g (x , y ) = 12PR2 exp - x2 + y 22R2 . (2)式 (1)奇 、 偶 Gabo r 滤 波 器 的 频 域 形 式 是H e (u, v ) = H 1 (u, v ) + H 2 (u, v ) 2 ,H o (u, v ) = H 1 (u, v ) - H 2
16、 (u, v ) 2j ,(3)其 中 (j = - 1) , 且H 1 (u, v ) = exp - 2P2R2 (u - f co sH) 2 + (v - f sinH) 2 ,H 2 (u, v ) = exp - 2P2R2 (u + f co sH) 2 + (v + f sinH) 2 , (4)其 中 f , H, R分 别 是 Gabo r 滤 波 器 中 的 三 个 重 要 的 参 数 : 空 间 频 率 、 方 向 以 及 空 间 常 数 .312 滤 波 器 设 计在 本 算 法 中 , 每 一 对 Gabo r 滤 波 器 he (x , y ) , ho (x , y ) 对 应 于 一 个 特 定 的 空 间 频 率 和方 向 . 特 征 提 取 同 时 抽 取 频 率 信 息 和 方 向 信 息 ; 就 纹 理 识 别 的 目 的 而
