人体生物特征识别技术(Biometic)利用人体本身具有的生理特征或行为特征确定人的身份,是当前信息技术领域的研究热点。在人体压力的作用下,脚掌在承受客体上形成的痕迹为足迹。足迹载荷着丰富的人体生物特征,基于足迹的身份鉴别在刑事侦查等领域发挥了重要作用并积累了丰富的专家经验。但是与其它生物特征识别技术相比,足迹生物特征识别技术的研究相对薄弱,还有大量的基础问题和应用技术需要解决。人体站立或行走情况下,赤足作用于坚硬的平板承受客体形成的痕迹为平面赤足迹。平面赤足迹图像中的边缘和区域等特征可以反映行为人的生理特征和行为特征,在同等条件下具有一定的独特性和稳定性,是足迹生物特征识别研究的主要内容。本文以平面赤足迹图像为对象,在深入分析足迹鉴别专家经验和平面赤足迹图像形态特征分布规律的基础上,运用图像处理、模式识别和人工智能理论以及数理统计方法,研究平面赤足迹图像的采集、处理、特征提取和基于平面赤足迹生物特征的身份鉴别方法。本文的工作和取得的成果主要包括以下五个方面。1.平面赤足迹图像分割技术研究:针对平面赤足迹中重压区域边界处于强边缘附近、具有特定形状属性以及局部光滑的特点,提出一种基于离散傅立叶描绘子(DFD,DiscreteFourier Descriptors)参数变形模型的轮廓提取方法。该方法建立了一种描述区域轮廓的DFD参数模型,并构造了基于区域模糊灰度总收益的轮廓变形优化目标函数。以该目标函数为准则,应用遗传算法对重压区域轮廓的DFD模型参数进行优化,重构足迹重压区域的光滑轮廓。实验结果表明,该方法能充分反映区域轮廓的细节信息和目标特定的形状属性关系,处理速度快。2.平面曲线离散曲率估计方法研究:为了有效描述平面赤足迹中全足区域和重压区域轮廓曲线的属性,提出一种基于自适应模糊线段的离散曲率估计算法。该算法考虑离散曲线的噪声影响,根据曲线局部特性自适应地选择模糊线段的“序”,将曲线点上生长出的最长模糊线段作为切线的近似进行离散曲率估计。由于该算法对对离散曲线噪声有较强的适应能力,离散曲率估计不仅能满足曲线角点检测和定位的应用需要,同时更好地保持了与连续空间中曲率属性的一致性。3.平面赤足迹形态结构分析与几何特征提取方法研究:为了对平面赤足迹区域轮廓上的后跟顶点、五趾顶点和跖骨端点等反映个体几何特征的关键点进行精确定位,并消除足迹旋转的影响,给出了建立平面赤足迹参考坐标系的方法。在此基础上结合传统足迹鉴别专家经验,将足迹轮廓划分为跖骨脊、内外足弓等分段轮廓曲线。运用计算几何方法提取了能够有效描述平面赤足迹几何形状和结构的26个特征参数,对其相关性进行了比较,并讨论了特征的稳定性和独特性。4.基于区域和轮廓的平面赤足迹特征提取技术研究:不同个体平面赤足迹的形状差异是平面赤足迹身份鉴别的主要依据。在平面赤足迹的区域和轮廓形状特性分析基础上,定义了足迹支撑度、足迹侧压度和足弓重压度等描述足迹区域形状的特征度量方法,采用多项式线性模型并选择合适的阶数对各分段轮廓曲线进行拟合,提取能有效反映不同人平面赤足迹轮廓形状特征参数,构成了一组描述平面赤足迹形状的特征向量,并对提取的特征进行了稳定性和独特性比较。5.基于平面赤足迹的身份鉴别技术研究:在平面赤足迹特征提取的基础上,构建了一个平面赤足迹鉴别系统。该系统对平面赤足迹同一性鉴别建立概率模型,以散度可分性判据为依据,采用顺序后退法进行特征筛选,并根据平面赤足迹身份鉴别应用特点建立判决规则。398对不同足迹样本数据的身份鉴别实验结果表明,本文提取的形状特征有效,提出的分类概率模型合理,平面赤足迹身份鉴别系统的正确率可达93.91%。该结果验证了利用平面赤足迹进行身份鉴别的可行性。