[论文解读] Fingerprint Gender Classification using Wavelet Transform and Singular Value Decomposition

P. Gnanasivam, S. Muttan|arXiv (Cornell University)|May 30, 2012

Biometric Identification and Security参考文献 25被引用 57

一句话总结

本文提出一种基于指纹的性别分类方法，采用离散小波变换（DWT）进行特征提取，利用奇异值分解（SVD）分析空间模式，随后使用KNN分类。该方法在3,570枚指纹数据集上，对男性左手中指指纹的分类准确率达到95.46%，对女性左手小指指纹的准确率为94.32%，整体分类准确率为88.28%。

ABSTRACT

A novel method of gender Classification from fingerprint is proposed based on discrete wavelet transform (DWT) and singular value decomposition (SVD). The classification is achieved by extracting the energy computed from all the sub-bands of DWT combined with the spatial features of non-zero singular values obtained from the SVD of fingerprint images. K nearest neighbor (KNN) used as a classifier. This method is experimented with the internal database of 3570 fingerprints finger prints in which 1980 were male fingerprints and 1590 were female fingerprints. Finger-wise gender classification is achieved which is 94.32% for the left hand little fingers of female persons and 95.46% for the left hand index finger of male persons. Gender classification for any finger of male persons tested is attained as 91.67% and 84.69% for female persons respectively. Overall classification rate is 88.28% has been achieved.

研究动机与目标

• 开发一种基于指纹图像的自动化性别分类方法。
• 探索基于小波的能量特征与SVD提取的空间模式在指纹中的判别潜力。
• 评估KNN在不同手指指纹特征上进行性别分类的性能。
• 在多样化指纹数据库上评估各手指特定的分类准确率与整体系统性能。

提出的方法

• 对指纹图像应用离散小波变换（DWT），将其分解为子带，并从中提取能量特征。
• 对DWT子带执行奇异值分解（SVD），基于非零奇异值提取空间特征。
• DWT能量特征与SVD空间特征的组合构成每个指纹的综合特征向量。
• 使用K近邻（KNN）分类器根据提取的特征向量对性别进行分类。
• 该方法在自建的3,570枚指纹数据库（1,980名男性，1,590名女性）上进行训练与测试，涵盖多种手指。
• 分类性能在整体和按手指层面进行评估，分别提供男性与女性受试者的准确率指标。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于DWT的能量特征与SVD提取的空间模式组合，能否有效区分男性与女性指纹？
• RQ2 当使用不同手指（如中指、小指）作为输入时，性别分类的准确率如何？
• RQ3 KNN分类器在基于DWT与SVD提取的指纹特征上表现如何？
• RQ4 在不同手指类型中，男性与女性指纹的分类准确率是否存在显著差异？

主要发现

• 单个手指中分类准确率最高的是男性左手中指，达到95.46%。
• 女性指纹中最高准确率为94.32%，对应左手指小指。
• 所有手指与受试者整体的分类准确率达到88.28%。
• 男性指纹在所有手指上的平均分类准确率为91.67%，女性指纹为84.69%。
• DWT能量特征与SVD空间特征的组合在捕捉指纹中性别判别性模式方面表现有效。
• 该方法在手指特定分类中表现优异，尤其在男性中指指纹上。