基于共形几何代数的孕产妇虹膜特征提取与演变建模方法研究

The iris closely interacts with the body through blood system, neural system, hormonal and other medias. Keeping overall structural organization stable, iris may reflect changes of the body on its local structures. During the process that a women carries and gives birth to a baby, her body's physiological and psychological aspects survey great changes, and such changes may also cause certain diseases. Tracking and studying the iris features and their evolution principles caused by maternal body changes, exploring new iris diagnostic methods, may have important scientific significance and social significance, as well as excellent maneuverability. The application focuses on the following aspects: Firstly from a theoretical point of view, we will study a conformal geometric algebra (CGA) based iris modeling method. Applying the CGA's advantages such as good quantification ability and multi-scale description ability, this model will perfectly integrate together the overall structural and stable iris features with the local specific evolutional feature. Secondly from an experimental point of view, we will track and study the iris of contraception women, quantitatively study of the iris feature development scale and speed, explore the iris evolution principles and standards. Thirdly, we will make effort to establish an iris system evolution mechanism, trying to quantitatively formalize the mapping relationship of iris features with the physiological and biochemical indexes. Lastly, we will work to propose practical methods for iris feature extraction and body status estimation, to build an automatic and intelligent maternal iris analysis and health evaluation system. The application aims at the construction of a general evolution iris model, the deep study of the overall characteristics' stability and local characteristics' evolution, and providing a new systematic perspective for the iris research.

虹膜通过血液、神经及激素等媒介，能在保持组织结构整体稳定的同时，把身体变化反映到其局部组织上。妇女生育过程中，生理心理各个方面变化巨大，也会诱发很多疾病。跟踪研究孕产妇身体变化引起的虹膜特征及其演化规律，探索虹膜诊断新方法，具有重要科学意义和社会意义，及优异的可操作性。本申请拟：在理论上研究一种基于共形几何代数CGA的虹膜建模方法，利用CGA可量化、多尺度的特点，整合对整体结构稳定特征与局部特异可演化特征的刻画；在实验中进行孕产妇虹膜跟踪，定量研究虹膜特征演变尺度与速度，探索虹膜随身体状态的演化规律和度量标准；建立虹膜系统演变机制，量化虹膜特征同生理、生化指标的映射关系；提出预测虹膜特征和身体状态的实用方法，建立一个自动化、智能化的孕产妇虹膜分析与健康状态评价系统。本申请从构建一般化虹膜演变模型出发，深入研究整体特征稳定范围及局部特征演变尺度与速度规律，力求为虹膜研究提供一个系统化新视角。

针对孕产妇生理、心理上巨大变化极易诱发疾病的问题，本研究跟踪孕产妇身体变化引起的虹膜特征及其演化规律，探索虹膜诊断的新方法。首先提出了基于共形几何代数CGA的虹膜图像特征提取方法刻画虹膜演变的尺度与速度，提出整体结构特征与局部特异特征结合的多尺度虹膜建模方法，以及符合认知规律的虹膜特征提取方法等为虹膜诊断的可靠性提供科学依据。所取得成果具体包括以下四个方面：.(1) 在虹膜图像建模研究方面，提出了一种基于共形几何代数CGA的虹膜图像分割方法，虹膜图像噪声检测与分离方法、虹膜图像特征提取与选择方法和多尺度虹膜分析与诊断模型。提出基于马尔科夫随机场MRF的图像纹理特征分析方法，解决虹膜特征提取整合问题。.(2) 在孕产妇虹膜演化研究方面，提出了一种基于人类图案认知规律的图案识别方法，实现对虹膜整体结构稳定特征与局部特异演化特征的进行刻画。提出了一种基于人类图案认知规律的聚类分析方法，解决虹膜诊断问题。.(3) 在虹膜健康分析系统研制方面，提出一种可自适应参数估计的卡尔曼滤波方法，解决虹膜图像自动去噪问题。并提出一种利用固有模态分量的稀疏表示字典自动学习式构建方法，解决特征提取问题。进而提出孕产妇虹膜健康状态诊断方法。.(4) 在智能信息处理方法方面，提出了一种有效抑制模式漂移的神经网络模型。针对非平稳和突变信号特点，提出了一种基于S变换的病理特征提取方法。此外，提出了一系列语音情感处理、变异处理和压缩方法。.本项目执行过程中共发表论文12篇，其中SCI期刊论文3篇，EI期刊论文5篇，国际会议论文4篇；获得软件著作权1项；毕业博士生3人、硕士生10人。主办国际研讨会1次，邀请国外专家1人次，派出学生国际交流2人，教师国际交流3人次。聘请国外专家担任本单位兼职教授(博导) 1人。本课题研究成果将为探索虹膜诊断学与生物特征方向的研究提供理论基础与技术依据，对生命科学、智能科学和信息科学等的发展具有重要推动作用。