專利名稱：一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，具體說就是一種一體化非接觸式手部特征圖像采集系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人手圖像采集是基于手部圖像的人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前 較為流行的方式是使用CCD攝像機(jī)，將攝像機(jī)固定在一個(gè)相對(duì)封閉的空間內(nèi)，空間內(nèi)設(shè)置 特定光源，采集到的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在用 戶接口方面，被采集者需要將手放置在設(shè)備之上，設(shè)備上設(shè)置面板、支架等輔助定位機(jī)構(gòu)幫 助被采集者放置手掌，同時(shí)起到阻擋外界光線，保證圖像獲取質(zhì)量的作用。這類人手圖像采 集設(shè)備由于需要被采集者的手掌與設(shè)備表面相接觸，束縛了人手，使使用者產(chǎn)生不舒適的 感覺。同時(shí)，由于清潔、宗教信仰等方面的原因，一些用戶不愿以接觸的方式使用此類人體 生物特征識(shí)別系統(tǒng)，使這類系統(tǒng)的普及受到很大影響。以非接觸的方式采集人手圖像是增強(qiáng)以圖像處理為基礎(chǔ)的人手識(shí)別系統(tǒng)的可用 性的有效手段，是人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，現(xiàn)有的非接觸式人手圖像 采集系統(tǒng)中，人手通常為完全懸空放置，因此導(dǎo)致人手的自由度較大，使采集的圖像在清晰 度、角度、光照等方面呈現(xiàn)很大程度的不一致性，以現(xiàn)有的圖像處理技術(shù)很難在這樣的圖像 上完成高精度的人體生物特征識(shí)別。另外，現(xiàn)有的人手圖像采集設(shè)備通常只能采集一種人 手特征，即使可以同時(shí)采集多種人手特征，此類設(shè)備大多一體化程度不高，使用不方便。這 些缺點(diǎn)在一定程度上限制了基于手部特征的人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)的普及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在被采集者手掌不接觸采集設(shè)備的情況下，同時(shí)采集 手掌紋、手掌靜脈和手背靜脈圖像的一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由用戶界面模塊單元、光學(xué)模塊單元、光源與攝 像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元和存儲(chǔ)模塊單元組成的，光學(xué)模塊單元分別連接光 源與攝像機(jī)控制電路單元和A/D轉(zhuǎn)換模塊單元，A/D轉(zhuǎn)換模塊單元連接存儲(chǔ)模塊單元，所述 的光學(xué)模塊單元包括可見光光源、紅外光光源、可見光CCD攝像機(jī)、紅外光CCD攝像機(jī)和光 源切換控制電路，光源切換控制電路分別連接可見光光源和紅外光光源，所述的用戶界面 模塊單元分為上中下三部分，下部是一個(gè)四面密封，頂端開口的箱體，箱體內(nèi)放置光源與攝 像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元、存儲(chǔ)模塊單元、用于拍攝手掌紋圖像和手掌靜脈圖 像的可見光CCD攝像機(jī)、可見光光源、紅外光光源和光源切換控制電路，中部為一個(gè)三面密 封、前端開口的箱體，手掌輔助定位裝置位于下部和中部連接處，上部是一個(gè)密封箱體，其 中放置用于拍攝手背靜脈圖像的紅外光攝像機(jī)和紅外光光源，紅外光攝像機(jī)鏡頭前加裝紅 外濾光鏡，上部的前端放置液晶顯示屏。本發(fā)明一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)，在被采集者手掌不接觸采集設(shè)備的情況下，同時(shí)采集手掌紋、手掌靜脈和手背靜脈圖像，用于基于手部特征的人體生物特征 識(shí)別系統(tǒng)。以非接觸方式采集人手圖像，具有良好的用戶接受度。能同時(shí)采集手掌紋、手掌 靜脈和手背靜脈圖像，且采集過程在同一時(shí)間完成，即該設(shè)備一體化程度較高。具有良好的 用戶接口，被采集者的手部不用被束縛，有輔助裝置引導(dǎo)用戶的手掌放置，避免了非接觸方 式下，因被采集者手部的過度自由導(dǎo)致的獲取圖像質(zhì)量不佳。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖圖2為本發(fā)明的光源和成像系統(tǒng)布局示意圖；圖3為本發(fā)明的光源切換控制電路方框圖；圖4為本發(fā)明的掌托及手掌放置方式示意圖；圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 結(jié)合圖1、圖5，本發(fā)明一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)，它是由 用戶界面模塊單元、光學(xué)模塊單元、光源與攝像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元和存儲(chǔ) 模塊單元組成的，光學(xué)模塊單元分別連接光源與攝像機(jī)控制電路單元和A/D轉(zhuǎn)換模塊單 元，A/D轉(zhuǎn)換模塊單元連接存儲(chǔ)模塊單元，所述的光學(xué)模塊單元包括可見光光源、紅外光光 源、可見光CCD攝像機(jī)、紅外光CCD攝像機(jī)和光源切換控制電路，光源切換控制電路分別連 接可見光光源和紅外光光源，所述的用戶界面模塊單元分為上中下三部分，下部是一個(gè)四 面密封，頂端開口的箱體，箱體內(nèi)放置光源與攝像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元、存儲(chǔ) 模塊單元、用于拍攝手掌紋圖像和手掌靜脈圖像的可見光CCD攝像機(jī)、可見光光源、紅外光 光源和光源切換控制電路，中部為一個(gè)三面密封、前端開口的箱體，手掌輔助定位裝置位于 下部和中部連接處，上部是一個(gè)密封箱體，其中放置用于拍攝手背靜脈圖像的紅外光攝像 機(jī)和紅外光光源，紅外光攝像機(jī)鏡頭前加裝紅外濾光鏡，上部的前端放置液晶顯示屏。實(shí)施例2 結(jié)合圖1-圖6，本發(fā)明一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)，能夠在 被采集者手掌不接觸采集設(shè)備的情況下，同時(shí)采集掌紋、手掌靜脈和手背靜脈圖像，用于基 于手部特征的人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)。本發(fā)明使用可見光和紅外光兩種光源，以便同時(shí)獲 取手掌紋和靜脈圖像，在手掌面下方設(shè)置能同時(shí)對(duì)可見光和紅外光感光的CCD攝像機(jī)；在 手背面上方設(shè)置對(duì)紅外光感光的CCD攝像機(jī)，分別拍攝手掌紋、手掌靜脈和手背靜脈圖像。 為保證非接觸狀態(tài)下圖像獲取質(zhì)量，采用手掌輔助定位系統(tǒng)，引導(dǎo)被采集者放置手掌。同 時(shí)，為防止不同光源之間相互干擾，采用切換電路對(duì)光源進(jìn)行切換。本發(fā)明由五部分構(gòu)成 (1)用戶界面模塊；(2)光學(xué)模塊；(3)光源與攝像機(jī)控制電路；(4)A/D轉(zhuǎn)換模塊；(5)存儲(chǔ) 模塊。其中最主要的部分是以CCD攝像機(jī)為核心的光學(xué)模塊，使人手在特定光源下在感光 器件上成像。用戶界面模塊則給用戶提供了良好的操作界面，A/D轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)將采集得 到的人手信息圖像經(jīng)過圖像采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，存儲(chǔ)模塊則用來存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字 化圖像。
1.光學(xué)模塊設(shè)計(jì)光源光學(xué)系統(tǒng)是采集系統(tǒng)的核心部分，本系統(tǒng)的光學(xué)部件主要由以下幾部分構(gòu)成光 源、鏡頭、以及CCD傳感器。本系統(tǒng)同時(shí)獲取手掌紋、手掌靜脈以及手背靜脈圖像，各種圖像 成像原理不同，因此需要兩種不同的光源。對(duì)于手掌紋，使用可見光即可形成效果良好的圖 像。但由于可見光的波段比較寬，不同波長(zhǎng)的可見光形成的手掌紋圖像在紋理細(xì)節(jié)上存在 較大差異。通過在不同光源下采集樣本，并反復(fù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)用藍(lán)光拍攝的手掌紋最為清 晰，對(duì)手掌紋細(xì)節(jié)的分辨率最高。因此，選用藍(lán)光作為拍攝手掌紋圖像的可見光源。對(duì)于靜 脈，使用中心波長(zhǎng)850nm的近紅外光。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)在700-800nm的近紅外光對(duì)人體組織的透 射率最大，并且靜脈中的還原血紅蛋白在760nm有一個(gè)很突出的吸收峰，因此，使用中心波 長(zhǎng)850nm的近紅外光源得到的靜脈圖像中，靜脈灰度較低，而周圍組織灰度較高。同時(shí)，為 避免可見光對(duì)紅外成像的干擾，在用于手背靜脈成像的CCD攝像機(jī)鏡頭前加裝了紅外濾光 鏡，本系統(tǒng)采用的是工業(yè)用850nm的紅外濾光鏡。由于本系統(tǒng)使用的可見光CCD攝像機(jī)對(duì) 850nm波長(zhǎng)的紅外光也可成像，因此，本系統(tǒng)拍攝手掌紋圖像和手掌靜脈圖像使用同一可見 光CCD攝像機(jī)。拍攝手背靜脈圖像使用紅外光CCD攝像機(jī)。成像系統(tǒng)布局本系統(tǒng)是采用非接觸式的方法來采集圖像的，但為保證采集圖像的質(zhì)量，又不能 給用戶太大的活動(dòng)自由，同時(shí)又要考慮整個(gè)采集的過程不會(huì)讓用戶感到不舒適，使采集過 程在友好快速的情況下完成。據(jù)此，設(shè)計(jì)的光源和成像設(shè)備布局如圖2所示。由于設(shè)備箱 體較大，本系統(tǒng)使用大功率發(fā)光二極管作為光源，由此產(chǎn)生的問題是光強(qiáng)不易調(diào)整，且可能 存在光照不均的情況。因此，在光源前方加裝柔光裝置，使直射光變?yōu)樯⑸涔猓蟠蠼档土?光照不均產(chǎn)生的影響。2.光源切換控制電路本系統(tǒng)有兩臺(tái)攝像機(jī)同時(shí)工作，而且兩者在空間上是相對(duì)放置的，兩側(cè)的光源可 以直接進(jìn)入對(duì)方的鏡頭，這必然會(huì)影響成像。為了消除光源的相互干擾，需要控制光源和攝 像機(jī)的切換。當(dāng)不需要某種光源或某側(cè)攝像機(jī)時(shí)，就將其關(guān)閉，只有當(dāng)需要時(shí)，才將其開啟， 這樣能很好地消除干擾。本系統(tǒng)使用單片機(jī)作為中央控制單元，配合外圍電路實(shí)現(xiàn)光源的 切換。該電路原理如圖3所示，其中用戶指令為用戶通過計(jì)算機(jī)軟件發(fā)出的控制命令；通 信端口為標(biāo)準(zhǔn)串行接口。3. A/D轉(zhuǎn)換模塊以及存儲(chǔ)模塊本系統(tǒng)采用視頻采集卡作為A/D轉(zhuǎn)換工具，它具有采集速度快，便于系統(tǒng)集成等 諸多優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)模塊則負(fù)責(zé)將采集得到的數(shù)字化圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)設(shè)備中，本系統(tǒng)使用普通 計(jì)算機(jī)硬磁盤作為存儲(chǔ)設(shè)備。4.用戶界面模塊用戶界面是指對(duì)軟硬件系統(tǒng)的人機(jī)交互、操作邏輯、界面美觀的整體設(shè)計(jì)。好的 用戶界面設(shè)計(jì)不僅能讓軟硬件系統(tǒng)變得有個(gè)性有品味，還可以讓軟硬件系統(tǒng)的操作變得舒 適、簡(jiǎn)單、自由，充分體現(xiàn)軟硬件的定位和特點(diǎn)。只有讓用戶覺得使用方便、舒適，而沒有抵 觸情緒，該系統(tǒng)才能被用戶所接受。在設(shè)計(jì)采集設(shè)備的用戶界面時(shí)，從使用者的角度出發(fā)， 主要考慮了以下幾個(gè)方面的影響因素。首先，設(shè)備在使用時(shí)要簡(jiǎn)單、舒適，且對(duì)用戶沒有傷害，不會(huì)有任何不良影響。其次，在使用過程中不會(huì)給用戶帶來困惑，保持最大限度的簡(jiǎn)潔 性。最后，在用戶使用過程中應(yīng)該沒有任何抵觸心理，而保持自然、舒適。本系統(tǒng)采用非接觸方式獲取用戶手部圖像，用戶在放置手掌時(shí)沒有任何輔助部件 支撐，因此隨意性較大。但如果不對(duì)用戶放置手掌的方式做任何限制，會(huì)令采集到的手部圖 像質(zhì)量良莠不齊，難免會(huì)給后續(xù)處理帶來負(fù)面影響。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種既能保證系統(tǒng) 的用戶體驗(yàn)，又對(duì)其有一定引導(dǎo)的手掌放置方法，即采用一種類手形的窗口來同時(shí)達(dá)到以 上兩個(gè)目的，如圖4所示。對(duì)于設(shè)備箱體的設(shè)計(jì)，應(yīng)該可以讓用戶看到自己手掌的狀態(tài)，以 便配合采集，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種半開放式的箱體，讓用戶在使用時(shí)心中有數(shù)，能更好的配合系 統(tǒng)的運(yùn)行。成型設(shè)備和工作流程最終成型的設(shè)備外觀如圖5所示。該設(shè)備可分為上中下三部分。設(shè)備下部是一個(gè) 四面密封，頂端開口的箱體，箱體內(nèi)放置控制電路以及用于拍攝手掌紋圖像和手掌靜脈圖 像的攝像機(jī)和光源，同時(shí)為攝像機(jī)提供一定成像空間。中部為一個(gè)三面密封、前端開口的箱 體，以便用戶觀察手掌放置情況，配合圖像采集，同時(shí)為攝像機(jī)提供一定成像空間。手掌輔 助定位裝置位于下部和中部連接處。設(shè)備上部是一個(gè)密封箱體，其中放置用于拍攝手背靜 脈的攝像機(jī)和光源。設(shè)備上部的前端放置液晶顯示屏，可隨時(shí)觀察采集情況。采集圖像時(shí)， 被采集者的手掌掌心向下由設(shè)備的中部伸入設(shè)備箱體內(nèi)，手掌與手掌輔助定位裝置保持水 平，系統(tǒng)設(shè)備的工作流程如圖6所示。
權(quán)利要求
1. 一種一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)，它是由用戶界面模塊單元、光學(xué)模塊 單元、光源與攝像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元和存儲(chǔ)模塊單元組成的，其特征在于 光學(xué)模塊單元分別連接光源與攝像機(jī)控制電路單元和A/D轉(zhuǎn)換模塊單元，A/D轉(zhuǎn)換模塊單 元連接存儲(chǔ)模塊單元，所述的光學(xué)模塊單元包括可見光光源、紅外光光源、可見光CCD攝像 機(jī)、紅外光CCD攝像機(jī)和光源切換控制電路，光源切換控制電路分別連接可見光光源和紅 外光光源，所述的用戶界面模塊單元分為上中下三部分，下部是一個(gè)四面密封，頂端開口的 箱體，箱體內(nèi)放置光源與攝像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元、存儲(chǔ)模塊單元、用于拍 攝手掌紋圖像和手掌靜脈圖像的可見光CCD攝像機(jī)、可見光光源、紅外光光源和光源切換 控制電路，中部為一個(gè)三面密封、前端開口的箱體，手掌輔助定位裝置位于下部和中部連接 處，上部是一個(gè)密封箱體，其中放置用于拍攝手背靜脈圖像的紅外光攝像機(jī)和紅外光光源， 紅外光攝像機(jī)鏡頭前加裝紅外濾光鏡，上部的前端放置液晶顯示屏。
全文摘要
本發(fā)明提供一種一體化非接觸式手部特征圖像采集系統(tǒng)。它是由用戶界面模塊單元、光學(xué)模塊單元、光源與攝像機(jī)控制電路單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊單元和存儲(chǔ)模塊單元組成的，用戶界面模塊單元連接光學(xué)模塊單元，光學(xué)模塊單元分別連接光源與攝像機(jī)控制電路單元和A/D轉(zhuǎn)換模塊單元，A/D轉(zhuǎn)換模塊單元連接存儲(chǔ)模塊單元，本發(fā)明在被采集者手掌不接觸采集設(shè)備的情況下，同時(shí)采集手掌紋、手掌靜脈和手背靜脈圖像，用于基于手部特征的人體生物特征識(shí)別系統(tǒng)。以非接觸方式采集人手圖像，具有良好的用戶接受度。一體化程度較高，具有良好的用戶接口，被采集者的手部不用被束縛，有輔助裝置引導(dǎo)手掌放置，避免因被采集者手部過度自由導(dǎo)致的圖像質(zhì)量不佳。
文檔編號(hào)G03B15/05GK102129552SQ201110050820
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者卜巍, 張世雷, 王寬全, 趙秋實(shí), 鄔向前 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)