專利名稱：可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光學照相圖像獲取技術，尤其涉及一種基于光學照相的掌紋 圖像獲取設備。
技術背景生物特征識別作為新興的身份鑒別技術，是目前國際上最具前景的高新 技術之一，屬于國際前沿課題。掌紋識別是生物特征識別技術的一個重要分 支。在用于身份驗證的掌紋識別系統(tǒng)中，掌紋圖像的獲取是一個重要方面， 它直接影響到后續(xù)處理的難易程度和處理結(jié)果的效果，進而影響系統(tǒng)的識別 率、魯棒性和性能。到目前為止，有過一些給予不同想法的掌紋圖像獲取設備和掌紋識別的 專利。在線掌紋圖像獲取方法的研究(包括獲取設備和輔助軟件的設計)是 掌紋識別中的一個關鍵問題，其中基于光學照相的掌紋圖像獲取方法至今還 沒有圓滿的解決方案，影響圖像獲取設備性能的許多因素，包括光源(類型、 顏色、光強分布)，成像系統(tǒng)和手掌定位裝置，仍有待進一步的研究。由于掌 紋圖像受外界環(huán)境，光源數(shù)量、亮度和位置，攝影機位置、角度等因素影響 極易變化，這對掌紋識別研發(fā)是非常不利的，所以需要采集設備能夠精確穩(wěn) 定的調(diào)整、控制上述因素，并可以反復重現(xiàn)。而另一方面，不同的使用環(huán)境 和應用領域，或不同的識別方法，對掌紋圖像均有特別需求。因此需要有強 大靈活的調(diào)節(jié)能力的掌紋采集實驗設備用于產(chǎn)品研發(fā)?，F(xiàn)有的掌紋采集設備 中，均存在定位不精確，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，可調(diào)部件少，調(diào)節(jié)范圍小等缺點。其 中最主要的問題是設備的光源數(shù)目固定，且被限制在同一個平面上，同時亮 度不可調(diào)節(jié)。這樣的結(jié)構(gòu)在使用中有很多局限性，因為手掌的形狀是一個曲 面，主紋線所在的區(qū)域有復雜的起伏，故需要對光源的數(shù)量進行增減，并且 對每個光源的位置和亮度進行獨立調(diào)整才有可能獲得更高質(zhì)量的掌紋圖像，現(xiàn)有設備顯然不能滿足這種要求。為繼續(xù)深入開展掌紋識別研究，設計新型 的掌紋圖像采集設備勢在必行。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于光學照相的掌紋圖像獲取設備，該設備可 動態(tài)精確調(diào)整光源數(shù)量、位置、角度和亮度，便于用戶使用和擴展。本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現(xiàn)的 一種可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，包括 一箱體，箱體內(nèi)部共分 三層，上層是供伸入手掌的頂蓋空間，中間層放置光源和攝影機以及它們的 位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，下層放置電源、圖形采集卡，以及光源亮度調(diào)節(jié)電路等電子 設備，在中間層和下層之間設有光源支架定位板，在光源支架定位板上固定 若干個與箱體底面垂直的光源支架，光源支架為一伸縮套管，每個光源支架 頂端設有一插座，用于安裝光源。光源支架的頂端插座通過一方向軟管與光源支架固定連接。 光源支架定位板上設有矩陣形狀等距排列的M*N個定位孔，光源支架的 底端設有定位凸臺，通過定位凸臺和定位孔配合，光源支架固定在光源支架 定位板上。在箱體內(nèi)設有一套攝像機調(diào)節(jié)機構(gòu)，包括一豎直滑軌，前、后兩個L型 調(diào)節(jié)滑塊和一攝像機云臺，其中，每個調(diào)節(jié)滑塊上分別設有滑槽和固定螺栓， 后調(diào)節(jié)滑塊上的滑槽和前調(diào)節(jié)滑塊的固定螺栓相互配合，并通過后調(diào)節(jié)滑塊 的固定螺栓固定在豎直滑軌上，前調(diào)節(jié)滑塊的滑槽內(nèi)固定一攝像機云臺，該 攝像機云臺用于固定攝像機。在上層和中間層之間設有可拆卸的手掌定位隔板。手掌定位隔板的中心 位置上設有供掌面露出的孔，其正、反面上各設有若干個用于卡住左、右手 的定位柱。箱體的上層結(jié)構(gòu)為一蓋子，該蓋子與箱體活動連接，在蓋子側(cè)面設有供 手掌伸入的孔。箱體外側(cè)，設有若干個光源亮度調(diào)節(jié)旋鈕，每個旋鈕與一個光源支架上 的光源相連，可獨立調(diào)節(jié)每個光源的亮度。
在光源支架和搨/fl^幾調(diào)節(jié)豎直滑軌，前、后兩個L型調(diào)節(jié)滑塊上可分別 設有刻度，用于調(diào)節(jié)光源和才聶像機的位置。
箱體一側(cè)面可設有箱門，用于安置或調(diào)整光源、攝影機以及它們的位置 調(diào)節(jié)機構(gòu)。
本發(fā)明的技術效果和優(yōu)點光源可以不處于同一平面，而能在整個空間 中幾乎每一個位置存在，并且載功率范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)亮度，使得光源達到了 最好的調(diào)節(jié)效果。本發(fā)明考慮到了光學成像的各個要素，盡可能地強化它們 的可調(diào)性，并且通過坐標、刻度記錄，使這種"可調(diào)"是可重復的，使得掌 紋采集設備硬件部分的研究更科學。 本發(fā)明的優(yōu)點進一 步還有
1、 完全可控的全封閉或半開放式拍照環(huán)境；
2、 靈活的手掌定位方式；
3、 強大靈活的攝影機調(diào)節(jié)機構(gòu)，攝像機三維位置和角度共5個自由度可 調(diào)，其中三維位置可實現(xiàn)有標度的精確調(diào)節(jié)；
4、 強大的靈活光照調(diào)節(jié)機構(gòu)，光源數(shù)量可增減，每個光源三維位置和角 度共5個自由度，以及亮度獨立可調(diào)，其中三維位置可實現(xiàn)有標度的精確調(diào)
節(jié)；
5、模塊化設計，容易擴展。


下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做出詳細描述。
圖1為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的立體圖3為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的光源支架結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的光源支架定位板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的攝影機調(diào)節(jié)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的手掌定位板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的手掌定位效果示意圖； 圖8為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的電子設備示意圖； 圖9為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的光源亮度調(diào)節(jié)電路； 圖IO為本發(fā)明掌紋圖像獲取設備的使用時光源的示意圖。
具體實施例方式
參考圖l、圖2，本發(fā)明為了增強光源照明控制，將整個采集設備集成在 一個箱體當中。箱體分三層，上層為可掀起的蓋子l，頂蓋l側(cè)面有供手掌伸 入的孔，手伸入后放置在此層手掌定位板2上；手掌定位板2之下為中間層， 放置攝影機8和光源以及它們相應的調(diào)節(jié)機構(gòu)，箱體有一側(cè)門12，打開后可 直接調(diào)整中間層各機構(gòu)的位置角度；箱體下層6采用封閉設計，內(nèi)有電源13、 視頻采集卡、光源調(diào)節(jié)電路等電子設備。箱體頂蓋和側(cè)門都關閉以后，內(nèi)部 就形成完全可控的全封閉的拍攝環(huán)境；頂蓋打開后，就形成半開放式的拍照 環(huán)境，可分別適應不同科研目標的需要。
參考圖1、圖2,本發(fā)明的光源部分位于箱體的中部，其中在中間層和下 層之間設有光源支架定位板5,在光源支架定位板5上固定若干個與箱體底面 垂直的光源支架7。參考圖3,光源支架采用模塊化可拆卸設計，數(shù)量可以根 據(jù)需要調(diào)整。每個光源支架均垂直于箱體底面，由一個伸縮套管和一個底座 組成，內(nèi)套管7-4上有刻度7-5，內(nèi)套管7-4與外套管7-7通過螺栓7-6固定， 可實現(xiàn)光源垂直位置的調(diào)節(jié)。光源支架頂部用內(nèi)藏電線的萬向軟管7-2連接 一插座7-1,實現(xiàn)3個自由度上的光源角度調(diào)節(jié)。插座上可安裝l光源，光源 可根據(jù)需要選擇泛光燈，聚光燈等不同類型。光源支架插接在光源支架定位 板上，光源支架底座7-8的底端設有一定位凸臺7-9。參考圖4，光源定位板5上有矩陣形狀等距排列M*N個定位孔5-1，光源支架的定位凸臺7-9與光源 定位板5上任一個定位孔配合，實現(xiàn)光源水平方向上二維位置精確調(diào)節(jié)。故 本設計保證每個光源支架均獨立具有5個自由度的位置、角度調(diào)節(jié)能力。
參考圖1、圖2，箱體中間層中還設有一攝影機8及其調(diào)節(jié)機構(gòu)。攝像機 調(diào)節(jié)機構(gòu)包括一垂直滑軌10，兩個調(diào)節(jié)滑塊9和一個攝像機云臺組成。參考 圖5,兩個調(diào)節(jié)滑塊均采用L形設計，每個調(diào)節(jié)滑塊的兩個面分別設有滑槽和 固定螺栓，后調(diào)節(jié)滑塊9-1上的滑槽和前調(diào)節(jié)滑塊9-2的固定螺栓相互配合， 并通過后調(diào)節(jié)滑塊的固定螺栓9-4在豎直滑軌10上，豎直滑軌、調(diào)節(jié)滑塊上 滑槽上都有刻度，前調(diào)節(jié)滑塊的滑槽內(nèi)固定一攝像機云臺9-3,該攝^M幾云臺 內(nèi)嵌一萬向頭用于固定攝像機。調(diào)節(jié)滑塊用帶扳手的螺栓固定，配合滑軌， 可保證調(diào)節(jié)順暢，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，定位準確，使用方便，實現(xiàn)攝像機在空間中6 個自由度的調(diào)節(jié)。
掌紋識別系統(tǒng)分為采集設備和算法兩個要素，這兩點是相互制約、相互 彌補的。在研究中不能夠固定算法，完全讓設備去適應算法，或者固定設備, 完全讓算法適應設備。對于掌紋識別系統(tǒng)的研究，需要軟件、硬件共同調(diào)整 才能夠達到比較理想的目標。所以，基于光學照相的掌紋采集設備當中，物、 像、光源為相互作用的關系。擁有一個具有很強可調(diào)性的掌紋采集設備是最 重要的。本發(fā)明核心為加強光源部分和攝像機部分的可調(diào)性。
參考圖1、圖2，頂蓋之下為手掌定位板。參考圖6，手掌定位板2的中 心位置上設有供掌面露出的孔21,定位板采用雙面設計，每一面各有6個定 位柱11，分別適用于左手和右手的定位。參考圖7,當用戶把手放在定位板 上時，手會被固定柱卡住，這樣的話可以保證采得的圖像位置和形態(tài)穩(wěn)定。 手掌定位板采用可拆卸可替換的模塊化設計，用戶還可根據(jù)需要，自行定制 定位板。
參考圖8,每個光源支架通過插頭與下層的光源亮度調(diào)節(jié)電路相連，光源 亮度調(diào)節(jié)電路由總電源供電，并和箱體外的若干個亮度調(diào)節(jié)旋鈕相連。箱外 若干個光源亮度調(diào)節(jié)旋鈕與光源支架上的光源一一對應，可以在箱體完全關閉的情況下獨立調(diào)節(jié)箱內(nèi)每一個光源的亮度。每個調(diào)節(jié)旋鈕是帶有刻度的變
阻器，可獨立精確調(diào)節(jié)單個光源亮度，從零到最大值。參考圖9,調(diào)節(jié)電路采 用射極跟隨器，使用其他電路或者可控硅之類也可以，只要能夠調(diào)節(jié)燈的亮 度即可。本設備主要帶電部分均在最下層，除光源亮度調(diào)節(jié)電路板16外，還 有視頻采集卡，散熱風扇17，總電源15等，總開關13，電源插座14等。視 頻采集卡負責將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳入計算機；散熱風扇負責整 個箱體內(nèi)部通風散熱，保證系統(tǒng)穩(wěn)定；總電源負責整個系統(tǒng)供電；總開關， 控制整個箱體的通斷電；電源插座，為攝影機供電。
本發(fā)明的工作步驟為首先打開箱體的蓋子，把手放在固定板的固定位置， 打開箱體的側(cè)門，調(diào)節(jié)光源的位置和高低。參考圖10，將四個光源分別設置 在位于手掌的左上、左下和右上、右下，其中光源1和3比較亮，離手掌垂 直距離比較近，水平距離也比較近，目的是清晰地刻畫出主紋。光源2比較 亮，離手掌垂直距離比較遠，水平距離也比較遠，目的是消除拇指附近突起 造成的陰影，以防其千擾特征提取，以至于干擾識別。光源4可有可無，亮 度不宜太亮，距離相對較遠，主要目的是消除掌根部分的陰影。箱體上部還 有4個調(diào)節(jié)旋鈕，分別控制4個光源的亮度。接著，調(diào)節(jié)攝像機于相當?shù)奈?置，鏡頭對準被測手掌拍照。本發(fā)明使得每一個燈都能在整個空間中幾乎每 一個位置存在，并且在功率范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)亮度，使得光源達到了最好的調(diào) 節(jié)效果。在攝像機方面的調(diào)節(jié)使得拍照可以不僅僅限于主光軸，增進了調(diào)節(jié) 性，使得采樣更穩(wěn)定、更科學。整個設備也增強了封裝性，使用更方便。
本產(chǎn)品的應用前景也不僅僅局限于基于光學照相的掌紋采集，同時還適
用于所有需要"在受控光照下的中距離圖像采集"的實驗研究，例如，文檔
翻拍等。
權(quán)利要求
1. 一種可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，包括一箱體，箱體內(nèi)部共分三層，上層是放置手掌的空間，中層放置光源和攝影機以及它們的位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，下層放置電源、圖形采集卡，以及光源亮度調(diào)節(jié)電路等電子設備，其特征在于在中層和下層之間設有光源支架定位板，在光源支架定位板上固定若干個與箱體底面垂直的光源支架，光源支架為一伸縮套管，每個光源支架頂端設有一插座，用于安裝光源。
2、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于光源支架定位板上設有矩陣形狀等距排列的定位孔，光源支架的底端設 有定位凸臺，通過定位凸臺和定位孔配合，光源支架固定在光源支架定 位板上。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在 于在箱體內(nèi)設有一套攝^^幾調(diào)節(jié)機構(gòu)，包括一豎直滑軌，前、后兩個L 型調(diào)節(jié)滑塊和一攝像機云臺，其中，每個調(diào)節(jié)滑塊上分別設有滑槽和固 定螺栓，后調(diào)節(jié)滑塊上的滑槽和前調(diào)節(jié)滑塊的固定螺栓相互配合，并通 過后調(diào)節(jié)滑塊的螺栓固定在豎直滑軌上，前調(diào)節(jié)滑塊的滑槽內(nèi)固定一攝 像機云臺，該攝4^yL云臺用于固定攝像機。
4、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于 光源支架的頂端插座通過一方向軟管與光源支架固定連接。
5、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于 箱體的上層結(jié)構(gòu)為一蓋子，該蓋子與箱體活動連接，在蓋子側(cè)面設有供 手掌伸入的孔。
6、 如權(quán)利要求1或5所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在 于在上層和中層之間設有一手掌定位隔板，手掌定位隔板的中心位置 上設有供掌面露出的孔，在手掌定位隔板的正、反面上位于中心孔上方 各設有若干個用于卡住手指的定位柱。
7、 如權(quán)利要求l、 2或4所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于在光源支架上設有刻度。
8、 如權(quán)利要求3所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于 在攝像機調(diào)節(jié)豎直滑軌，前、后兩個L型調(diào)節(jié)滑塊上分別設有刻度。
9、 如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于 箱體外側(cè)，設有若干個光源亮度調(diào)節(jié)旋鈕，每個旋鈕與一個光源支架的 光源相連。
10、如權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特征在于 箱體一側(cè)面設有箱門，用于安置或調(diào)整光源、攝影機以及它們的位置調(diào) 節(jié)機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可調(diào)式光學照相掌紋圖像獲取設備，屬于光學照相圖像獲取技術。該裝置包括一密封的箱體，箱體內(nèi)部共分三層，上層是放置手掌的空間，中層放置光源和攝影機以及它們的位置調(diào)節(jié)機構(gòu)，下層放置電源、圖形采集卡，以及光源亮度調(diào)節(jié)電路等電子設備，在中間層和下層之間設有光源支架定位板，在光源支架定位板上固定若干個與箱體底面垂直的光源支架，光源支架為一伸縮套管，每個光源支架頂端設有一插座，用于安裝光源。本發(fā)明提供了一可控全封閉或半開放的拍照環(huán)境，光源數(shù)量、位置、角度、亮度可獨立精確調(diào)整；攝影機位置也可精確調(diào)整。從而可以獲得針對各種需求的高質(zhì)量掌紋圖像。
文檔編號G06K9/00GK101221619SQ20071000006
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月9日
發(fā)明者顥 于, 李文新, 許卓群, 黃貝寧 申請人:北京大學