可調式光學照相掌紋圖像獲取設備的製作方法

2023-10-11 15:47:49 2

專利名稱：可調式光學照相掌紋圖像獲取設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學照相圖像獲取技術，尤其涉及一種基於光學照相的掌紋 圖像獲取設備。
技術背景生物特徵識別作為新興的身份鑑別技術，是目前國際上最具前景的高新 技術之一，屬於國際前沿課題。掌紋識別是生物特徵識別技術的一個重要分 支。在用於身份驗證的掌紋識別系統中，掌紋圖像的獲取是一個重要方面， 它直接影響到後續處理的難易程度和處理結果的效果，進而影響系統的識別 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體的設計)是 掌紋識別中的一個關鍵問題，其中基於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)，成像系統和手掌定位裝置，仍有待進一步的研究。由於掌 紋圖像受外界環境，光源數量、亮度和位置，攝影機位置、角度等因素影響 極易變化，這對掌紋識別研發是非常不利的，所以需要採集設備能夠精確穩 定的調整、控制上述因素，並可以反覆重現。而另一方面，不同的使用環境 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 大靈活的調節能力的掌紋採集實驗設備用於產品研發。現有的掌紋採集設備 中，均存在定位不精確，結構不穩定，可調部件少，調節範圍小等缺點。其 中最主要的問題是設備的光源數目固定，且被限制在同一個平面上，同時亮 度不可調節。這樣的結構在使用中有很多局限性，因為手掌的形狀是一個曲 面，主紋線所在的區域有複雜的起伏，故需要對光源的數量進行增減，並且 對每個光源的位置和亮度進行獨立調整才有可能獲得更高質量的掌紋圖像，現有設備顯然不能滿足這種要求。為繼續深入開展掌紋識別研究，設計新型 的掌紋圖像採集設備勢在必行。發明內容本發明的目的是提供一種基於光學照相的掌紋圖像獲取設備，該設備可 動態精確調整光源數量、位置、角度和亮度，便於用戶使用和擴展。本發明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現的 一種可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，包括 一箱體，箱體內部共分 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 位置調節機構，下層放置電源、圖形採集卡，以及光源亮度調節電路等電子 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，用於安裝光源。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。在箱體內設有一套攝像機調節機構，包括一豎直滑軌，前、後兩個L型 調節滑塊和一攝像機雲臺，其中，每個調節滑塊上分別設有滑槽和固定螺栓， 後調節滑塊上的滑槽和前調節滑塊的固定螺栓相互配合，並通過後調節滑塊 的固定螺栓固定在豎直滑軌上，前調節滑塊的滑槽內固定一攝像機雲臺，該 攝像機雲臺用於固定攝像機。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於卡住左、右手 的定位柱。箱體的上層結構為一蓋子，該蓋子與箱體活動連接，在蓋子側面設有供 手掌伸入的孔。箱體外側，設有若干個光源亮度調節旋鈕，每個旋鈕與一個光源支架上 的光源相連，可獨立調節每個光源的亮度。
在光源支架和搨/fl^幾調節豎直滑軌，前、後兩個L型調節滑塊上可分別 設有刻度，用於調節光源和才聶像機的位置。
箱體一側面可設有箱門，用於安置或調整光源、攝影機以及它們的位置 調節機構。
本發明的技術效果和優點光源可以不處於同一平面，而能在整個空間 中幾乎每一個位置存在，並且載功率範圍內可以調節亮度，使得光源達到了 最好的調節效果。本發明考慮到了光學成像的各個要素，儘可能地強化它們 的可調性，並且通過坐標、刻度記錄，使這種"可調"是可重複的，使得掌 紋採集設備硬體部分的研究更科學。 本發明的優點進一 步還有
1、 完全可控的全封閉或半開放式拍照環境；
2、 靈活的手掌定位方式；
3、 強大靈活的攝影機調節機構，攝像機三維位置和角度共5個自由度可 調，其中三維位置可實現有標度的精確調節；
4、 強大的靈活光照調節機構，光源數量可增減，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，其中三維位置可實現有標度的精確調
節；
5、模塊化設計，容易擴展。


下面結合附圖，對本發明做出詳細描述。
圖1為本發明掌紋圖像獲取設備的結構示意圖2為本發明掌紋圖像獲取設備的立體圖3為本發明掌紋圖像獲取設備的光源支架結構示意圖；圖4為本發明掌紋圖像獲取設備的光源支架定位板結構示意圖； 圖5為本發明掌紋圖像獲取設備的攝影機調節機構結構示意圖； 圖6為本發明掌紋圖像獲取設備的手掌定位板結構示意圖； 圖7為本發明掌紋圖像獲取設備的手掌定位效果示意圖； 圖8為本發明掌紋圖像獲取設備的電子設備示意圖； 圖9為本發明掌紋圖像獲取設備的光源亮度調節電路； 圖IO為本發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，本發明為了增強光源照明控制，將整個採集設備集成在 一個箱體當中。箱體分三層，上層為可掀起的蓋子l，頂蓋l側面有供手掌伸 入的孔，手伸入後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節機構，箱體有一側門12，打開後可 直接調整中間層各機構的位置角度；箱體下層6採用封閉設計，內有電源13、 視頻採集卡、光源調節電路等電子設備。箱體頂蓋和側門都關閉以後，內部 就形成完全可控的全封閉的拍攝環境；頂蓋打開後，就形成半開放式的拍照 環境，可分別適應不同科研目標的需要。
參考圖1、圖2,本發明的光源部分位於箱體的中部，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,光源支架採用模塊化可拆卸設計，數量可以根 據需要調整。每個光源支架均垂直於箱體底面，由一個伸縮套管和一個底座 組成，內套管7-4上有刻度7-5，內套管7-4與外套管7-7通過螺栓7-6固定， 可實現光源垂直位置的調節。光源支架頂部用內藏電線的萬向軟管7-2連接 一插座7-1,實現3個自由度上的光源角度調節。插座上可安裝l光源，光源 可根據需要選擇泛光燈，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，實現光源水平方向上二維位置精確調節。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、角度調節能力。
參考圖1、圖2，箱體中間層中還設有一攝影機8及其調節機構。攝像機 調節機構包括一垂直滑軌10，兩個調節滑塊9和一個攝像機雲臺組成。參考 圖5,兩個調節滑塊均採用L形設計，每個調節滑塊的兩個面分別設有滑槽和 固定螺栓，後調節滑塊9-1上的滑槽和前調節滑塊9-2的固定螺栓相互配合， 並通過後調節滑塊的固定螺栓9-4在豎直滑軌10上，豎直滑軌、調節滑塊上 滑槽上都有刻度，前調節滑塊的滑槽內固定一攝像機雲臺9-3,該攝^M幾雲臺 內嵌一萬向頭用於固定攝像機。調節滑塊用帶扳手的螺栓固定，配合滑軌， 可保證調節順暢，結構穩定，定位準確，使用方便，實現攝像機在空間中6 個自由度的調節。
掌紋識別系統分為採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。對於掌紋識別系統的研究，需要軟體、硬體共同調整 才能夠達到比較理想的目標。所以，基於光學照相的掌紋採集設備當中，物、 像、光源為相互作用的關係。擁有一個具有很強可調性的掌紋採集設備是最 重要的。本發明核心為加強光源部分和攝像機部分的可調性。
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,定位板採用雙面設計，每一面各有6個定 位柱11，分別適用於左手和右手的定位。參考圖7,當用戶把手放在定位板 上時，手會被固定柱卡住，這樣的話可以保證採得的圖像位置和形態穩定。 手掌定位板採用可拆卸可替換的模塊化設計，用戶還可根據需要，自行定製 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節電路相連，光源 亮度調節電路由總電源供電，並和箱體外的若干個亮度調節旋鈕相連。箱外 若干個光源亮度調節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節箱內每一個光源的亮度。每個調節旋鈕是帶有刻度的變
阻器，可獨立精確調節單個光源亮度，從零到最大值。參考圖9,調節電路採 用射極跟隨器，使用其他電路或者可控矽之類也可以，只要能夠調節燈的亮 度即可。本設備主要帶電部分均在最下層，除光源亮度調節電路板16外，還 有視頻採集卡，散熱風扇17，總電源15等，總開關13，電源插座14等。視 頻採集卡負責將模擬視頻信號轉換成數位訊號傳入計算機；散熱風扇負責整 個箱體內部通風散熱，保證系統穩定；總電源負責整個系統供電；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， 打開箱體的側門，調節光源的位置和高低。參考圖10，將四個光源分別設置 在位於手掌的左上、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，以防其千擾特徵提取，以至於幹擾識別。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個調節旋鈕，分別控制4個光源的亮度。接著，調節攝像機於相當的位 置，鏡頭對準被測手掌拍照。本發明使得每一個燈都能在整個空間中幾乎每 一個位置存在，並且在功率範圍內可以調節亮度，使得光源達到了最好的調 節效果。在攝像機方面的調節使得拍照可以不僅僅限於主光軸，增進了調節 性，使得採樣更穩定、更科學。整個設備也增強了封裝性，使用更方便。
本產品的應用前景也不僅僅局限於基於光學照相的掌紋採集，同時還適
用於所有需要"在受控光照下的中距離圖像採集"的實驗研究，例如，文檔
翻拍等。
權利要求
1. 一種可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，包括一箱體，箱體內部共分三層，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節機構，下層放置電源、圖形採集卡，以及光源亮度調節電路等電子設備，其特徵在於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，用於安裝光源。
2、 如權利要求1所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於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、 如權利要求1或2所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在 於在箱體內設有一套攝^^幾調節機構，包括一豎直滑軌，前、後兩個L 型調節滑塊和一攝像機雲臺，其中，每個調節滑塊上分別設有滑槽和固 定螺栓，後調節滑塊上的滑槽和前調節滑塊的固定螺栓相互配合，並通 過後調節滑塊的螺栓固定在豎直滑軌上，前調節滑塊的滑槽內固定一攝 像機雲臺，該攝4^yL雲臺用於固定攝像機。
4、 如權利要求1所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於 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、 如權利要求1所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於 箱體的上層結構為一蓋子，該蓋子與箱體活動連接，在蓋子側面設有供 手掌伸入的孔。
6、 如權利要求1或5所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在 於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、反面上位於中心孔上方 各設有若干個用於卡住手指的定位柱。
7、 如權利要求l、 2或4所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於在光源支架上設有刻度。
8、 如權利要求3所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於 在攝像機調節豎直滑軌，前、後兩個L型調節滑塊上分別設有刻度。
9、 如權利要求1所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於 箱體外側，設有若干個光源亮度調節旋鈕，每個旋鈕與一個光源支架的 光源相連。
10、如權利要求1所述的可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，其特徵在於 箱體一側面設有箱門，用於安置或調整光源、攝影機以及它們的位置調 節機構。
全文摘要
本發明提供了一種可調式光學照相掌紋圖像獲取設備，屬於光學照相圖像獲取技術。該裝置包括一密封的箱體，箱體內部共分三層，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節機構，下層放置電源、圖形採集卡，以及光源亮度調節電路等電子設備，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，用於安裝光源。本發明提供了一可控全封閉或半開放的拍照環境，光源數量、位置、角度、亮度可獨立精確調整；攝影機位置也可精確調整。從而可以獲得針對各種需求的高質量掌紋圖像。
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 優先權日2007年1月9日
發明者顥 於, 李文新, 許卓群, 黃貝寧 申請人:北京大學