專利名稱：活體掌紋圖像采集儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物特征識別和自動(dòng)身份鑒別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及活體掌紋圖像采集技術(shù)。
背景技術(shù)：
如何鑒別個(gè)人的身份，是一個(gè)越來越為人們所關(guān)注的問題。隨著社會(huì)交往的日益頻繁和社會(huì)關(guān)系的日益復(fù)雜，特別是Internet的發(fā)展以及信息社會(huì)的來臨，這一問題的重要性更加顯而易見。
目前，大多數(shù)身份鑒別都是使用密碼認(rèn)證的，也有少數(shù)的開始使用IC卡、磁卡或者硬件加密狗等作為密鑰。但是，無論是密碼還是IC卡，都容易丟失和被竊取，而且密碼還很容易遺忘。這些都將給管理者和使用者帶來很大的不便和損失。因此，身份的確認(rèn)仍然是目前困擾許多部門和電子商務(wù)(E-business)的重要問題，這就給生物特征識別技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了可能。
所謂生物特征識別(Biometrics)技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)利用人體所固有的生理特征或行為特征來進(jìn)行個(gè)人身份鑒定。生理特征與生俱來，多為先天性的；行為特征則是習(xí)慣使然，多為后天性的。生理和行為特征統(tǒng)稱為生物特征。
目前，應(yīng)用最廣泛的生物特征識別技術(shù)主要有指紋識別和虹膜識別。指紋識別由于采集裝置簡單、系統(tǒng)較小、速度快，所以是應(yīng)用最廣的生物特征識別技術(shù)。但是，手掌面積大，信息量多，即使不完整的掌紋，其所含的信息量也足夠可以鑒別一個(gè)人的身份。雖然掌紋識別技術(shù)相對指紋識別技術(shù)發(fā)展較慢，但是相對于指紋，掌紋具有如下的優(yōu)點(diǎn)其一、掌紋的防偽特性高于指紋，不容易被盜取或偽造；其二、掌紋的信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比指紋的豐富，具有更高的安全性。掌紋的這些優(yōu)點(diǎn)都為掌紋識別技術(shù)的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
作為生物特征識別技術(shù)的重要補(bǔ)充，掌紋識別技術(shù)的研究將會(huì)越來越被重視，掌紋身份鑒別技術(shù)也將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。因此，研究掌紋自動(dòng)識別技術(shù)是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義的。
要實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)的掌紋識別系統(tǒng)，首先要解決的是掌紋圖像采集的關(guān)鍵技術(shù)。采集到的掌紋圖像的質(zhì)量直接影響到后續(xù)的掌紋識別效果。
目前，掌紋采集主要有以下幾種方法方法一油墨捺印法。它是先把油墨涂抹在手掌上，然后再將涂了油墨的手掌捺印在白紙上，最后用掃描設(shè)備將白紙上的掌紋輸入到計(jì)算機(jī)，并以二維數(shù)字灰度圖像的格式存儲(chǔ)起來。這種方法雖然可以采集到質(zhì)量較好的高清晰度掌紋，但是由于受到著墨程度和捺印力度的影響，圖像的質(zhì)量不穩(wěn)定，往往是圖像的紋線粘連和背景噪聲都非常嚴(yán)重，這給掌紋的自動(dòng)鑒別帶來了很大的困難。此外，這種方法無法做到在線實(shí)時(shí)采集，而且采集不方便，每次都把手掌弄臟。圖1(a)為一幅典型的油墨捺印法采集到的掌紋圖像。
方法二脫機(jī)照相掃描法。該方法是先用照相機(jī)對掌紋進(jìn)行拍照，然后再把照片掃描輸入計(jì)算機(jī)。這種方法采集不方便，也無法做到在線實(shí)時(shí)采集。另外，該方法采集到的圖像清晰度不夠，尤其是乳突紋無法采集清楚。
方法三在線照相法。此方法和方法二沒有原理上的差別。只是用數(shù)字?jǐn)z像頭代替了照相機(jī)，可以做到在線實(shí)時(shí)采集，但是也無法清晰得采集到手掌的乳突紋，這損失了大量的掌紋信息。例如專利CN 1387166A公開了這種方法的采集儀器，該儀器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。由儀器箱體11和手掌箱體12，安裝在儀器箱體內(nèi)的光源13、數(shù)碼攝像頭14和反射鏡15組成，其工作原理為；光源13經(jīng)過反射鏡15反射，照亮放入手掌箱體內(nèi)手掌16，手掌的漫反射光被數(shù)碼攝像頭14接收形成掌紋圖像。其原理上屬于上述在線照相法，只是在數(shù)碼攝像頭14與手掌16之間加了一塊反射鏡15，改變了一下光路。圖1(b)是該儀器采集得到的典型掌紋圖像樣本。
綜上所述，傳統(tǒng)的油墨捺印法由于受到著墨程度和捺印力度的影響，采集到的圖像質(zhì)量不穩(wěn)定，而且不方便，無法做到在線實(shí)時(shí)采集。照相法采集到的掌紋清晰度不夠，尤其是乳突紋信息無法采集清楚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)采集活體掌紋的不足之處，設(shè)計(jì)出一種新的活體掌紋圖像采集儀，具有采集的圖像清晰度高，采集速度快，可實(shí)時(shí)采集的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出的一種活體掌紋圖像采集儀，它包括箱體及安裝在箱體內(nèi)的光源、數(shù)字?jǐn)z像頭，其特征在于，還包括安裝在該箱體內(nèi)的曲面棱鏡，該箱體的頂蓋開有一窗口，該曲面棱鏡的曲面嵌入該頂蓋窗口內(nèi)，使手掌與棱鏡表面緊密貼合；所說的光源與數(shù)字?jǐn)z像頭分別置于該曲面棱鏡的兩底角面的一側(cè)，使光源發(fā)出的光束進(jìn)入棱鏡并在曲面發(fā)生全反射后被數(shù)字?jǐn)z像頭接收。
上述的曲面棱鏡靠光源一側(cè)的底角面最好為磨砂面，使得照射到棱鏡曲面的光更均勻；該棱鏡的曲面可為球面或柱面；該棱鏡的兩底角面的夾角范圍可為60°～120°以保證光在棱鏡中實(shí)現(xiàn)全反射和全反射后的光能通過靠近數(shù)字?jǐn)z像頭的一個(gè)底角面，并被數(shù)字?jǐn)z像頭接收。
上述的光源可采用矩形的平面放光二極管構(gòu)成的平板光源，以使照射的范圍內(nèi)亮度更均勻。
上述的數(shù)字?jǐn)z像頭可接有一與計(jì)算機(jī)通信的USB接口。
本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)效果本發(fā)明采用曲面棱鏡，是為了使手掌能和棱鏡的曲面緊密貼合。以使本發(fā)明利用光的全反射原理。當(dāng)光源照到按有手掌的玻璃棱鏡表面時(shí)，入射光經(jīng)玻璃射到手掌的掌紋紋谷時(shí)，在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，反射回?cái)?shù)字?jǐn)z像頭的光強(qiáng)損失很少；而射向掌紋紋脊的光線不發(fā)生全反射，被紋脊與玻璃的接觸面吸收或者發(fā)生漫反射，這樣反射回?cái)?shù)字?jǐn)z像頭的光強(qiáng)就大大減弱。因此掌紋紋谷和紋脊的不同反射光強(qiáng)由數(shù)字?jǐn)z像頭捕獲。
本發(fā)明采集到的圖像清晰度比較高，尤其是可以很清晰的采集到掌紋的乳突紋，乳突紋包含了掌紋的大部分信息。該采集儀還具有采集速度快的優(yōu)點(diǎn)，滿足實(shí)時(shí)采集的要求，可應(yīng)用在實(shí)時(shí)的掌紋自動(dòng)識別系統(tǒng)中。
本發(fā)明的數(shù)字?jǐn)z像頭可通過通信接口和計(jì)算機(jī)連接，將采集到的掌紋二維數(shù)字圖像實(shí)時(shí)的傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，以便實(shí)時(shí)處理。


圖1(a)為油墨捺印法采集到的掌紋圖像。
圖1(b)為在線照相法采集到的掌紋圖像。
圖2為已有的在線照相法儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為用戶手掌平按在本發(fā)明曲面棱鏡上進(jìn)行掌紋采集的示意圖。
圖5為本發(fā)明的曲面棱鏡的實(shí)施例，其中，(a)為球面直角棱鏡；(b)為柱面直角棱鏡圖6為利用本發(fā)明采集到的兩個(gè)典型掌紋圖像的樣本。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種活體掌紋圖像采集儀結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明如下本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)實(shí)施例如圖3所示，它包括由儀器箱體1和帶有窗口的箱體頂蓋2構(gòu)成的一殼體，安裝在該殼體內(nèi)的曲面棱鏡3及棱鏡支架4，曲面棱鏡的曲面嵌入頂蓋的窗口內(nèi)構(gòu)成一體；光源5及光源支架6，數(shù)字?jǐn)z像頭7及攝像頭支架8，數(shù)字?jǐn)z像頭7和光源5分別置于曲面棱鏡的兩底角面的一側(cè)，并使光源5發(fā)出的光束通過棱鏡后被數(shù)字?jǐn)z像頭7能接收到；還包括與數(shù)字?jǐn)z像頭7相連的用于和計(jì)算機(jī)10進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?。
本實(shí)施例各部件的功能分別說明如下本實(shí)施例的曲面棱鏡3和數(shù)字?jǐn)z像頭7是核心部件，當(dāng)手平按在頂蓋2上，使手掌部位處于曲面棱鏡3的曲面上，如圖4所示。手掌稍微用力下壓緊貼在曲面上，在平板光源5的照射下，形成的掌紋圖像由數(shù)字?jǐn)z像頭7來捕獲，并通過通信接口9傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10中。本實(shí)施例的數(shù)字?jǐn)z像頭7可采用市場上很常見的30萬象素的數(shù)字?jǐn)z像頭。本實(shí)施例的曲面棱鏡3的曲面可采用如圖5(a)所示的球面31或采用如圖5(b)所示的柱面34，兩底角面32的夾角范圍可為60°～120°以保證光在棱鏡中實(shí)現(xiàn)全反射和全反射后的光能通過靠近數(shù)字?jǐn)z像頭的一個(gè)底角面，并被數(shù)字?jǐn)z像頭接收，圖中兩底角面32的夾角為直角，兩側(cè)面33相互平行并垂直于兩底角面32。
本實(shí)施例的光源5采用一個(gè)矩形的平面放光二極管構(gòu)成平板光源，球面31或柱面34棱鏡3靠近光源的一個(gè)底角面32被加工成磨砂面，兩者結(jié)合可以保證得到穩(wěn)定而又均勻的照明條件。平板光源5的工作電壓3.5～5伏，因此可通過計(jì)算機(jī)的USB口取電源。
本實(shí)施例的數(shù)字?jǐn)z像頭7采集到的掌紋圖像可實(shí)時(shí)地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10中，數(shù)字?jǐn)z像頭7和計(jì)算機(jī)10之間的通信接口9采用的是標(biāo)準(zhǔn)的USB 2.0的接口，具有傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)，最快可以達(dá)到30幀/秒。
本實(shí)施例的儀器箱體1起到固定棱鏡支架4、光源支架6和攝像頭支架8以及支撐箱體頂蓋2的作用；儀器箱體1和箱體頂蓋2裝配起來后又起到暗箱的作用；曲面棱鏡3由棱鏡支架4支撐和由箱體頂蓋2固定；數(shù)字?jǐn)z像頭7固定在攝像頭支架8上；平板光源5固定在光源支架6上。
本實(shí)施例的工作過程為首先要確保采集儀和和計(jì)算機(jī)之間的正確連接，本采集儀采用的數(shù)字?jǐn)z像頭由于是USB接口的，所以具有即插即用的特點(diǎn)，并允許熱插拔。工作之前，先把平板光源5的電源開關(guān)打開，用戶手掌掌心向下，平按在曲面棱鏡3上，在均勻照明條件，基于全反射原理形成的掌紋圖像在數(shù)字?jǐn)z像頭7里面形成掌紋圖像，調(diào)節(jié)數(shù)字?jǐn)z像頭7的物距和像距，使得在數(shù)字?jǐn)z像頭7內(nèi)的圖像傳感器平面上形成清晰的掌紋圖像，并可通過通信接口9實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10。
圖6是用本發(fā)明采集到的典型掌紋圖像樣本，不但可以清晰看到掌紋的屈肌線61和皺紋62，還可以很清晰的看到掌紋的乳突紋63。
權(quán)利要求
1.一種活體掌紋圖像采集儀，它包括箱體及安裝在箱體內(nèi)的光源、數(shù)字?jǐn)z像頭，其特征在于，還包括安裝在該箱體內(nèi)的曲面棱鏡，該箱體的頂蓋開有一窗口，該曲面棱鏡的曲面嵌入該頂蓋窗口內(nèi)，所說的光源與數(shù)字?jǐn)z像頭分別置于該曲面棱鏡的兩底角面的一側(cè)，使光源發(fā)出的光束被數(shù)字?jǐn)z像頭接收。
2.如權(quán)利要求1所述的活體掌紋圖像采集儀，其特征在于，所述的曲面棱鏡靠近光源一側(cè)的底角面為磨砂面。
3.如權(quán)利要求1所述的活體掌紋圖像采集儀，其特征在于，所述的棱鏡的曲面為球面或柱面。
4.如權(quán)利要求1所述的活體掌紋圖像采集儀，其特征在于，所述的棱鏡的兩底角面的夾角范圍為60°～120°。
5.如權(quán)利要求1所述的活體掌紋圖像采集儀，其特征在于，所述的光源采用矩形平面放光二極管構(gòu)成的平板光源。
6.如權(quán)利要求1所述的活體掌紋圖像采集儀，其特征在于，所述的數(shù)字?jǐn)z像頭接有一與計(jì)算機(jī)通信的USB接口。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物特征識別和自動(dòng)身份鑒別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及活體掌紋圖像采集儀。它包括箱體及安裝在箱體內(nèi)的光源、數(shù)字?jǐn)z像頭，還包括安裝在該箱體內(nèi)的曲面棱鏡，該箱體的頂蓋開有一窗口，該曲面棱鏡的曲面嵌入該頂蓋窗口內(nèi)，使手掌與棱鏡表面緊密貼合；所說的光源與數(shù)字?jǐn)z像頭分別置于該曲面棱鏡的兩底角面的一側(cè)，使光源發(fā)出的光束被數(shù)字?jǐn)z像頭接收。本發(fā)明具有采集的圖像清晰度高，采集速度快，可實(shí)時(shí)采集的優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用在實(shí)時(shí)的掌紋自動(dòng)識別系統(tǒng)中。
文檔編號G02B5/04GK1564188SQ200410030858
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者林喜榮, 蘇曉生, 譚汝謀, 丁天懷, 周云龍 申請人:清華大學(xué)