專利名稱：多光譜圖像采集裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物特征識(shí)別，光學(xué)技術(shù)，電子電路技術(shù)等領(lǐng)域，特 別是涉及待采集物體(例如手掌、手背、手腕以及身體其他部位皮膚) 檢測(cè)采集技術(shù)，為生物特征識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)、醫(yī)學(xué)美容等 領(lǐng)域提供了一種新的信息獲取設(shè)備。
背景技術(shù)：
生物特征識(shí)別技術(shù)通過獲取和分析人體的生理和行為特征，用于 個(gè)體身份的自動(dòng)鑒別。在廣闊應(yīng)用前景的驅(qū)動(dòng)下，目前生物特征識(shí)別 已成為模式識(shí)別、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域的熱門研究課題，新 模態(tài)、新裝置、新理論、新方法層出不窮，引導(dǎo)和推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的快 速發(fā)展。同時(shí)，生物特征識(shí)別又是一項(xiàng)面向國家信息安防領(lǐng)域戰(zhàn)略需 求的應(yīng)用技術(shù)，在公安司法、邊檢通關(guān)、銀行證券、社保福利、信息
網(wǎng)絡(luò)、門禁考勤等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。2006年頒布的《國家中 長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》在談到公共安全重點(diǎn)領(lǐng)域以及前沿信 息技術(shù)的部署時(shí)，都明確提出要重點(diǎn)研究生物特征識(shí)別和快速篩查與 證實(shí)技術(shù)。
目前人們研究和使用的生物特征識(shí)別技術(shù)主要有人臉識(shí)別、虹 膜識(shí)別、手形識(shí)別、指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、簽名識(shí)別、聲音識(shí)別。在 眾多識(shí)別方法中，可以看出人體的重要部分——手掌，它同時(shí)包含指 紋，掌紋，手掌靜脈等眾多特征信息。
人體手掌皮膚是由真皮、表皮和皮下組織組成的多層結(jié)構(gòu)，包含 了細(xì)胞、纖維、脂肪、靜脈、毛細(xì)血管、毛發(fā)等復(fù)雜的多元成分。研 究人員發(fā)現(xiàn)，不同波長的光線對(duì)于人體皮膚具有不同的穿透能力，一 般波長越長穿透更深，例如波長為600至1000nm的近紅外光能夠穿透 皮膚表面l至3mm。在手掌皮膚表面和皮下不同的深度層次，分布著各種類型的生理組織，具有特定的光譜吸收和散射特性，因此不同波 段的入射光線可以探測(cè)到內(nèi)容迥異的視覺信息。人體手掌皮膚微觀結(jié) 構(gòu)和整體模式的形成受胚胎發(fā)育隨機(jī)因素的影響，具有獨(dú)特的個(gè)性化 特征，并且穩(wěn)定存在，因此不同波段下的手掌圖像就為身份識(shí)別提供 了辨識(shí)依據(jù)。
利用本發(fā)明的多光譜手掌圖像采集方法與裝置，能夠得到三個(gè)模 態(tài)的信息，即指紋、掌紋和靜脈。其中，指紋識(shí)別技術(shù)是最早的生物 特征識(shí)別技術(shù)，作為一項(xiàng)很成熟的技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到日常生活中 的許多領(lǐng)域。掌紋識(shí)別指利用手掌皮膚紋理進(jìn)行身份識(shí)別，是生物特 征識(shí)別領(lǐng)域的又一新興技術(shù)。靜脈識(shí)別作為一項(xiàng)國際前沿的生物特征 技術(shù)，正成為科研的熱點(diǎn)，但是現(xiàn)在很多學(xué)者更多關(guān)注的是手背靜脈 的研究，而且對(duì)于靜脈圖像的采集方法主要是近紅外熱成像，這種成 像方法容易受環(huán)境的干擾，如溫度，濕度等，采集的圖像質(zhì)量很難滿 足生物特征識(shí)別的要求。
單一的掌紋和指紋識(shí)別技術(shù)都無法很好的解決識(shí)別過程中活體檢 測(cè)這個(gè)難關(guān)，很容易被盜取和偽造，安全性不高。靜脈識(shí)別可以幫助 解決活體檢測(cè)，但是常用的熱紅外成像技術(shù)在拍攝手掌的時(shí)候往往無 法獲得高質(zhì)量圖像，因而難以用于識(shí)別。此外，采用單一模態(tài)容易受 到類內(nèi)變化的影響，從而引起識(shí)別率的迅速下降。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種多光譜圖像采集裝置， 從成像原理的角度確保采集獲得高質(zhì)量、多模態(tài)手掌圖像。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種多光譜圖像采集方法，從控制 流程的角度實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量圖像的獲取。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種多光譜圖像采集裝置，該裝
置至少包括紅外傳感器l、設(shè)備外殼2、毛玻璃4、多光譜光源電路5、
6裝置橫板6、 CCD攝像頭7、電源電路8和單片機(jī)控制電路9，其中， 紅外傳感器1固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的頂端，用于檢測(cè)圖像采集 區(qū)域內(nèi)是否存在待采集物體，如果檢測(cè)到圖像采集區(qū)域內(nèi)存在待采集 物體，則通過單片機(jī)控制電路9通知外部控制計(jì)算機(jī)；否則，繼續(xù)檢
設(shè)備外殼2，用于固定紅外傳感器l、毛玻璃4、多光譜光源電路 5、裝置橫板6、電源電路8和單片機(jī)控制電路9;
毛玻璃4，設(shè)置于圖像采集區(qū)域與多光譜光源電路5之間，且固定 于多光譜光源電路5之上，用于使得多光譜光源電路5照射至圖像采 集區(qū)域的光線盡可能均勻；
多光譜光源電路5，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的裝置橫板6之上，用
于向圖像采集區(qū)域照射單光譜或組合光譜的光線，供CCD攝像頭7拍 攝圖像使用；
裝置橫板6，設(shè)置于設(shè)備外殼2內(nèi)部偏下位置，用于固定多光譜光 源電路5和CCD攝像頭7;
CCD攝像頭7，固定于裝置橫板6的中央，用于在外部控制計(jì)算 機(jī)的控制下拍攝待采集物體的圖像；
電源電路8，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的底部，同時(shí)連接于紅外傳感 器l、 CCD攝像頭7、多光譜光源電路5以及單片機(jī)控制電路9，用于 為這些設(shè)備提供電源；
單片機(jī)控制電路9，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的底端，用于控制多光 譜光源電路5的開啟和關(guān)閉。
優(yōu)選地，所述設(shè)備外殼2進(jìn)一步用于遮蔽外界的雜光，保證采集 得到的圖像不受外界光照的影響。
優(yōu)選地，所述毛玻璃4、多光譜光源電路5和裝置橫板6的中央均 具有圓形的空洞，以便CCD攝像頭7鏡頭的安裝及伸縮運(yùn)動(dòng)。
優(yōu)選地，所述紅外傳感器1與單片機(jī)控制電路9相連，當(dāng)有待采 集物體進(jìn)入成像區(qū)域時(shí)，紅外傳感器1通過單片機(jī)控制電路9通知外 部控制計(jì)算機(jī)，使外部控制計(jì)算機(jī)從等待狀態(tài)進(jìn)入采集狀態(tài)。
優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括圖像采集卡11，外部控制計(jì)算機(jī)通過
7該圖像采集卡11連接于CCD攝像頭7，以便將CCD攝像頭7獲取的 圖像數(shù)字化。
優(yōu)選地，所述待采集物體為手掌、手背或手腕。
為達(dá)到上述另一個(gè)目的，本發(fā)明還提供了一種多光譜圖像采集方
法，該方法包括
將待采集物體放置于圖像采集區(qū)域內(nèi)；
紅外傳感器1檢測(cè)到待采集物體進(jìn)入圖像采集區(qū)域，通過單片機(jī) 控制電路9通知外部控制計(jì)算機(jī)，外部控制計(jì)算機(jī)開啟CCD攝像頭7;
單片機(jī)控制電路9根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依次打 開多光譜光源電路5相應(yīng)的光源，CCD攝像頭7在所述光源的照射下 進(jìn)行圖像的拍攝。
優(yōu)選地，所述待采集物體為手掌時(shí)，所述將待采集物體放置于圖 像采集區(qū)域內(nèi)是將手掌掌心向下伸入圖像采集區(qū)域，采用非接觸式方 式進(jìn)行手掌圖像采集。
優(yōu)選地，所述單片機(jī)控制電路9根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜 信息，依次打開或關(guān)閉多光譜光源電路5相應(yīng)的光源包括
由外部控制計(jì)算機(jī)控制多光譜采集流程，外部控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù) 先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，每次向單片機(jī)控制電路(9)發(fā)送一個(gè) 命令，打開或關(guān)閉特定光譜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多光譜光源電路(5)的控制， 各命令組合起來，達(dá)到光譜切換的目的。
優(yōu)選地，所述單片機(jī)控制電路9根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜 信息，依次打開或關(guān)閉多光譜光源電路5相應(yīng)的光源也包括
由外部控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，組成一 個(gè)命令集合， 一次性得發(fā)送給單片機(jī)控制電路9。由單片機(jī)控制電路9 每次向多光譜光源電路5發(fā)送一個(gè)命令，打開或關(guān)閉特定光譜，各個(gè) 命令組合起來，達(dá)到光譜切換的目的。
(三)有益效果 從上述方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 利用本發(fā)明，使得手掌的活體檢測(cè)成為可能。研究表明，活體 的人的血紅細(xì)胞會(huì)吸收紅外光線。換而言之，只有人活著的時(shí)候才能 夠通過本發(fā)明采集得到靜脈的信息，任何采用其他方式得到的模具、 手模、打印的圖像甚至非活體的手掌等都無法從中拍攝到靜脈信息。 利用這一點(diǎn)，使得活體檢測(cè)成為可能。
2、 利用本發(fā)明，通過引入可控的多光譜手掌成像方法，不同的光 譜能夠穿透手掌皮膚的不同深度層次，從而獲得手掌視覺內(nèi)容隨光譜 變化的圖像序列，增加了手掌生物特征在光譜維的信息量，因此能夠 提高手掌生物特征識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
3、 利用本發(fā)明，多光譜手掌成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)手掌生物特征識(shí)別的 最佳波段的選擇提供了硬件支持。
4、 利用本發(fā)明，多光譜手掌成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)于探索和發(fā)現(xiàn)手掌區(qū) 域的新興生物特征模態(tài)提供了一種可行途徑，通過組合多種光譜參數(shù) 的光電器件，使得在一幅圖像同時(shí)獲得掌紋、靜脈和其他中間態(tài)生物 特征成為可能。
5、 利用本發(fā)明，本裝置得到的手掌圖像亮度均勻，可以在不同的
光源下拍攝到手掌的序列圖像。


圖1為本發(fā)明提供的多光譜圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明提供的多光譜圖像采集裝置內(nèi)部及該裝置與外部控 制計(jì)算機(jī)的連接示意圖3為本發(fā)明提供的多光譜圖像采集的方法流程圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像采集的方法流程圖中，1為紅外傳感器，2為設(shè)備外殼，3為人體手掌，4為毛玻 璃，5為多光譜光源電路，6為裝置橫板，7為CCD攝像頭，8為電源 電路，9為單片機(jī)控制電路，IO為外部控制計(jì)算機(jī)，ll為圖像采集卡，
@為螺釘。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明通過利用人體皮膚不同深度層次具有不同特征的特性，提 供了一種利用多光譜圖像采集的方法和裝置。該裝置在多光譜條件下，
用400至1060nm單波段和/或組合波段主動(dòng)光照射待采集物體(例如 手掌)以實(shí)現(xiàn)圖像拍攝，采用計(jì)算機(jī)軟件控制的方式進(jìn)行光源調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像獲取、顯示與存儲(chǔ)。利用此裝置可以獲得高質(zhì)量的 手掌圖像，同時(shí)提取出掌紋，指紋，和手掌靜脈等信息，從而解決活 體檢測(cè)難題，提高生物特征識(shí)別的準(zhǔn)確率和安全性。
圖1為本發(fā)明提供的多光譜圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置 至少包括紅外傳感器l、設(shè)備外殼2、毛玻璃4、多光譜光源電路5、 裝置橫板6、 CCD攝像頭7、電源電路8和單片機(jī)控制電路9。
其中，紅外傳感器1固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的頂端，用于檢測(cè)圖 像采集區(qū)域內(nèi)是否存在待采集物體，如果檢測(cè)到圖像采集區(qū)域內(nèi)存在 待采集物體，則通過單片機(jī)控制電路9通知外部控制計(jì)算機(jī)；否則， 繼續(xù)檢測(cè)。
設(shè)備外殼2，用于固定紅外傳感器l、毛玻璃4、多光譜光源電路 5、裝置橫板6和單片機(jī)控制電路9。
毛玻璃4，設(shè)置于圖像采集區(qū)域與多光譜光源電路5之間，且固定 于多光譜光源電路5之上，用于使得多光譜光源電路5照射至圖像采 集區(qū)域的光線盡可能均勻。
多光譜光源電路5，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的裝置橫板6之上，用 于向圖像采集區(qū)域照射單光譜或組合光譜的光線，供CCD攝像頭7拍 攝圖像使用。
裝置橫板6，設(shè)置于設(shè)備外殼2內(nèi)部偏下位置，用于固定多光譜光 源電路5和CCD攝像頭7。
CCD攝像頭7，固定于裝置橫板6的中央，用于在外部控制計(jì)算 機(jī)的控制下拍攝待采集物體的圖像。
電源電路8，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的底部，同時(shí)連接于紅外傳感器l、 CCD攝像頭7、多光譜光源電路5以及單片機(jī)控制電路9，用于 為這些設(shè)備提供電源。
單片機(jī)控制電路9，固定于設(shè)備外殼2內(nèi)部的底端，用于控制多光 譜光源電路5的開啟和關(guān)閉。
上述設(shè)備外殼2進(jìn)一步用于遮蔽外界的雜光，保證采集得到的圖 像不受外界光照的影響。
上述毛玻璃4、多光譜光源電路5和裝置橫板6的中央均具有圓形 的空洞，以便CCD攝像頭7鏡頭的安裝與伸縮運(yùn)動(dòng)。
所述紅外傳感器1與單片機(jī)控制電路9相連，當(dāng)有待采集物體進(jìn) 入成像區(qū)域時(shí)，紅外傳感器1通過單片機(jī)控制電路9通知外部控制計(jì) 算機(jī)，使外部控制計(jì)算機(jī)從等待狀態(tài)進(jìn)入采集狀態(tài)。
所述待采集物體可以為手掌，但不限于手掌，也可以為手背、手 腕以及身體其他部位。
進(jìn)一步地，該裝置還可以包括圖像采集卡11，外部控制計(jì)算機(jī)通 過該圖像采集卡11連接于CCD攝像頭7，以便將CCD攝像頭7獲取 的圖像數(shù)字化并根據(jù)用戶需要對(duì)成像過程進(jìn)行調(diào)整。所述外部控制計(jì) 算機(jī)10與圖像采集卡11相連，外部控制計(jì)算機(jī)10通過圖像采集卡11 獲取圖像，同時(shí)也可根據(jù)用戶要求控制圖像采集卡11的設(shè)置。具體如 圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的多光譜圖像采集裝置內(nèi)部及該裝置與 外部控制計(jì)算機(jī)的連接示意圖。
基于圖1和圖2所示的多光譜圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 示出了本發(fā)明提供的多光譜圖像采集的方法流程圖，該方法包括以下
步驟
步驟301:將待采集物體放置于圖像采集區(qū)域內(nèi)；
步驟302:紅外傳感器檢測(cè)到待采集物體進(jìn)入圖像采集區(qū)域，通過
單片機(jī)控制電路通知外部控制計(jì)算機(jī)，外部控制計(jì)算機(jī)開啟CCD攝像
頭7;
步驟303:單片機(jī)控制電路根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，
依次打開多光譜光源電路相應(yīng)的光源，CCD攝像頭在所述光源的照射下進(jìn)行圖像的拍攝。
所述待采集物體為手掌時(shí)，所述將待采集物體放置于圖像采集區(qū) 域內(nèi)是將手掌掌心向下伸入圖像采集區(qū)域，采用非接觸式方式進(jìn)行手 掌圖像采集。
所述單片機(jī)控制電路9根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依 次打開或關(guān)閉多光譜光源電路5相應(yīng)的光源包括由外部控制計(jì)算機(jī) 控制多光譜采集流程，外部控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光 譜信息，每次向單片機(jī)控制電路9發(fā)送一個(gè)命令，打開或關(guān)閉特定光 譜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多光譜光源電路5的控制，各命令組合起來，達(dá)到光譜 切換的目的。比如從光譜1切換到光譜2包含兩條命令關(guān)閉光譜1 和打開光譜2。
所述單片機(jī)控制電路9根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依
次打開或關(guān)閉多光譜光源電路5相應(yīng)的光源包括由外部控制計(jì)算機(jī) 根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，組成一個(gè)命令集合， 一次性得
發(fā)送給單片機(jī)控制電路9。由單片機(jī)控制電路9每次向多光譜光源電路 5發(fā)送一個(gè)命令，打開或關(guān)閉特定光譜，各個(gè)命令組合起來，達(dá)到光譜
切換的目的。
圖4示出了依照本發(fā)明實(shí)施例提供的多光譜圖像采集的方法流程
圖，具體包括以下步驟
步驟P0:對(duì)硬件裝置進(jìn)行初始化。初始化包括外部控制計(jì)算機(jī)10
的串行端口、單片機(jī)控制電路9的通信端口、 CCD攝像頭7的控制端 口、紅外傳感器1的通信端口的初始化。
步驟P1:根據(jù)軟件界面的提示，用戶設(shè)置圖像采集信息。用戶可
以選擇接受軟件默認(rèn)的圖像采集信息，包括需要采集哪些光譜的圖像， 按照什么順序采集、目標(biāo)圖像的大小、不同光譜所對(duì)應(yīng)的攝像頭增益 等。如果有特殊的需要，用戶也可以自己設(shè)置這些信息。假設(shè)系統(tǒng)默
認(rèn)分別針對(duì)5個(gè)波段波段l、波段2、波段3、波段4、波段5進(jìn)行
手掌圖像采集，但是如果在特定的應(yīng)用中，用戶需要采集組合波段的
圖像。這種情況下，用戶可以自行定義，比如可以設(shè)置為波段l+波2、波段2+波段3、波段4、波段l+波段5、波段l+波段3+波段5這 樣的方式進(jìn)行采集。攝像頭的增益缺省設(shè)置為自動(dòng)增益，如果手動(dòng)設(shè) 置，可在軟件界面上通過調(diào)用采集卡或/和攝像頭配置界面完成。
采集信息設(shè)置完成之后，紅外傳感器1開始工作，檢測(cè)是否有手 掌進(jìn)入采集區(qū)域，硬件其他部分處于等待狀態(tài)。當(dāng)紅外傳感器1檢測(cè) 到有手掌進(jìn)入時(shí)，通過單片機(jī)控制電路9通知外部控制計(jì)算機(jī)10，進(jìn) 入步驟P2。
步驟P2:打開成像裝置。外部控制計(jì)算機(jī)IO打開多光譜手掌圖像 采集裝置中涉及成像的部分圖像采集卡ll、 CCD攝像頭7;與此同
時(shí)，外部控制計(jì)算機(jī)10還需要通過單片機(jī)控制電路9打開多光譜光源
電路上的一組光源(缺省設(shè)置為白光，如果需要用戶也可以自行選擇)。 進(jìn)入圖像預(yù)覽模式，此時(shí)軟件界面上會(huì)實(shí)時(shí)顯示采集區(qū)域內(nèi)的情況。
此時(shí)還需要保存被拍攝人的信息，如姓名、年齡、左右手等相關(guān) 的信息。
步驟P3:按照用戶在步驟Pl中設(shè)置的光譜采集順序，判斷是否 所有的光譜組合都已經(jīng)采集完成，如果沒有，就進(jìn)入步驟P4。如果已
經(jīng)完成，就將拍攝得到的圖像序列按照預(yù)先設(shè)定的命名規(guī)范存入數(shù)據(jù) 庫。
步驟P4:根據(jù)Pl預(yù)先設(shè)置的光譜采集順序，單片機(jī)控制電路9
關(guān)閉多光譜光源電路5上當(dāng)前已采集完成的光源，打開下一組需要進(jìn)
行采集的光源。
步驟P5:利用采集卡11和CCD攝像頭7進(jìn)行單一光譜下手掌的
拍攝，獲得手掌圖像。
步驟P6:當(dāng)一個(gè)多光譜手掌圖像序列采集完成后，軟件提示用戶
己完成采集，可以撤回手掌。缺省狀態(tài)下， 一次采集完成后，軟件會(huì) 自動(dòng)進(jìn)入步驟P1的自動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)，檢測(cè)是否有手掌進(jìn)入。此時(shí)，用戶 也可以選擇通過軟件界面上的按鈕退出采集。
本采集方法以手掌圖像的多光譜拍攝為例，但不限于手掌。如利 用本發(fā)明，也可以進(jìn)行手背、手腕以及身體其他部位皮膚的拍攝。
綜上所述，多光譜手掌識(shí)別對(duì)于提高身份識(shí)別系統(tǒng)的安全防偽、
13識(shí)別精度、對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境的適應(yīng)性和魯棒性，以及拓寬系統(tǒng)的適用 人群范圍有重要的現(xiàn)實(shí)意義。單一光譜下的手掌圖像只是從一個(gè)側(cè)面 反映了人體手掌皮膚的物理屬性，多光譜的手掌圖像相當(dāng)于多模態(tài)生 物特征識(shí)別，可以得到手掌區(qū)域更全面、更準(zhǔn)確的信息，只要融合方 法得當(dāng)自然可能取得更高的識(shí)別精度；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輕便，容易 使用，可以獲得清晰的多光譜環(huán)境下的手掌圖像和序列。進(jìn)而獲得手 掌的多種特征，為生物特征識(shí)別等技術(shù)的研究做出新發(fā)現(xiàn)奠定了良好 的基礎(chǔ)。
以下進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體應(yīng)用
應(yīng)用1:用于門禁系統(tǒng)的手掌生物特征識(shí)別
本發(fā)明可用于手掌的生物特征識(shí)別，使用過程是某安全部門因 保密的需要，只能允許一部分被授權(quán)的人員進(jìn)入。在入口處安裝本裝 置，對(duì)來訪者進(jìn)行手掌識(shí)別以驗(yàn)證身份，只有當(dāng)來訪者的樣本能夠與 數(shù)據(jù)庫中保存的被授權(quán)人員的手掌數(shù)據(jù)吻合才能通過。因此，來訪者 到達(dá)后首先把自己的手放在本裝置的采集區(qū)域內(nèi)，對(duì)采集到的多光譜 手掌圖像，進(jìn)行預(yù)處理和特征提取后，與數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容進(jìn)行匹配。 由于各種原因(如天氣不好的時(shí)候，掌紋的采集會(huì)受到影響；而靜脈 和指紋圖像有可能因?yàn)槭褂谜呱眢w條件，如皮膚脫皮、皮下血管較深 等因素而無法精確提取)，可能造成一部分光譜下的數(shù)據(jù)不甚理想，但 只要三種光源下的圖像與數(shù)據(jù)庫內(nèi)容相符就可以通過，此時(shí)語音提示: 某某先生/女士歡迎進(jìn)入。大門打開，允許來訪者進(jìn)入，同時(shí)系統(tǒng)記錄 來訪者身份和進(jìn)入時(shí)間等相關(guān)信息以備查。
應(yīng)用2:用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)與美容
本發(fā)明可用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)與美容，使用過程是在某醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)， 采用本裝置對(duì)患者手掌的皮膚疾病進(jìn)行診斷。患者的表面肌膚與深層 肌膚的圖像能夠提供不同的信息，為疾病的診斷提供依據(jù)。如張三來 到了醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)，利用本采集設(shè)備醫(yī)生對(duì)張三的手掌拍攝了各個(gè)光 源下的圖像，仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)表皮沒什么異常的情況，但是靜脈圖像 顯示張三的淺表靜脈血管存在多處結(jié)節(jié)，提示張三的血液流通狀況不
14佳，醫(yī)生經(jīng)過進(jìn)一步的分析和檢測(cè)，為張三制定相應(yīng)的治療計(jì)劃。 應(yīng)用3:計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)
本發(fā)明可用于計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)，使用過程是在某計(jì)算機(jī)視 覺研究所，人們?yōu)榱藰?gòu)建手掌的三維特性圖，需要對(duì)手掌的皮膚進(jìn)行 顏色建模。采用本設(shè)備，研究人員在不同的光譜下拍攝圖像，可以得 到手掌皮膚不同層次的信息，然后對(duì)其進(jìn)行分層次建模，賦予獨(dú)特的 顏色，就可以完成整個(gè)建模的初步素材采集工作。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果 進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體 實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種多光譜圖像采集裝置，其特征在于，該裝置至少包括紅外傳感器(1)、設(shè)備外殼(2)、毛玻璃(4)、多光譜光源電路(5)、裝置橫板(6)、CCD攝像頭(7)、電源電路(8)和單片機(jī)控制電路(9)，其中，紅外傳感器(1)固定于設(shè)備外殼(2)內(nèi)部的頂端，用于檢測(cè)圖像采集區(qū)域內(nèi)是否存在待采集物體，如果檢測(cè)到圖像采集區(qū)域內(nèi)存在待采集物體，則通過單片機(jī)控制電路(9)通知外部控制計(jì)算機(jī)；否則，繼續(xù)檢測(cè)；設(shè)備外殼(2)，用于固定紅外傳感器(1)、毛玻璃(4)、多光譜光源電路(5)、裝置橫板(6)、電源電路(8)和單片機(jī)控制電路(9)；毛玻璃(4)，設(shè)置于圖像采集區(qū)域與多光譜光源電路(5)之間，且固定于多光譜光源電路(5)之上，用于使多光譜光源電路(5)照射至圖像采集區(qū)域的光線盡可能均勻；多光譜光源電路(5)，固定于設(shè)備外殼(2)內(nèi)部的裝置橫板(6)之上，用于向圖像采集區(qū)域照射單光譜或組合光譜的光線，供CCD攝像頭(7)拍攝圖像使用；裝置橫板(6)，設(shè)置于設(shè)備外殼(2)內(nèi)部偏下位置，用于固定多光譜光源電路(5)和CCD攝像頭(7)；CCD攝像頭(7)，固定于裝置橫板(6)的中央，用于在外部控制計(jì)算機(jī)的控制下拍攝待采集物體的圖像；電源電路(8)，固定于設(shè)備外殼(2)內(nèi)部的底部，同時(shí)連接于紅外傳感器(1)、CCD攝像頭(7)、多光譜光源電路(5)以及單片機(jī)控制電路(9)，用于為這些設(shè)備提供電源；單片機(jī)控制電路(9)，固定于設(shè)備外殼(2)內(nèi)部的底端，用于控制多光譜光源電路(5)的開啟和關(guān)閉。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多光譜圖像采集裝置，其特征在于，所 述設(shè)備外殼(2)進(jìn)一步用于遮蔽外界的雜光，保證采集得到的圖像不 受外界光照的影響。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光譜圖像采集裝置，其特征在于，所述毛玻璃(4)、多光譜光源電路(5)和裝置橫板(6)的中央均具有 圓形的空洞，以便CCD攝像頭(7)鏡頭的安裝及伸縮運(yùn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光譜圖像采集裝置，其特征在于，所 述紅外傳感器(1)與單片機(jī)控制電路(9)相連，當(dāng)有待采集物體進(jìn) 入成像區(qū)域時(shí)，紅外傳感器(1)通過單片機(jī)控制電路(9)通知外部 控制計(jì)算機(jī)，使外部控制計(jì)算機(jī)從等待狀態(tài)進(jìn)入采集狀態(tài)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多光譜圖像采集裝置，其特征在于，該 裝置進(jìn)一步包括圖像采集卡(11)，外部控制計(jì)算機(jī)通過該圖像采集卡(11)連接于CCD攝像頭(7)，以便將CCD攝像頭(7)獲取的圖像 數(shù)字化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多光譜圖像采集裝置，其特征在于，所 述待采集物體為手掌、手背或手腕。
7、 一種多光譜圖像采集方法，其特征在于，該方法包括 將待采集物體放置于圖像采集區(qū)域內(nèi)；紅外傳感器(1)檢測(cè)到待采集物體進(jìn)入圖像采集區(qū)域，通過單片 機(jī)控制電路(9)通知外部控制計(jì)算機(jī)，外部控制計(jì)算機(jī)開啟CCD攝 像頭(7);單片機(jī)控制電路(9)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依次 打開多光譜光源電路(5)相應(yīng)的光源，CCD攝像頭(7)在所述光源 的照射下進(jìn)行圖像的拍攝。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光譜圖像采集方法，其特征在于，所 述待采集物體為手掌時(shí)，所述將待采集物體放置于圖像采集區(qū)域內(nèi)是 將手掌掌心向下伸入圖像采集區(qū)域，采用非接觸式方式進(jìn)行手掌圖像 采集。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光譜圖像采集方法，其特征在于，所 述單片機(jī)控制電路(9)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依次打 開或關(guān)閉多光譜光源電路(5)相應(yīng)的光源包括由外部控制計(jì)算機(jī)控制多光譜采集流程，外部控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù) 先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，每次向單片機(jī)控制電路(9)發(fā)送一個(gè)命令，打開或關(guān)閉特定光譜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多光譜光源電路(5)的控制， 各命令組合起來，達(dá)到光譜切換的目的。
10、根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光譜圖像采集方法，其特征在于， 所述單片機(jī)控制電路(9)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，依次 打開或關(guān)閉多光譜光源電路(5)相應(yīng)的光源也包括由外部控制計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的單光譜/組合光譜信息，組成一 個(gè)命令集合， 一次性得發(fā)送給單片機(jī)控制電路(9)，由單片機(jī)控制電路(9)每次向多光譜光源電路(5)發(fā)送一個(gè)命令，打開或關(guān)閉特定光譜，各個(gè)命令組合起來，達(dá)到光譜切換的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多光譜圖像采集裝置和方法。該裝置至少包括紅外傳感器(1)、設(shè)備外殼(2)、毛玻璃(4)、多光譜光源電路(5)、裝置橫板(6)、CCD攝像頭(7)、電源電路(8)和單片機(jī)控制電路(9)。該裝置和方法在多光譜條件下，用400至1060nm單波段和/或組合波段主動(dòng)光照射手掌以實(shí)現(xiàn)圖像拍攝，采用計(jì)算機(jī)軟件控制的方式進(jìn)行光源調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像獲取、顯示與存儲(chǔ)。利用本發(fā)明可以獲得高質(zhì)量、多光譜條件下的手掌圖像，同時(shí)獲取掌紋，指紋和手掌靜脈等信息，從而解決活體檢測(cè)難題，提高手掌生物特征識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確率和安全性。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101493884SQ20081005672
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
發(fā)明者超 任, 孫哲南, 譚鐵牛, 瑛 郝 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所