專利名稱：基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及一種基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法及裝置。
背景技術(shù)：
手指靜脈識別是新一代生物特征識別技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢主要有第一，靜脈識別安 全等級高，靜脈藏匿于身體內(nèi)部，不易復(fù)制或受損，且只有活體才有靜脈，其特征不易竊取； 第二，靜脈特征個體差異大，即使面貌相似的雙胞胎的靜脈也有差異，且這種差異在他們的 一生中都不會消失；第三，靜脈識別采用基于紅外線的非侵入性和非接觸性成像技術(shù)，使用 方便、清潔；第四，靜脈識別適用人群廣，人人都有靜脈，都可以提取靜脈特征?；谝陨蟽?yōu) 勢，靜脈識別技術(shù)的應(yīng)用也越來越受到企業(yè)、研究機構(gòu)和政府的重視?，F(xiàn)有的靜脈識別系統(tǒng) 主要有日本日立公司的中指靜脈認證系統(tǒng)、日本富士通公司的手掌靜脈認證系統(tǒng)和新加坡 VEID公司的手背靜脈認證系統(tǒng)；日本東京三菱銀行在2004年底推出了靜脈認證取款卡與 自動取款機，受到用戶的廣泛歡迎。到目前為止，靜脈識別系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于門禁、ATM存 取款機、筆記本電腦鎖等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的手指靜脈識別方法都只針對單個圖像傳感器采集到的手指靜脈平面 投影圖像展開研究，由于深度信息的丟失，一旦同一根手指前后兩次成像時與鏡頭之間的 距離不同，或是自身姿態(tài)發(fā)生變化，就會導(dǎo)致采集到的靜脈圖像存在較大差異。為保證識別 性能，現(xiàn)有設(shè)備在實際應(yīng)用中均要求使用者每次手指的擺放方式盡量保持一致，給使用者 帶來較大的不便。另一方面，對于采集結(jié)構(gòu)存在差異的兩套采集設(shè)備而言，即使是相同的手 指和相同的擺放姿勢，所獲得的靜脈圖像依然存在差異，即不同設(shè)備獲取到的靜脈圖像特 征的通用性較差，一點注冊、多點識別時識別性能下降嚴(yán)重，限制了設(shè)備的使用范圍。同時， 現(xiàn)有靜脈識別設(shè)備所宣稱的高安全性是基于每個人的靜脈分布均不相同這一事實，但是三 維空間結(jié)構(gòu)的唯一性并不能保證其二維投影也具有唯一性，不同的三維結(jié)構(gòu)可能對應(yīng)相似 的二維投影，加之二維投影的獲取和仿制并不需要很高的成本，因此現(xiàn)有的靜脈識別設(shè)備 并不適用于安全性能要求很高的應(yīng)用場所。解決上述問題的根本途徑是采用三維識別取代二維識別。在手指伸直時，手指靜 脈的三維空間結(jié)構(gòu)近似為一個空間管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)手指的擺放位置和旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化時， 并不影響管網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，三維識別可以有效地克服手指姿態(tài)變化對識別性能的不利 影響，提高不同設(shè)備獲取到的靜脈圖像特征的通用性。同時由于手指靜脈三維空間結(jié)構(gòu)的 唯一性以及三維特征的仿制困難，使得三維靜脈識別設(shè)備將具備更高的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有靜脈識別的問題，本發(fā)明提供一種基于雙目視覺的手指靜脈三維識別 方法及裝置，利用雙目視覺的原理搭建手指靜脈雙目采集平臺，結(jié)合SIFT算子和雙目視覺 原理獲取手指靜脈圖像的三維信息，結(jié)合SIFT特征和空間距離實現(xiàn)手指靜脈的三維識別， 有效地提高手指靜脈識別設(shè)備的識別率和安全級別。
裝置包括紅外光源、輕觸開關(guān)、左右兩臺攝像機、紅外濾鏡、電源、ARM接口板和 DSP處理板，其特征在于左右兩臺攝像機平行放置，紅外光源、手指、左右兩臺攝像機在三個 水平面上，左右兩臺攝像機分別位于手指投影線的兩側(cè)，左右兩臺攝像機的連線與手指投 影線垂直，且基本能平分手指投影線。采用基于SIFT算子和雙目視覺獲取手指靜脈圖像的三維信息，提取手指靜脈的 三維特征；采用基于SIFT特征和空間距離的方法實現(xiàn)手指靜脈的三維特征識別。具體技術(shù)方案為一、手指靜脈雙目采集平臺設(shè)計基于雙目視覺的原理，本發(fā)明設(shè)計雙目采集平臺，用于獲取手指靜脈的三維特征， 其中，

圖1為雙目采集平臺的結(jié)構(gòu)圖，圖2為雙目采集平臺的電路連接圖。雙目采集平臺主 要包括紅外光源、輕觸開關(guān)、左右兩臺攝像機、紅外濾鏡、電源、ARM接口板、DSP處理板，其 中紅外光源、手指、左右兩臺攝像機在三個水平面上，左右兩臺攝像機分別位于手指投影線 的兩側(cè)，左右兩臺攝像機的連線與手指投影線垂直。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，具體有以下原則第一，紅外光源、手指、攝像機三者在三個水平面上，且紅外光源與手指的垂直距 離大約1cm，攝像機與手指的垂直距離大約6cm ；第二，左右攝像機的位于手指投影線的兩側(cè)，且與手指投影線的水平距離都為 3 cm ；第三，左右兩臺攝像機的連線與手指投影線垂直，且基本能平分手指投影線。第四，為了避免外界光源的干擾，在左右攝像機的鏡頭上都加了紅外濾鏡，濾除非 紅外光。雙目采集平臺的電路連接關(guān)系如圖2所示，具體連接關(guān)系為電源模塊主要用于給紅外光源、攝像機、ARM接口板、DSP處理板供電；ARM接口板 主要實現(xiàn)人機交互功能，接收來自用戶的指令信息，然后與DSP處理板進行通信，實現(xiàn)相應(yīng) 的功能；DSP處理板首先接收ARM板的控制命令，然后檢測輕觸開關(guān)，以判斷是否存在待處 理手指，如果檢測到輕觸開關(guān)已按下，則操作左右攝像機采集手指雙目圖像，并進行相關(guān)的 方法處理，實現(xiàn)手指登錄或識別的功能。二、基于SIFT算子和雙目視覺的手指靜脈圖像三維信息獲取方法雙目視覺的基本原理是首先對左、右攝像機定標(biāo)，確定各自的成像變換矩陣 ’然 后在左攝像機圖像中指定一個像素點A，在右攝像機圖像中進行立體匹配，找出與之匹配的 像素點B，得到立體點對(A，B)；最后求空間射線OA和OB的交點坐標(biāo)，即為立體點對(A，B) 共同對應(yīng)的空間坐標(biāo)。利用雙目視覺進行三維重建的關(guān)鍵是如何獲取足夠多且穩(wěn)定可靠的立體點對。 SIFT算子是一種基于尺度空間的、對圖像縮放、旋轉(zhuǎn)甚至仿射變換保持不變性的圖像局部 特征描述算子，算子穩(wěn)定性和獨特性都比較好。本發(fā)明采用基于SIFT算子和雙目視覺的手指靜脈圖像三維信息獲取方法，首先 采用基于3D靶標(biāo)的方法對左右兩臺攝像機進行定標(biāo)，得到兩臺攝像機各自的成像變換矩 陣；然后采用SIFT算子分別獲取左右兩幅手指靜脈圖像的關(guān)鍵點，并提取各關(guān)鍵點的SIFT 特征向量；接著采用基于SIFT的特征匹配策略進行立體匹配，得到滿足SIFT匹配條件的空間立體點對；最后依據(jù)雙目視覺的基本原理，將空間立體點對的平面坐標(biāo)分別代入對應(yīng)的 左右兩臺攝像機的成像變換矩陣，求取所有立體點對的空間坐標(biāo)。方法的整體流程如圖3 所示。其中，本發(fā)明采用SIFT算子提取關(guān)鍵點特征和實現(xiàn)立體匹配，獲取穩(wěn)定可靠的空 間立體點對。在獲取各立體點對的空間坐標(biāo)時，采用查找表的方法快速求取立體點對的空 間坐標(biāo)。該方法的具體步驟如下(1)攝像機定標(biāo)攝像機定標(biāo)是確定攝像機投影矩陣的一個數(shù)值過程。設(shè)內(nèi)極點O1在(u，ν)坐標(biāo) 系中的坐標(biāo)為(U0, V。)，其三維空間坐標(biāo)為(x, y，ζ)，圖像坐標(biāo)為(u, ν)，圖像坐標(biāo)與空間坐 標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系滿足下面的方程式
權(quán)利要求
基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法及裝置，其特征在于裝置包括紅外光源、輕觸開關(guān)、左右兩臺攝像機、紅外濾鏡、電源、ARM接口板和DSP處理板，其特征在于左右兩臺攝像機平行放置，紅外光源、手指、左右兩臺攝像機在三個水平面上，左右兩臺攝像機分別位于手指投影線的兩側(cè)，左右兩臺攝像機的連線與手指投影線垂直，且基本能平分手指投影線。
2.基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于采用基于SIFT算子和雙目視 覺獲取手指靜脈圖像的三維信息，提取手指靜脈的三維特征；采用基于SIFT特征和空間距 離的方法實現(xiàn)手指靜脈的三維特征識別。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于基于 SIFT算子和雙目視覺的手指靜脈圖像三維信息獲取方法為首先采用基于3D靶標(biāo)的方法 對左右兩臺攝像機進行定標(biāo)，得到兩臺攝像機各自的成像變換矩陣；然后采用SIFT算子分 別獲取左右兩幅手指靜脈圖像的關(guān)鍵點，并提取各關(guān)鍵點的SIFT特征向量；接著采用基于 SIFT的特征匹配策略進行立體匹配，得到滿足SIFT匹配條件的空間立體點對；最后依據(jù)雙 目視覺的基本原理，將空間立體點對的平面坐標(biāo)分別代入對應(yīng)的左右兩臺攝像機的成像變 換矩陣，求取所有立體點對的空間坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于采用 SIFT算子提取關(guān)鍵點特征和實現(xiàn)立體匹配，獲取穩(wěn)定可靠的空間立體點對。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于采用查 找表的方法快速求取立體點對的空間坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于基于 SIFT特征和空間距離的手指靜脈三維特征識別方法為在登錄狀態(tài)下，獲取手指靜脈各關(guān) 鍵點的SIFT特征向量和空間坐標(biāo)組成的三維特征，并存儲在FLASH之中；在識別狀態(tài)下，獲 取手指靜脈各關(guān)鍵點的三維特征，然后與存儲在FLASH之中的手指靜脈三維特征相匹配， 依據(jù)匹配結(jié)果判別手指是否合法。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法，其特征在于三維特 征的匹配準(zhǔn)則是首先采用SIFT特征匹配策略，將特征數(shù)據(jù)庫中的SIFT特征與待識別靜脈 圖像的SIFT特征進行匹配，得到滿足SIFT匹配條件的關(guān)鍵點對；然后求取關(guān)鍵點對的立體 坐標(biāo)的空間距離，如果距離大于某一閾值，則剔除該組關(guān)鍵點對；最后計算余下的關(guān)鍵點對 的數(shù)目，并將其作為兩手指靜脈圖像的相似性判定度量，如果該數(shù)大于某一閾值，則認為兩 手指靜脈圖像相似，即該手指合法；否則，認為兩手指靜脈圖像不相似，即該手指不合法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙目視覺的手指靜脈三維識別方法及裝置。該裝置主要包括紅外光源、輕觸開關(guān)、左右兩臺攝像機、紅外濾鏡、電源、ARM接口板和DSP處理板，紅外光源、手指、左右兩臺攝像機在三個水平面上，左右兩臺攝像機分別位于手指投影線的兩側(cè)，左右兩臺攝像機的連線與手指投影線垂直。如果檢測到輕觸開關(guān)已按下，則操作左右攝像機采集手指雙目圖像，然后基于雙目視覺原理和SIFT算子進行手指靜脈三維特征的提取與匹配，實現(xiàn)手指登錄或識別的功能。本發(fā)明有效地提高手指靜脈識別設(shè)備的識別率和安全級別。
文檔編號G06K9/00GK101980243SQ201010508188
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者劉通, 李沛秦, 謝劍斌, 謝昌頤, 閆瑋 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)