門把形握姿人手圖像采集裝置及握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種門把形握姿人手圖像采集裝置，包括：側(cè)壁開設(shè)有圖像采集窗的門把形殼體，及設(shè)置于所述門把形殼體內(nèi)的光源和攝像設(shè)備；所述光源發(fā)出的光線能夠被手掌反射進(jìn)入所述攝像設(shè)備中成像。本實(shí)用新型還提供了一種握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)，包括：順序連接的門把形握姿人手圖像采集裝置、特征提取模塊、識(shí)別模塊和執(zhí)行模塊，所述識(shí)別模塊還與存儲(chǔ)模塊連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法將用戶識(shí)別操作與開門操作結(jié)合，身份識(shí)別操作在不知不覺中自動(dòng)進(jìn)行，與傳統(tǒng)門把手使用方式一致。
【專利說明】門把形握姿人手圖像采集裝置及握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及圖像識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及握姿人手圖像的采集、處理與識(shí)別。
【背景技術(shù)】
[0002]人體生物特征識(shí)別技術(shù)從二十世紀(jì)八十年代興起，在二十一世紀(jì)逐步廣泛應(yīng)用，不僅應(yīng)用在門禁控制、身份鑒別等傳統(tǒng)領(lǐng)域，在醫(yī)療、邊境控制、娛樂領(lǐng)域也獲得了很大的發(fā)展。使用指紋識(shí)別技術(shù)、虹膜識(shí)別技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)和掌紋識(shí)別技術(shù)的各種識(shí)別系統(tǒng)和方法層出不窮。
[0003]生物特征識(shí)別最基本的應(yīng)用就是門禁控制，而帶有門鎖與把手的門是歷史最悠久的門禁設(shè)備?，F(xiàn)有的生物特征識(shí)別設(shè)備有些需要掛在墻上或門上，如虹膜識(shí)別設(shè)備、掌紋識(shí)別設(shè)備、人臉識(shí)別設(shè)備和指紋識(shí)別設(shè)備；有些需要立在門邊，如人臉識(shí)別設(shè)備、立式掌紋識(shí)別設(shè)備；只有指紋識(shí)別設(shè)備可以安放在門的把手附近，但由于指紋傳感器需要手指指肚平面正立平整的接觸傳感面，所以不能讓用戶以自然姿態(tài)把握門把手。
[0004]現(xiàn)有的基于人手的人體生物特征識(shí)別技術(shù)，大多數(shù)需要把人手伸直放平，放在專用設(shè)備上采集圖像以做識(shí)別，如掌紋識(shí)別需要把手掌攤平放開；指紋識(shí)別需要手指指肚對準(zhǔn)傳感面；手指和指關(guān)節(jié)識(shí)別需要把手指伸直平放。只有指關(guān)節(jié)識(shí)別技術(shù)可以使用自然彎曲狀態(tài)下的指關(guān)節(jié)背部圖像進(jìn)行識(shí)別，但該技術(shù)又難以控制圖像采集環(huán)境，容易受環(huán)境照明和反射影響。
[0005]現(xiàn)有的基于人手的人體生物特征識(shí)別技術(shù)都無法識(shí)別自然姿態(tài)下的人手，也無法與門把手結(jié)合使用。用戶在使用時(shí)需要先將手或手指準(zhǔn)確識(shí)別，再使用門把手推開門，導(dǎo)致識(shí)別操作與開門操作分離。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是提供一種能夠結(jié)合用戶識(shí)別操作與開門操作的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)及其識(shí)別方法。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種門把形握姿人手圖像采集裝置，用于采集握姿人手圖像，包括:側(cè)壁開設(shè)有圖像采集窗的門把形殼體，及設(shè)置于所述門把形殼體內(nèi)的光源和攝像設(shè)備；所述光源發(fā)出的光線能夠被手掌反射進(jìn)入所述攝像設(shè)備中成像。
[0009]優(yōu)選的，該門把形握姿人手圖像采集裝置還包括設(shè)置在所述門把形殼體內(nèi)的光學(xué)元件；所述被手掌反射的光線經(jīng)所述光學(xué)元件的引導(dǎo)進(jìn)入攝像設(shè)備中成像。
[0010]所述門把形殼體是以側(cè)壁作為旋轉(zhuǎn)面、尾部直徑較大且頭部直徑較小的圓臺(tái)體或類圓臺(tái)體，所述側(cè)壁整體透明，以實(shí)現(xiàn)圖像采集窗功能；所述攝像設(shè)備設(shè)置于所述門把形殼體頭部中央，多個(gè)所述光源圍繞所述攝像設(shè)備設(shè)置于所述門把形殼體頭部，所述光學(xué)元件為設(shè)置在所述門把形殼體尾部的反射鏡。
[0011]更優(yōu)的，所述門把形殼體側(cè)壁還設(shè)有供用戶握持時(shí)進(jìn)行參考定位的定位柱。[0012]此外，本實(shí)用新型還提供使用上述門把形握姿人手圖像采集裝置進(jìn)行握姿人手圖像識(shí)別的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng):
[0013]一種握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)，包括:順序連接的門把形握姿人手圖像采集裝置、特征提取模塊、識(shí)別模塊和執(zhí)行模塊，所述識(shí)別模塊還與存儲(chǔ)模塊連接；
[0014]所述門把形握姿人手圖像采集裝置用于采集握姿人手圖像并將握姿人手圖像傳送至所述特征提取模塊，
[0015]所述特征提取模塊用于提取握姿人手圖像中的特征數(shù)據(jù)，并將特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊，
[0016]所述識(shí)別模塊用于將特征數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中的特征模板進(jìn)行比對識(shí)別，并向執(zhí)行模塊輸出識(shí)別結(jié)果，
[0017]執(zhí)行模塊根據(jù)識(shí)別結(jié)果執(zhí)行操作。
[0018]所述特征提取模塊包括整體特征提取單元和局部特征提取單元；
[0019]所述整體特征提取單元用于提取握姿人手圖像的整體特征數(shù)據(jù)，并將整體特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊，
[0020]所述局部特征提取單元用于提取握姿人手圖像的局部特征數(shù)據(jù)，并將局部特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊，
[0021]所述識(shí)別模塊先根據(jù)所述整體特征數(shù)據(jù)縮小特征模板范圍，再將局部特征與特征模板比對識(shí)別。
[0022]所述整體特征提取單元包括左右手分類單元和人手外形特征提取單元；
[0023]所述左右手分類單元用于辨別握姿人手圖像是左手握持還是右手握持，并將左右手信息傳送至所述識(shí)別模塊，
[0024]所述人手外形特征提取模塊用于提取握姿人手圖像的人手外形數(shù)據(jù)，并將人手外形數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊，
[0025]所述識(shí)別模塊先根據(jù)所述左右手判斷信息和人手外形數(shù)據(jù)縮小特征模板范圍，再將局部特征與特征模板比對識(shí)別。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的門把形握姿人手圖像采集裝置及握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)將用戶識(shí)別操作與開門操作結(jié)合，用戶只需自然把握本實(shí)用新型的門把形握姿人手圖像采集裝置便可進(jìn)行識(shí)別，待識(shí)別通過，用戶就可繼續(xù)推拉本實(shí)用新型的門把形握姿人手圖像采集裝置將門打開，身份識(shí)別操作在不知不覺中自動(dòng)進(jìn)行，與傳統(tǒng)門把手使用方
式一致。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖2為本實(shí)用新型的門把形握姿人手圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本實(shí)用新型的門把形握姿人手圖像采集裝置的側(cè)壁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。[0032]本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)如圖1所示，包括順序連接的門把形握姿人手圖像采集裝置1、特征提取模塊2、識(shí)別模塊3和執(zhí)行模塊4，所述識(shí)別模塊3還與存儲(chǔ)模塊5連接，所述執(zhí)行模塊4與電子門鎖6連接。在本【具體實(shí)施方式】中，所述特征提取模塊2和識(shí)別模塊3是虛擬模塊，具體可以采用使用USB設(shè)備的桌面計(jì)算機(jī)或嵌入式系統(tǒng)；執(zhí)行模塊4可以采用USB 口通訊的單片機(jī)。在實(shí)際使用過程中，所述特征提取模塊2、識(shí)別模塊3和執(zhí)行模塊4也可以是實(shí)現(xiàn)獨(dú)立功能的硬件模塊。
[0033]本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)所使用的門把形握姿人手圖像采集裝置I如圖2所示，包括:門把形殼體11、光源12、攝像設(shè)備13和反射鏡14。所述門把形殼體11是以側(cè)壁111作為旋轉(zhuǎn)面、尾部112直徑較大且頭部113直徑較小的圓臺(tái)體或類圓臺(tái)體，側(cè)壁111整體透明，以實(shí)現(xiàn)圖像采集窗功能；所述攝像設(shè)備13設(shè)置于所述門把形殼體11頭部113中央，多個(gè)所述光源12圍繞所述攝像設(shè)備13設(shè)置于所述門把形殼體頭部113，所述反射鏡14設(shè)置在所述門把形殼體11尾部112。
[0034]門把形外殼11的側(cè)壁111采用透明材料制作，優(yōu)選為透光率>90%的光滑亞克力材料，該光滑亞克力材料采用多次逐級打磨制作以保證接觸面光滑透明?？梢岳斫獾?，所述側(cè)壁111也可以采用其他非透明材料制作，只需要在所述側(cè)壁111上開設(shè)透明的圖像采集
窗即可。
[0035]光源12優(yōu)選采用LED白色光源。可以理解的，所述光源12還可以采用其他類型的光源，也可以設(shè)置到門把形外殼11內(nèi)部的其他位置，只要能夠?yàn)槲兆巳耸謭D像采集提供足夠的照明即可。
[0036]攝像設(shè)備13的鏡頭優(yōu)選采用〈10mm焦距的普通或者針孔鏡頭。攝像設(shè)備13根據(jù)不同應(yīng)用需求可以采用模擬相機(jī)與USB采集卡，或USB接口的數(shù)字CCD/CM0S相機(jī)，或與USB無線適配器配對使用的無線(XD/CM0S相機(jī)，或可以使用以太網(wǎng)供電的以太網(wǎng)相機(jī)。
[0037]反射鏡14優(yōu)選采用全光譜反射鏡，全譜段反射率>95%?？梢岳斫獾?，所述反射鏡14也可以根據(jù)實(shí)際的光路變化需要采用其他光學(xué)元件。
[0038]請參見圖2中的虛線箭頭，該門把形握姿人手圖像采集裝置I進(jìn)行握姿人手圖像圖像采集時(shí)，所述光源12發(fā)出的光線被手掌反射，所述被手掌反射的光線經(jīng)所述光學(xué)元件14的引導(dǎo)進(jìn)入攝像設(shè)備13中成像，完成握姿人手圖像的采集。光學(xué)元件14起到了延長光路的作用，大大縮小了門把形殼體11的體積。
[0039]更優(yōu)的，請參見圖3，所述門把形殼體11側(cè)壁111下部的左右兩側(cè)分別設(shè)有定位柱15，用戶在把握門把形殼體11時(shí)，將定位柱15夾在左手或右手的食指與中指根部以實(shí)現(xiàn)參考定位。
[0040]本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)所使用的握姿人手圖像識(shí)別方法流程請參見圖4，包括以下步驟:
[0041]S1.(流程400-403)門把形握姿人手圖像采集裝置I采集握姿人手圖像；
[0042]S2.(流程404-417)特征提取模塊2提取所述握姿人手圖像中的特征數(shù)據(jù)；
[0043]S3.(流程418-421)識(shí)別模塊3將所述特征數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)裝置5中存儲(chǔ)的特征模板進(jìn)行比對識(shí)別；
[0044]S4.(流程422-423)若比對匹配成功，執(zhí)行模塊4開啟電子門鎖；若比對匹配失敗，執(zhí)行模塊4保持電子門鎖關(guān)閉。[0045]其中，所述特征提取模塊2包括左右手分類單元、人手外形特征提取單元和局部特征提取單元，所述步驟S2包括以下并行執(zhí)行的步驟:
[0046]S2-1-1.(流程404-407)左右手分類單元將握姿人手圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，提取握姿人手圖像中兩側(cè)中心區(qū)域的有效圖像并作差以辨別左右手，得左右手辨別結(jié)果；
[0047]S2-1-2.(流程408-412)人手外形特征提取單元極坐標(biāo)展開握姿人手圖像，沿半徑方向投影握姿人手圖像，二值化所述投影并以此算出人手長度，得人手長度數(shù)據(jù)；
[0048]S2-2.(流程413-417)局部特征提取單元對握姿人手圖像切分正方形小區(qū)塊，使用多方向Gabor濾波器濾波處理，使用LBP進(jìn)行編碼并組合各個(gè)區(qū)塊編碼，得局部特征編碼數(shù)據(jù)。
[0049]所述步驟S2-1-1能夠?qū)嵭械脑蛟谟诙ㄎ恢?5的設(shè)置，若沒有設(shè)置定位柱15，那么必須采用更加復(fù)雜的算法進(jìn)行左右手辨別，使得鑒別計(jì)算時(shí)間增加。
[0050]所述步驟S3包括以下步驟:
[0051]S3-1-1.(流程418)識(shí)別模塊4根據(jù)所述左右手辨別結(jié)果縮小所述特征模板范圍，
[0052]S3-1-2.(流程419)識(shí)別模塊4根據(jù)所述人手程度數(shù)據(jù)進(jìn)一步縮小所述特征模板范圍。
[0053]S3-2.(流程420-421)識(shí)別模塊4分別計(jì)算分別計(jì)算局部特征編碼數(shù)據(jù)與特征模板范圍內(nèi)的所有特征模板的馬氏距離并逐一判斷馬氏距離是否小于閾值，若馬氏距離小于閾值則匹配成功，若馬氏距離大于閾值則匹配失敗。
[0054]本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)在200人6000份特征模板的批量實(shí)驗(yàn)中取得98%以上的識(shí)別率，鑒別時(shí)間小于I秒，取得較好效果。
[0055]可以理解的，步驟2-1-1、步驟2-1-2、步驟S3-1-1和步驟S3-1-2都不是使用本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)所必須進(jìn)行的步驟，但步驟2-1-1、步驟2-1-2、步驟S3-1-1和步驟S3-1-2可大大縮短鑒別計(jì)算時(shí)間；所述步驟S2-1-2也可以使用其他的米集人手外形特征數(shù)據(jù)的方法代替；所述步驟2-2可以其他現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行圖像預(yù)處理，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)慣用的其他方法進(jìn)行編碼；所述步驟3-2也可以采用本領(lǐng)域慣用的其他識(shí)別方法進(jìn)行比對識(shí)別。
[0056]本實(shí)用新型的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)的存儲(chǔ)模塊5中的特征模板的獲得包括以下步驟:
[0057]Cl.用戶錄入用戶信息；
[0058]C2.門把形握姿人手圖像采集裝置I采集握姿人手圖像；
[0059]C3.特征提取模塊2提取所述握姿人手圖像中的特征模板；
[0060]C4.識(shí)別模塊3將所述用戶信息與特征模板存儲(chǔ)至存儲(chǔ)裝置5中。
[0061]可以理解的，在獲得所述特征模板的過程中，所述特征提取模塊2還可以同時(shí)提取左右手辨別結(jié)果和人手長度數(shù)據(jù)，并由所述識(shí)別模塊3將用戶信息、左右手辨別結(jié)果、人手長度數(shù)據(jù)與特征模板存儲(chǔ)至存儲(chǔ)裝置5中；在獲得所述特征模板的過程中還可以包括驗(yàn)證所述特征模板、存儲(chǔ)多個(gè)所述特征模板的步驟，都是本領(lǐng)域的慣用技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0062]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，對權(quán)利要求書所要求保護(hù)的技術(shù)方案作出的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種門把形握姿人手圖像采集裝置，用于采集握姿人手圖像，其特征在于，包括:側(cè)壁開設(shè)有圖像采集窗的門把形殼體，及設(shè)置于所述門把形殼體內(nèi)的光源和攝像設(shè)備；所述光源發(fā)出的光線能夠被手掌 反射進(jìn)入所述攝像設(shè)備中成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的門把形握姿人手圖像采集裝置，其特征在于:還包括設(shè)置在所述門把形殼體內(nèi)的光學(xué)元件；所述被手掌反射的光線經(jīng)所述光學(xué)元件的引導(dǎo)進(jìn)入攝像設(shè)備中成像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的門把形握姿人手圖像采集裝置，其特征在于:所述門把形殼體是以側(cè)壁作為旋轉(zhuǎn)面、尾部直徑較大且頭部直徑較小的圓臺(tái)體或類圓臺(tái)體，所述側(cè)壁整體透明，以實(shí)現(xiàn)圖像采集窗功能；所述攝像設(shè)備設(shè)置于所述門把形殼體頭部中央，多個(gè)所述光源圍繞所述攝像設(shè)備設(shè)置于所述門把形殼體頭部，所述光學(xué)元件為設(shè)置在所述門把形殼體尾部的反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的門把形握姿人手圖像采集裝置，其特征在于:所述門把形殼體側(cè)壁還設(shè)有供用戶握持時(shí)進(jìn)行參考定位的定位柱。
5.一種握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括:順序連接的門把形握姿人手圖像采集裝置、特征提取模塊、識(shí)別模塊和執(zhí)行模塊，所述識(shí)別模塊還與存儲(chǔ)模塊連接； 所述門把形握姿人手圖像采集裝置用于采集握姿人手圖像并將握姿人手圖像傳送至所述特征提取模塊， 所述特征提取模塊用于提取握姿人手圖像中的特征數(shù)據(jù)，并將特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊， 所述識(shí)別模塊用于將特征數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中的特征模板進(jìn)行比對識(shí)別，并向執(zhí)行模塊輸出識(shí)別結(jié)果， 執(zhí)行模塊根據(jù)識(shí)別結(jié)果執(zhí)行操作； 所述門把形握姿人手圖像采集裝置選用權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的門把形握姿人手圖像采集裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述特征提取模塊包括整體特征提取單元和局部特征提取單元； 所述整體特征提取單元用于提取握姿人手圖像的整體特征數(shù)據(jù)，并將整體特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊， 所述局部特征提取單元用于提取握姿人手圖像的局部特征數(shù)據(jù)，并將局部特征數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊， 所述識(shí)別模塊先根據(jù)所述整體特征數(shù)據(jù)縮小特征模板范圍，再將局部特征與特征模板比對識(shí)別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的握姿人手圖像識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述整體特征提取單元包括左右手分類單元和人手外形特征提取單元； 所述左右手分類單元用于辨別握姿人手圖像是左手握持還是右手握持，并將左右手信息傳送至所述識(shí)別模塊， 所述人手外形特征提取模塊用于提取握姿人手圖像的人手外形數(shù)據(jù)，并將人手外形數(shù)據(jù)傳送至所述識(shí)別模塊， 所述識(shí)別模塊先根據(jù)所述左右手判斷信息和人手外形數(shù)據(jù)縮小特征模板范圍，再將局部特征與特 征模板比對識(shí)別。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK203786745SQ201420166090
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】張大鵬, 曲曉峰 申請人:香港理工大學(xué)深圳研究院