本發(fā)明屬于數(shù)字成像及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置，還涉及一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的方法。

背景技術(shù)：

目前控制信號(hào)的生成與識(shí)別主流方式包括：1.機(jī)械式識(shí)別控制，即采用特定機(jī)械加工做成具有剛性結(jié)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，如鑰匙與鎖扣，開關(guān)與控制按鈕等，當(dāng)特定機(jī)構(gòu)符合控制要求時(shí)就可切換不同的控制狀態(tài)；2.密碼式識(shí)別控制，即設(shè)定特殊數(shù)字、字母的組合作為控制密碼，驗(yàn)證密碼的正確性可以切換不同的控制狀態(tài)；3.無(wú)線射頻式識(shí)別控制，無(wú)線射頻技術(shù)讀取射頻卡上特定信息作為控制輸入信號(hào)，驗(yàn)證信息的正確性從而切換不同的控制狀態(tài)；4.生物特征式識(shí)別控制方式則采用指紋、虹膜、面部等生物特征作為控制信號(hào)的輸入，通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證輸入信號(hào)的有效性，并切換不同的控制狀態(tài)。上述幾類方法雖已廣泛應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，但不同識(shí)別控制方式使用過(guò)程中仍存在易用性、安全性、可靠性等諸多方面的問(wèn)題。

2010年以來(lái)，新興計(jì)算攝影學(xué)被認(rèn)為是數(shù)字成像領(lǐng)域的又一次革命性創(chuàng)新，光場(chǎng)成像理論作為計(jì)算攝影學(xué)的代表性理論之一，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間全光信號(hào)的四維采集。1996年Levoy和Gortler等提出采用一組平行雙平面來(lái)記錄空間中光線的位置和角度信息，并將一臺(tái)相機(jī)安裝在移動(dòng)機(jī)械臂上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)四維光場(chǎng)的采集(參見研究論文Levoy M,Hanrahan P.Light field rendering.Proceedings of conference on Computer graphics and interactive techniques.pp.31-42,1996)。光場(chǎng)角度信號(hào)與場(chǎng)景深度高度耦合，研究光場(chǎng)數(shù)據(jù)與場(chǎng)景深度的相關(guān)性及信號(hào)分析理論已成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域一個(gè)研究熱點(diǎn)。研究人員通過(guò)采用微透鏡陣列將三維表面進(jìn)行散射形成表面光場(chǎng)，進(jìn)而計(jì)算獲得表面的精確三維模型。該方法的基礎(chǔ)是獲取表面光場(chǎng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)光場(chǎng)不同角度信號(hào)分析計(jì)算場(chǎng)景的深度信息(參見C.Zhou,O.Cossairt and S.K.Nayar,Depth from Diffusion,IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,pp:1110-1117,2010)。通過(guò)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)角度信號(hào)進(jìn)行分析，Wanner和Goldluecke提出在光場(chǎng)極平面圖像(Epipolar plane image，簡(jiǎn)稱EPI)中通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)張量求取場(chǎng)景深度，該方法將多視匹配與光場(chǎng)角度采樣一致性進(jìn)行了統(tǒng)一(參見論文Wanner S,Goldluecke B.Spatial and angular variational super-resolution of 4D light fields.European Conference on Computer Vision.6:8-21,2012)。在此基礎(chǔ)上，Kim等利用角度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性提出了適合高分辨率光場(chǎng)數(shù)據(jù)與Plenoptic 1.0光場(chǎng)相機(jī)數(shù)據(jù)的場(chǎng)景幾何結(jié)構(gòu)重建方法(參見論文Kim C,Zimmer H,Pritch Y,et al.Scene reconstruction from high spatio angular resolution light fields.ACM Transactions on Graphics.32(4):1-12,2013)。對(duì)于目標(biāo)光場(chǎng)，其不同角度的光場(chǎng)數(shù)據(jù)子集可提取與角度先關(guān)的特征集合，多個(gè)角度的光場(chǎng)數(shù)據(jù)子集間又具有數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。光場(chǎng)信號(hào)的通常具有低可復(fù)制特性，因此光場(chǎng)信號(hào)可作為光場(chǎng)編碼信號(hào)識(shí)別裝置的輸入，并通過(guò)光場(chǎng)計(jì)算理論獲得光場(chǎng)信號(hào)識(shí)別的輸出結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置，其具有低可復(fù)制性，難以破解，保密性好的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的目的還在于提供一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的方法，解決了現(xiàn)有加密技術(shù)存在的容易破解的問(wèn)題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置，包括以下部件：

表面光場(chǎng)編碼板，所述表面光場(chǎng)編碼板包括具有三維表面結(jié)構(gòu)的底板和具有三個(gè)或三個(gè)以上凸透鏡的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列貼合于所述底板具有三維表面結(jié)構(gòu)的一面；

多視數(shù)據(jù)采集模塊，所述多視數(shù)據(jù)采集模塊從兩個(gè)或兩個(gè)以上視角利用圖像傳感器對(duì)所述表面光場(chǎng)編碼板進(jìn)行數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的采集，并將所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給光場(chǎng)信號(hào)處理模塊；

光場(chǎng)信號(hào)處理模塊，所述光場(chǎng)信號(hào)處理模塊首次利用所述多視數(shù)據(jù)采集模塊采集預(yù)存多視角的所述表面光場(chǎng)編碼板的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述光場(chǎng)信號(hào)處理模塊二次利用所述多視數(shù)據(jù)采集模塊采集所述表面光場(chǎng)編碼板的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)作為待比對(duì)數(shù)據(jù)，所述光場(chǎng)信號(hào)處理模塊對(duì)所述待比對(duì)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像差異比對(duì)后根據(jù)預(yù)設(shè)的相似程度閾值判斷是否識(shí)別成功。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

還包括光源模塊，所述光源模塊設(shè)置于所述表面光場(chǎng)編碼板周圍提供輔助照明。

還包括電源模塊，所述電源模塊分別為所述多視數(shù)據(jù)采集模塊、光場(chǎng)信號(hào)處理模塊以及光源模塊供電。

微透鏡陣列具有三個(gè)或三個(gè)以上的凸透鏡，所述三個(gè)或三個(gè)以上的凸透鏡在二維平面內(nèi)呈正多邊形排列，每個(gè)凸透鏡位于所述正多邊形的頂點(diǎn)位置。

凸透鏡滿足以下條件：令所述凸透鏡焦距為f，凸透鏡距離底板表面距離為d，所述底板厚度為a，則

d≤f≤d+a (1)。

底板經(jīng)過(guò)著色處理。

圖像傳感器設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)圖像傳感器設(shè)置于以所述底板為基準(zhǔn)平面的水平360°和/或垂直180°的范圍內(nèi)。

本發(fā)明所采用的另一種技術(shù)方案為：一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的方法，包括以下步驟：

第一步，設(shè)定多視數(shù)據(jù)采集模塊、光源模塊、光場(chǎng)信號(hào)處理模塊為初始狀態(tài)，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊預(yù)存有判斷相似程度的閾值；

第二步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊首次利用多視數(shù)據(jù)采集模塊拍攝表面光場(chǎng)編碼板多視角的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并將該數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于光場(chǎng)信號(hào)處理模塊作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

第三步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊二次利用多視數(shù)據(jù)采集模塊拍攝表面光場(chǎng)編碼板的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)作為待比對(duì)數(shù)據(jù)；

第四步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊采用圖像差異對(duì)比方法計(jì)算待比對(duì)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的相似程度，并根據(jù)預(yù)存的相似程度的閾值判斷是否識(shí)別成功，如果相似程度滿足設(shè)定的閾值，則輸出識(shí)別成功信號(hào)；反之，則輸出識(shí)別失敗信號(hào)。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

第四步中圖像差異對(duì)比方法采用圖像像素?cái)?shù)值差異、圖像特征差異或圖像像素統(tǒng)計(jì)差異的對(duì)比方法。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置與方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中編碼方式易于破解的問(wèn)題。本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置與方法采用在三維表面結(jié)構(gòu)附著一塊光學(xué)微透鏡陣列作為識(shí)別裝置的信號(hào)輸入，獲得一個(gè)具有唯一性特征的表面光場(chǎng)，并從多個(gè)不同視角采集目標(biāo)光場(chǎng)的數(shù)據(jù)，最終計(jì)算得出可用于識(shí)別控制的輸出信號(hào)，由于光場(chǎng)數(shù)據(jù)的高維特性，且本發(fā)明采用物理光場(chǎng)編碼板，因此其信號(hào)識(shí)別計(jì)算過(guò)程與密碼式、射頻式信號(hào)生成與識(shí)別裝置相比，難以采用密碼計(jì)算手段或其他技術(shù)手段進(jìn)行破解。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的物理連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3a是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的底板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3c是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的表面光場(chǎng)編碼板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的焦距相同的凸透鏡反射示意圖；

圖4b是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的焦距不同的凸透鏡反射示意圖；

圖5是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的供電方式示意圖；

圖6是本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的多視數(shù)據(jù)采集模塊安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.表面光場(chǎng)編碼板，2.多視數(shù)據(jù)采集模塊，3.光場(chǎng)信號(hào)處理模塊，4.光源模塊，5.電源模塊，11.微透鏡陣列，12.底板，21.相機(jī)，111.凸透鏡，121.紅色條紋，122.綠色條紋，1111.第一凸透鏡，1112.第二凸透鏡。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，本發(fā)明采用在三維表面結(jié)構(gòu)附著一塊光學(xué)微透鏡陣列作為識(shí)別裝置的信號(hào)輸入，獲得一個(gè)具有唯一性特征的表面光場(chǎng)，并從多個(gè)不同視角采集目標(biāo)光場(chǎng)的數(shù)據(jù)，最終計(jì)算得出可用于識(shí)別控制的輸出信號(hào)。具體地，本發(fā)明由表面光場(chǎng)編碼板1(作為信號(hào)輸入模塊)、多視數(shù)據(jù)采集模塊2、光源模塊4、光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3、電源模塊5五部分組成。

本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置信號(hào)輸入模塊的核心是上述表面光場(chǎng)編碼板1。該編碼板的底板部分可由透明或不透明材質(zhì)的材料制成。優(yōu)選的，底板需滿足印刻具有深度差大于0.01mm的三維表面結(jié)構(gòu)的要求，底板厚度應(yīng)不小于三維表面結(jié)構(gòu)的深度。在底板具有三維表面結(jié)構(gòu)的一面，緊密貼合一塊微透鏡陣列。微透鏡陣列包括2個(gè)及以上的凸透鏡，該微透鏡陣列可由透光率大于80％的透光材料制成，微透鏡陣列上的凸透鏡可采用如六邊形或四邊形的規(guī)則二維平面方式排列，也可采用隨機(jī)的非規(guī)則二維平面方式排列。組成微透鏡陣列的每個(gè)凸透鏡其焦距應(yīng)不大于5cm。各凸透鏡可具有相同或者不同的光學(xué)特性，如各凸透鏡的尺寸及焦距可以保持相同，也可以存在差異。但是，各個(gè)微透鏡單元凸透鏡須滿足如下要求：令凸透鏡焦距為f，凸透鏡距離底板表面為d，底板厚度a，則凸透鏡焦距應(yīng)滿足式(1)的要求：

d≤f≤d+a (1)

優(yōu)選的，可以對(duì)底板進(jìn)行著色處理，使得其表面在多視數(shù)據(jù)采集模塊的相機(jī)獲取圖像后，存在RGB顏色空間單通道具有i∈[0,255]強(qiáng)度等級(jí)的可分辨性。此時(shí)，底板與微透鏡陣列組成一個(gè)表面光場(chǎng)，底板與微透鏡陣列的固定方式需確保底板與微透鏡陣列不發(fā)生相對(duì)位置的移動(dòng)。

本發(fā)明的多視數(shù)據(jù)采集模塊2，其可從兩個(gè)或兩個(gè)以上的視角利用圖像傳感器對(duì)表面光場(chǎng)編碼板1進(jìn)行數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的采集。在編碼板微透鏡陣列為正面的一面，不同視角的圖像傳感器可均勻分布或者非均勻分布在以微透鏡陣列為水平面的水平360°和垂直180°的范圍內(nèi)。不同視角所采集的圖像需覆蓋整個(gè)表面光場(chǎng)編碼板1，且其分辨率下限需保證每個(gè)微透鏡所成圖像區(qū)域大于1個(gè)像素。不同視角的圖像采集可采用軟同步或者硬同步方式進(jìn)行控制，圖像采集的同步精度應(yīng)不低于1秒/幀。

為了提高表面光場(chǎng)的圖像采集質(zhì)量，本發(fā)明在表面光場(chǎng)編碼板1周圍安裝輔助照明的光源模塊4。光源模塊4可與多視數(shù)據(jù)采集模塊2同時(shí)工作，滿足多視數(shù)據(jù)采集模塊2中傳感器對(duì)編碼板進(jìn)行圖像采集的環(huán)境要求。光源模塊4可以由一組具有低頻閃特性的led燈或具有低頻閃特性的燈箱組成，光源需環(huán)繞在表面光場(chǎng)編碼板1所在位置的四周，使得其對(duì)編碼板的照明符合漫反射照明的原則，以減少遮擋和陰影對(duì)圖像采集過(guò)程的影響。

本發(fā)明的光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3采用表面光場(chǎng)編碼板1的多視圖像數(shù)據(jù)作為輸入，以光場(chǎng)編碼信號(hào)的識(shí)別結(jié)果作為輸出。光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3的核心是采用現(xiàn)有微處理器架構(gòu)的可計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行光場(chǎng)編碼信號(hào)的計(jì)算生成，此類平臺(tái)包括通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)以及嵌入式計(jì)算平臺(tái)，如服務(wù)器計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、筆記本、DSP、FPGA、ARM計(jì)算平臺(tái)等。上述計(jì)算平臺(tái)需要具有多視圖像數(shù)據(jù)的處理及圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。利用多視數(shù)據(jù)采集模塊2，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3需首先拍攝表面光場(chǎng)編碼板1的多視角數(shù)據(jù)作為預(yù)存的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。光場(chǎng)編碼信號(hào)的識(shí)別需要計(jì)算表面光場(chǎng)編碼板1多視圖像數(shù)據(jù)與預(yù)存的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差異。圖像差異對(duì)比過(guò)程可以采用圖像像素?cái)?shù)值差異、圖像特征差異、圖像像素統(tǒng)計(jì)差異等多種主流差異對(duì)比方法。當(dāng)圖像差異小于預(yù)設(shè)定條件時(shí)，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊發(fā)出識(shí)別成功信號(hào)；當(dāng)圖像差異大于預(yù)設(shè)定條件時(shí)，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊發(fā)出識(shí)別失敗信號(hào)。光場(chǎng)編碼信號(hào)的輸出可采用數(shù)字或模擬方式。光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3可采用特定加密程序?qū)λ鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行添加和刪除。

本發(fā)明的電源模塊5可采用直流或交流的供電方式，電源模塊5具有電壓和電流調(diào)節(jié)功能，從而滿足多視數(shù)據(jù)采集模塊2、光源模塊4和光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3不同耗能單元的電力輸入要求。

本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置可作為控制信號(hào)輸入與輸出端獨(dú)立使用，也可用于具有控制信號(hào)輸入與輸出功能的組件使用，為需要識(shí)別控制的系統(tǒng)提供數(shù)字或模擬信號(hào)的輸出。

本發(fā)明提供的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的方法，包括以下步驟：

第一步，設(shè)定多視數(shù)據(jù)采集模塊2、光源模塊4、光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3為初始狀態(tài)，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊2預(yù)存有判斷相似程度的閾值；

第二步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3首次利用所述多視數(shù)據(jù)采集模塊2拍攝表面光場(chǎng)編碼板1多視角的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，并將該數(shù)字圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于所述光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

第三步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3二次利用多視數(shù)據(jù)采集模塊2拍攝表面光場(chǎng)編碼板1的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)作為待比對(duì)數(shù)據(jù)；

第四步，光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3采用圖像差異對(duì)比方法計(jì)算待比對(duì)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的相似程度，并根據(jù)預(yù)存的判斷相似程度的閾值判斷是否識(shí)別成功，如果相似程度滿足設(shè)定的閾值，則輸出識(shí)別成功信號(hào)；反之，則輸出識(shí)別失敗信號(hào)。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置的物理連接結(jié)構(gòu)圖可以如圖2所示，包括5個(gè)部分：

一塊表面光場(chǎng)編碼板1、一個(gè)多視數(shù)據(jù)采集模塊2、一個(gè)光源模塊3、一個(gè)光場(chǎng)信號(hào)處理模塊4以及一個(gè)電源模塊5。

本發(fā)明的表面光場(chǎng)編碼板1由一塊底板12與一個(gè)微透鏡陣列11組成，微透鏡陣列11如圖3a所示，凸透鏡采用正六邊形排布，從而增加單位面積的透鏡數(shù)量。微透鏡陣列中的單個(gè)凸透鏡111成圓形，直徑為2mm，焦距為4mm，為平凸透鏡。凸透鏡111采用透光率大于90％聚碳酸酯材料(PC)制成，排布的水平方向不少于30個(gè)，垂直方向不少于10個(gè)，微透鏡陣列11由總計(jì)不少于300個(gè)的凸透鏡111組成。微透鏡陣列11整尺寸長(zhǎng)65mm、寬25mm、厚度2mm。

非透明材質(zhì)所做成的底板12如圖3b所示，采用鋁板制成一塊長(zhǎng)65mm、寬25mm、厚度3mm的底板。底板12上印刻有深度不同樣式的條紋，圖3b中121和122所示條紋，121為紅色條紋，其寬度2mm、深度2mm；122為綠色條紋，其寬度1mm、深度為1mm。如圖3c所示，底板12刻有條紋的一面與微透鏡陣列11用粘合劑緊密貼合。此時(shí)，微透鏡陣列11中的單個(gè)凸透鏡111應(yīng)聚焦于底板12厚度的中間位置。

如圖4a所示，當(dāng)微透鏡陣列11的各凸透鏡111成像參數(shù)一致時(shí)，如凸透鏡111聚焦于底板12表面某一深度，各透鏡聚111焦距深度相同；如圖4b所示，當(dāng)微透鏡陣列11成像參數(shù)存在差異時(shí)，如凸透鏡111中的第一凸透鏡1111與第二凸透鏡1112焦距不同時(shí)，其聚焦于底板12的深度也不同。不管凸透鏡111的焦距大小，只要微透鏡陣列11與底板12的配合方式滿足式(1)的要求即可。

本發(fā)明的光源模塊4采用8個(gè)亮度大于300Lux，色溫大于6000K的led燈構(gòu)成，led燈成圓環(huán)狀均勻分布。該光源模塊布置于表面光場(chǎng)編碼板1周圍，可從不同方向?qū)Ρ砻婀鈭?chǎng)編碼板1進(jìn)行照明。光源模塊4與多視數(shù)據(jù)采集模塊2的電路連接采用串聯(lián)模式，保證兩個(gè)模塊可同時(shí)處于工作狀態(tài)，其連接示意圖如圖5所示。

本發(fā)明的多視數(shù)據(jù)采集模塊2由多個(gè)均勻分布在表面光場(chǎng)編碼板1周圍的圖像傳感器構(gòu)成。本發(fā)明采用3臺(tái)Point Gray公司的FL3-U3-88S2C型的超緊湊型相機(jī)21作為圖像傳感器，其三維體積為長(zhǎng)29mm、寬29mm、高30mm，采用USB3.0接口可獲取20幀/秒分辨率為4096*2160的彩色圖像。將3臺(tái)相機(jī)成如圖6所示的方式分布，相機(jī)光軸應(yīng)盡可能與表面光場(chǎng)編碼板1中心對(duì)齊，各相機(jī)之間水平間隔6.5cm，相鄰相機(jī)光軸成30°夾角。采用支架將相機(jī)進(jìn)行固定，并使得表面光場(chǎng)編碼板1處于各臺(tái)相機(jī)21的視野中央。相機(jī)21需能夠準(zhǔn)確對(duì)焦于表面光場(chǎng)編碼板1表面，且使得每個(gè)凸透鏡111所成圖像區(qū)域大于1個(gè)像素。

本發(fā)明的光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3由一臺(tái)數(shù)據(jù)處理筆記本工作站構(gòu)成，采用DELL公司的Precision7510移動(dòng)工作站，其包含3個(gè)連接FL3-U3-88S2C型相機(jī)的USB3.0接口。在移動(dòng)工作站上采用同步控制軟件對(duì)3臺(tái)相機(jī)21進(jìn)行采集控制與同步控制。同時(shí)，移動(dòng)工作站需先采集表面光場(chǎng)編碼板1的多視數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)，用于光場(chǎng)編碼識(shí)別計(jì)算的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)需要識(shí)別光場(chǎng)編碼輸入信號(hào)時(shí)，再次對(duì)表面光場(chǎng)編碼板1進(jìn)行多視數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而與已存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如對(duì)比數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)匹配，則給出識(shí)別成功信號(hào)，否則發(fā)出識(shí)別失敗信號(hào)。本實(shí)施例中采用了數(shù)據(jù)處理筆記本實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及計(jì)算功能，故其電源模塊5可直接采用筆記本原廠適配器。如需對(duì)光場(chǎng)信號(hào)處理模塊3進(jìn)行小型化或其他用戶定制設(shè)計(jì)，則需依據(jù)其組成元件的需求進(jìn)行獨(dú)立電源模塊的設(shè)計(jì)。

本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的方法，其識(shí)別計(jì)算過(guò)程首先采用多視數(shù)據(jù)對(duì)比算法將每次數(shù)據(jù)采集結(jié)果與已存儲(chǔ)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異計(jì)算，隨后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的相似程度作為判斷光場(chǎng)編碼信號(hào)是否被識(shí)別成功的依據(jù)。差異計(jì)算過(guò)程采用圖像差分方法來(lái)計(jì)算圖像差異，假設(shè)一幅數(shù)據(jù)模板圖像為I_ai，多視數(shù)據(jù)采集模塊采集到與之對(duì)應(yīng)視角的圖像為I_bi，則單個(gè)視角下I_ai與I_bi的圖像差分結(jié)果E_i如公式(2)所示：

E_i＝||I_ai-I_bi||₂ (2)，

其中i∈[1,2,L,N]，N為多視數(shù)據(jù)采集模塊的視角個(gè)數(shù)，此實(shí)施例中N＝3。圖像差分結(jié)果采用2范數(shù)距離進(jìn)行度量，此外1范數(shù)距離和無(wú)窮范數(shù)距離也可作為圖像差異的有效度量。計(jì)算單個(gè)視角圖像差分結(jié)果后，采用逐像素統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算單個(gè)視角圖像的匹配程度D_i，D_i計(jì)算過(guò)程采用如公式(3)的方式進(jìn)行：

$D_i=\underset{x=1}{\overset{W}{\Σ}}\underset{y=1}{\overset{H}{\Σ}}count\[E_i(x,y)\>S\]---\left(3\right),$

其中閾值S是一個(gè)差異顯著性閾值，本例中圖像單個(gè)通道的灰度等級(jí)為[0,255]，故本例中S＝5，即認(rèn)為灰度差異值大于2％則像素差異明顯，本例中的彩色圖像如任意一個(gè)通道滿足差異大于閾值S，則認(rèn)為像素差異明顯。依據(jù)多視角圖像匹配程度D_i，采用公式(4)給出光場(chǎng)編碼信號(hào)的識(shí)別結(jié)果：

其中Norm(·)表示待對(duì)比圖像的像素?cái)?shù)，||D||_∞表示向量D的無(wú)窮范數(shù)。T代表光場(chǎng)識(shí)別計(jì)算時(shí)的容差上限T∈[0,1.0]，本例中容差限設(shè)定為0.9，即滿足匹配程度超過(guò)90％則發(fā)出識(shí)別成功信號(hào)，反之則發(fā)出識(shí)別失敗信號(hào)。當(dāng)容差上限T越接近1.0時(shí)，光場(chǎng)識(shí)別計(jì)算過(guò)程的安全性越高；當(dāng)容差上限T越接近0.0時(shí)，則光場(chǎng)識(shí)別計(jì)算過(guò)程的魯棒性越高，越不容易受到噪聲、光照變化等因素的影響。

不同于現(xiàn)有機(jī)械式、密碼式、射頻式、生物特征式控制信號(hào)生成與識(shí)別方式，本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置與方法采用表面光場(chǎng)編碼板作為光場(chǎng)編碼信號(hào)輸入。由于表面光場(chǎng)編碼板采用光學(xué)微透鏡陣列與具有三維表面結(jié)構(gòu)的底板組合而成，光學(xué)微透鏡不易重復(fù)加工，三維表面光場(chǎng)編碼數(shù)據(jù)與底板三維結(jié)構(gòu)相關(guān)，因此光場(chǎng)編碼板具有低可復(fù)制特性。

本發(fā)明的一種三維表面光場(chǎng)編碼信號(hào)生成及識(shí)別的裝置與方法采用光場(chǎng)多角度數(shù)據(jù)及特征對(duì)比方法計(jì)算獲得光場(chǎng)編碼信號(hào)的識(shí)別結(jié)果。由于光場(chǎng)數(shù)據(jù)的高維特性，且本發(fā)明信號(hào)輸入采用物理的表面光場(chǎng)編碼板，因此其信號(hào)識(shí)別計(jì)算過(guò)程與密碼式、射頻式信號(hào)生成與識(shí)別裝置相比，難以采用密碼計(jì)算手段或其他技術(shù)手段進(jìn)行破解。

不同于生物特征式控制信號(hào)生成與識(shí)別裝置，本發(fā)明采用的表面光場(chǎng)編碼板具有人造特征，如光場(chǎng)編碼板丟失，將不會(huì)產(chǎn)生使用人隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。而且該表面光場(chǎng)編碼板的特征易于生產(chǎn)和更換，使用成本不高。