專利名稱：三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種生物特征身份識別技術領域的圖像采集裝置。
背景技術：
隨著對社會安全和身份鑒別的準確性和可靠性要求的日益提高，單一生物特征識 別已不能滿足社會的需要，具有更高可靠性和準確性及適用性多模態生物特征識別的研究 研究與應用逐漸興起。 醫學和生物學及大量的對比試驗表明人手的形狀在一定時間范圍內具有唯一性 和穩定性，掌紋和指紋一樣是終身不變的，具有更強的唯一性，因此它們都可以作為生物特 征進行人的身份識別。 掌紋識別是在上世紀末出現的一種生物特征識別技術，由于掌紋比指紋含有更豐 富的細節信息，被認為可能取得更高的識別率。近年來已有實用系統出現，但市場上尚無真 正的掌紋識別機出售。盡管掌紋信息多，但要取得高識別率，必須采用復雜算法，充分利用 盡可能多信息，導致識別算法計算量大，識別效率低。 三維手形識別早在上世紀90年代初已經出現，由于采集裝置成本低、識別算法簡 單易實現，已在門禁、考勤等領域得到應用，據統計手形識別約占生物特征識別技術市場的 10%份額。但是手形識別存在特征點少，識別率不高的缺點。盡管已經存在關于掌紋圖像 采集裝置的專利、或者關于手形圖像采集裝置的專利，但并沒有同時將這兩種圖像融合在 一起的采集裝置。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可以縮短圖像采集時間、簡單而實用的采集正面手 形、側面手形和掌紋于一副圖像中的三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置。
本發明的目的是這樣實現的 它包括外殼，外殼的上表面為一層透明材料，透明材料的上面固定有3個小中空 立柱，中間的中空立柱內安裝一個數字溫度傳感器，左右兩個中空立柱為導電材料并安裝 有電極，在外殼上表面的兩側各安裝一個反射鏡片，反射鏡片向內傾斜45。角，外殼內設置 有光源、攝像頭和圖像采集與處理電路。
本發明還可以包括 1、圖像采集與處理電路包括CM0S攝像頭電路、電可擦除程序存儲器E2PR0M電路、 USB主控芯片控制電路、活體識別電路、光源電路和電源電路等，USB主控芯片控制電路設 置為Slave FIFO模式的從機方式，由CMOS攝像頭的時鐘信號PCLK控制USB主控芯片控 制電路內部的多層緩沖FIFO進行讀寫，利用幀同步信號VSYNC作為圖像采集的起始同步 信號，USB主控芯片控制電路直接接收CMOS攝像頭實時傳輸的圖像數據，通過緩存傳輸給 計算機，USB主控芯片通過SCCB總線控制CM0S攝像頭電路，5V電源通過USB接口從計算 機獲得，然后處理為5V、3. 3V、2. 8V多路電源，分別提供給CMOS攝像頭電路、USB主控電路、E2PR0M電路、活體識別電路和光源電路。 2、所述光源為陣列式光源，并在鏡頭前加入偏光鏡。 本發明具有以下優點 (1)是基于三維手形(正面手形、側面手形)和掌紋的多模態生物圖像采集裝置， 以此裝置進行圖像信息采集的生物特征識別系統，其性能好于僅基于掌形或掌紋的單模態 生物特征識別系統； (2)可以同時采集正面手形、側面手形和掌紋于一副圖像中，極大的提高圖像采集 速度，縮短采集時間； (3)具有活體檢測能力，可有效杜絕被采集對象偽造可能； (4)具有觸發開關，可有效減少裝置工作時間，提高裝置工作壽命。
圖1 :三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置外形圖； 圖2a :三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集原理示意圖； 圖2b:圖2a的俯視圖； 圖3 :三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置的硬件原理圖； 圖4 :觸發開關和活體檢測原理框圖； 圖5 :采集裝置工作流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述 結合圖l，l為裝置外殼，外殼長寬高約280X250X300mm ;2為外殼上表面的一層 透明材料；3為固定在透明材料上面的3個小中空立柱，用于確定手掌擺放位置，同時中間 立柱內安裝一個數字溫度傳感器，左右兩個中空立柱為導電材料，并安裝電極，可作為觸發 開關并進行活體檢測；4為分別安裝在外殼上表面兩側的，并向內傾斜45。角的反射鏡片， 用于折射手掌側面圖像。 在圖2中5為手掌；2為分別安裝在外殼上表面兩側的并向內傾斜45°角的反射 鏡片；6為CM0S攝像頭。 光源為陣列式光源，可產生投射在手掌上并發生反射的光，并在鏡頭前加入偏光 鏡以保證光的均衡；具有活體檢測模塊電路，可檢測被采集對象是否為活體；具有圖像采 集與數據傳輸電路。 系統工作時，將手掌置于按照圖1所示，放在指定的區域內，并且食指、中指、無名
指、小拇指之間的指窩盡可能貼緊并夾緊這3個確定位置的立柱，這樣保證中間的溫度傳
感器能檢測到指窩溫度，同時左右的兩個導電的電極立柱也能接觸到手指。 當系統檢測到兩個電極同時接通時，向控制電路發出觸發信號，硬件電路開始工
作，首先進行活體識別，活體識別包括溫度傳感器檢測溫度，電極檢測電阻。 活體識別通過后，接通光源，圖像采集器采集手掌圖像，包括正面手形、側面手形
和掌紋。由于單個LED照射手掌時，其反射光和投射光在光場內分布并不均勻，圖像采集時
效果很不理想，本發明采用陣列式結構， 集圖像的光源采用LED陣列照射，并加入偏光鏡以保證光的均衡。設計中采用全光通過鏡頭，這樣既保證了圖像采集器的光敏特性在惡劣 光源條件下的成像質量又可以采集到清晰的圖像。 圖像采集部分是以CMOS攝像頭芯片和USB2. 0控制芯片為核心，通過USB 口與計 算機連接，其硬件系統組成如圖3所示。 采集裝置硬件電路主要包括CMOS攝像頭電路，電可擦除程序存儲器E2PR0M電 路，USB主控芯片控制電路，活體識別電路、光源電路和電源電路等。上電后主芯片首先檢測 IIC總線上的E2PR0M，如果首字為0xC2，則把固件程序從E2PR0M中自動下載到自身的RAM 中并執行，實現重枚舉。從而提高系統的便攜性能。USB主控傳輸芯片設置為Slave FIFO 模式的從機方式，由CMOS攝像頭的時鐘信號PCLK控制USB芯片內部的多層緩沖FIFO進行 讀寫，從而確保了圖像采集的同步、無偏移特性；利用幀同步信號VSYNC作為圖像采集的起 始同步信號，這樣USB主控芯片就可以直接接收CMOS攝像頭實時傳輸的圖像數據，通過緩 存傳輸給計算機。USB主控芯片通過SCCB總線控制CMOS圖像芯片的各種參數。
5V電源通過USB接口從計算機獲得，然后處理為5V、3. 3V、2. 8V等多路電源，分別 提供給CMOS攝像頭電路、USB主控電路、E2PR0M電路、活體識別電路和光源電路。
圖4是觸發開關和活體檢測原理框圖。手掌在采集裝置上定位之后，同時接觸到 左右兩個電極立柱，觸發內部控制模塊。然后控制模塊向左端電極施加低直流電壓，然后檢 測右端電極的電位，以測量兩個電極之間的電阻。同時，測定手指指窩的溫度，當兩個測量 值都在規定的范圍內時，則表示是生物活體。 圖5是整個采集裝置工作流程圖。當手掌置于裝置指定位置上時，生物體活體檢 測模塊開始工作，活體確認通過后，點亮照明手掌的光源。圖像采集器采集同時采集三維手 形(正面手形、側面手形)和掌紋于一體的圖像，并將采集到圖像傳到計算機內。
權利要求
一種三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置，它包括外殼，外殼的上表面為一層透明材料，其特征是透明材料的上面固定有3個小中空立柱，中間的中空立柱內安裝一個數字溫度傳感器，左右兩個中空立柱為導電材料并安裝有電極，在外殼上表面的兩側各安裝一個反射鏡片，反射鏡片向內傾斜45°角，外殼內設置有光源、攝像頭和圖像采集與處理電路。
2. 根據權利要求1所述的三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置，其特征是圖像采集與處理電路包括CMOS攝像頭電路、電可擦除程序存儲器E2PR0M電路、USB主控芯片控制電路、活體識別電路、光源電路和電源電路等，USB主控芯片控制電路設置為SlaveFIFO模式的從機方式，由CMOS攝像頭的時鐘信號PCLK控制USB主控芯片控制電路內部的多層緩沖FIFO進行讀寫，利用幀同步信號VSYNC作為圖像采集的起始同步信號，USB主控芯片控制電路直接接收CMOS攝像頭實時傳輸的圖像數據，通過緩存傳輸給計算機，USB主控芯片通過SCCB總線控制CMOS攝像頭電路，5V電源通過USB接口從計算機獲得，然后處理為5V、3. 3V、2. 8V多路電源，分別提供給CMOS攝像頭電路、USB主控電路、E2PR0M電路、活體識別電路和光源電路。
3. 根據權利要求1或2所述的三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置，；所述光源為陣列式光源，并在鏡頭前加入偏光鏡。
全文摘要
本發明提供的是一種三維手形和掌紋的多模態生物圖像采集裝置。它包括外殼，外殼的上表面為一層透明材料，透明材料的上面固定有3個小中空立柱，中間的中空立柱內安裝一個數字溫度傳感器，左右兩個中空立柱為導電材料并安裝有電極，在外殼上表面的兩側各安裝一個反射鏡片，反射鏡片向內傾斜45°角，外殼內設置有光源、攝像頭和圖像采集與處理電路。本發明可以同時獲取正面手形、側面手形和掌紋的圖像，不僅采集速度快，而且與相關識別算法構成的多模態生物特征識別系統，其識別性能好于僅基于手形、或掌紋的單模態生物特征識別系統。
文檔編號G06K9/20GK101794376SQ201010100960
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月26日 優先權日2010年1月26日
發明者姜智超, 宋新景, 王晨暉, 王科俊, 管鳳旭, 馬也 申請人:哈爾濱工程大學