CN101763501B - 一种无约束手掌图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无约束手掌图像采集装置，该装置包括：一设备外壳，分为上部采集区，下部非透明区和底座；一照明光源；一采集用摄像头；一控制、存储用PC机；一单色背景幕。该硬件系统采集时对用户左右手类别，手掌放置位置与角度和手掌形状大小无限制，弧形采集区域适应手掌自然姿态，光源可控，所采集手掌图像清晰、完整，可作为各种基于二维手掌掌形和掌纹、指纹的生物特征识别系统的手掌图像采集装置。本装置具有搭建简单，适应性强，成本低廉的优点。利用本装置建立了高自由度的手掌库，所得手掌图像已用于掌纹、掌形特征识别系统并获得很好的效果。

Description

一种无约束手掌图像采集装置

技术领域

本发明属于计算机图像采集技术领域，尤其涉及一种生物特征识别系统专用的无约束手掌图像采集装置。

背景技术

手掌特征，包括指纹、掌纹、掌形等，是生物识别技术(BiometricIdentification Technology)的一个重要研究分支。手掌部分的特征具有易用性高、误认影响因素少、准确性高、安全级别高、长期稳定等特点。因而指纹识别技术的发展一直以来备受关注，而掌纹和掌形特征识别近年来也逐渐受到重视。

手掌图像采集是手掌特征识别不可或缺的前提，该领域的研究在近些年取得了一定的进展，但仍处在初步阶段。当前的手掌图像采集设备多采用窗口模式(镶嵌图)、定位销定位，优点是掌形特征定位算法简单。然而这两种方式，前者窗口大小固定，难以适应不同大小的手掌采集；后者的定位销使用需要用户有专门指导或训练；两者还都存在不能普适左右手和舒适度欠佳的缺陷。

现有的基于暗箱中扫描仪的改进掌纹采集设备，以挡板代替了定位销的强限制，适用于左右手，是手掌图像采集的主要应用方法，但此方法仍未给用户提供较高的自由度，手掌位置大致固定且方向一致，特征提取算法难度较低；同时，由于在扫描仪平面上进行采集，手掌受到拉伸和压力，无法避免色斑的产生，因而影响后续的识别过程。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有采集方法对用户限制多、适应性和通用性差，手掌提取定位算法简单、适用性差的缺点和不足，本发明提出了一种无约束手掌图像采集装置，具有用户手掌放置位置自由度大，采集过程快捷方便、舒适度高，掌部无拉伸导致的色斑和掌纹变形等优点，顺应掌形采集系统易用化的发展趋势。同时，本采集装置所采集图像手掌部分完整清晰，较好地反应了掌形和掌纹的自然状态，适用于后续生物特征识别工作的各种需要的特征提取。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种无约束手掌图像采集装置，用于不同人群手掌多样性特征的实时采集，该装置包括：

一背景幕05，作为手掌图像采集的背景，避免复杂背景对后续特征提取的干扰；

一灯泡形设备外壳01，该外壳包括：顶部弧形透明采集区域011，下部非透明区域012和底座013，待采集图像的手掌掌心向下覆盖在顶部弧形透明采集区域011的表面；

多个照明光源02，设置于顶部弧形透明采集区域011与下部非透明区012的交界圆周上，用于对手掌进行照明和补光；

一采集用摄像头03，设置于底座013上，用于对手掌图像进行采集；

一控制存储用PC机04，连接于安装在底座013上的采集用摄像头03，运行采集监控程序，监视实时采集图像，并存储所采集的手掌图像。

上述方案中，所述背景幕05采用吸收光线材质制成。

上述方案中，所述顶部弧形透明采集区域011呈弧形，符合手掌的自然形态，用户使用舒适度高，手掌皮肤无紧绷导致的掌纹变形和色斑影响。

上述方案中，所述下部非透明区域012是经过磨砂处理或非透明涂层处理的，在不阻碍环境光照明的前提下，避免侧面强光源对图像采集的干扰和反光，提高图像的采集质量。

上述方案中，所述照明光源02为分布在顶部弧形透明采集区域011与下部非透明区012的交界圆周上的侧光源，以避免反光影响采集图像质量，光源强度可根据补光需要调节。

上述方案中，所述照明光源02采用LED光源，对称分布于顶部弧形透明采集区域011与下部非透明区012的交界圆周上，根据使用时环境光的亮度，控制LED的发光数量，起到有效的补光作用。

上述方案中，所述照明光源02下部以挡板形式进行遮挡，避免光线直接进入摄像头03，干扰成像质量。

上述方案中，所述采集用摄像头03，可根据对所采集图像的质量需求，便捷地更换不同精度的采集设备。

上述方案中，所述底座013牢固地固定于实验台上，以卡具实现图像采集部件摄像头03的便捷更换。

(三)有益效果

本发明提供的这种无约束手掌图像采集装置，具有如下特点：

1)对用户使用过程无约束，不限制用户手掌左右、大小、位置、角度、手指张合度，用户舒适度高，无需特别训练和指导；

2)手掌成像质量好，采集区011弧形符合手掌的自然形态，用户使用舒适度高，手掌皮肤无紧绷导致的掌纹变形和色斑影响，掌纹无变形，基本消除皮肤紧绷出现的色斑；

3)设备外壳下部非透明区012，通过磨砂处理，在不阻碍环境光照明的前提下，避免了侧面强光源对图像采集的干扰和反光，提高了图像的采集质量；

4)照明光源02根据环境光线水平进行补光照明，其位置均匀分布在非透明区边界线圆周以避免反光影响采集图像质量，光源强度可根据补光需要进行调节；

5)通过PC机04的监视器实时监控手掌图像状态，可选择理想成像保存为结果；

6)采集方便快捷，搭建简单，采集装置各部件均采用成品，成本低廉。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1为本发明提供的无约束手掌图像采集装置的结构示意图。

图2为无约束手掌图像采集装置设备外壳01采集区011和非透明区区012部分示意图。

图3为所采集的手掌图像的样本实例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的无约束手掌图像采集装置如图1所示，该装置包括：背景幕05，作为手掌图像采集的背景，避免复杂背景对后续特征提取的干扰。灯泡形设备外壳01，该外壳包括：顶部弧形透明采集区域011，下部非透明区域012和底座013，待采集图像的手掌掌心向下覆盖在顶部弧形透明采集区域011的表面。多个照明光源02，设置于顶部弧形透明采集区域011与下部非透明区012的交界圆周上，用于对手掌进行照明和补光。采集用摄像头03，设置于底座013上，用于对手掌图像进行采集。控制存储用PC机04，连接于安装在底座013上的采集用摄像头03，运行采集监控程序，监视实时采集图像，并存储所采集的手掌图像。

如图2所示，本发明的无约束手掌图像采集装置搭建方法为：装置选取灯泡形的透光材质制作设备外壳01取顶部高为H的区域作为用户手掌放置的采集区011，其弧度符合手掌的自然张开姿态，手掌自然张开掌心向下扣在采集区011的上表面；灯泡形设备外壳其余区域进行磨砂处理形成非透明区012，达到不阻碍环境光线照明的同时，防止周围强光源在外壳处反光而带来的对采集过程成像质量的影响；底座013应牢固，能够方便稳固地固定于实验台上，以卡具实现图像采集部件摄像头03的便捷更换。

照明光源02采用LED光源，如图1所示对称分布于采集区011和非透明区012的边界上，根据使用时环境光的亮度，控制LED的发光数量，从而起到有效的补光作用，光源下部以挡板形式进行遮挡，避免光线直接进入摄像头03，干扰成像质量。

摄像头03，固定于底座013上，可根据采集图像质量需要更换不同成像质量的摄像设备。

PC机04，通过USB1.1接口的数据线同摄像头相连接，工作时运行采集软件，实时监控手掌图像成像状态，操作者通过外设输入选择满意帧作为采集结果。

背景幕05，以吸收光线材质制成，避免复杂背景对后续特征提取的干扰。

本发明中无约束手掌图像采集装置的工作方式为：以单色背景幕05为背景，用户手掌自然张开扣在设备外壳01的顶部采集区域011表面；设备外壳下部非透明区012，通过磨砂处理，在不阻碍环境光照明的前提下，避免了侧面强光源对图像采集的干扰和反光，提高了图像的采集质量；照明光源02根据环境光线水平进行补光照明，根据环境光源强度进行补光调节；摄像头03所采集的图像信息经过数据线传输至PC机04；PC机04运行采集用交互程序，接收并显示摄像头采集的实时图像信号，通过外设输入确定保存特定帧图像至本地硬盘。

本发明中无约束手掌图像采集装置的实施例各部件按表1给出的详细参数和说明。

表1

本发明装置实施例选取Despace公司台灯部件作为设备外壳01，如图2所示取顶部高为H＝8cm，γ≈55°的区域作为用户手掌放置的采集区011，其弧度符合手掌的自然张开姿态；灯泡形设备外壳其余区域进行磨砂处理形成非透明区012，以起到不阻碍环境光线照明的同时，防止周围强光源在外壳处反光而带来的对采集过程成像质量的影响；底座013在原有灯罩配件的基础上加圆形金属盘(直径约25cm)作为固定底盘，能够方便稳固地完成设备与实验台的稳固固定，以卡具实现图像采集部件摄像头03的便捷更换。

照明光源02采用功率为1W的白光LED 4组共8个，每两个一组均匀分布于采集区011和非透明区012的边界线上，底部遮光，可根据采集时环境光线强弱，控制开启每组中的1个或2个LED进行补光。

摄像头03采用Logitech公司的QuickCam for Notebooks Pro型摄像头，调节焦距使之处于采集区界面，成像清晰后固定于底座013上，以数据线连接PC主机04。

单色背景幕05，采用光线吸收效果良好的黑色条绒布制作，以达到遮蔽所采集手掌图像的整个背景为尺寸依据，避免特征提取时的复杂背景干扰。

本发明装置采集过程为：以单色背景幕05为背景，用户手掌自然张开以任意角度和位置扣在设备外壳01的顶部采集区域011的表面；设备外壳下部非透明区012，通过磨砂处理，在不阻碍环境光照明的前提下，避免侧面强光源对图像采集的干扰和反光，提高了图像的采集质量；照明光源02根据环境光线水平进行补光照明；摄像头03所采集的实时图像信息经过数据线传输至PC机04；PC机04运行采集用交互程序，接收并显示摄像头采集的实时图像信号，通过外设输入确定保存特定帧图像至本地硬盘。

采集过程中，对用户无约束，无需做过多指导说明，采集舒适度高，手掌图像均符合清晰度需求。图3为所采集的手掌图像的样本实例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无约束手掌图像采集装置，用于不同人群手掌多样性特征的实时采集，其特征在于，该装置包括：

一背景幕(05)，作为手掌图像采集的背景，避免复杂背景对后续特征提取的干扰；

一灯泡形设备外壳(01)，该外壳包括：顶部弧形透明采集区域(011)，下部非透明区域(012)和底座(013)，待采集图像的手掌掌心向下覆盖在顶部弧形透明采集区域(011)的表面；

多个照明光源(02)，设置于顶部弧形透明采集区域(011)与下部非透明区(012)的交界圆周上，用于对手掌进行照明和补光；

一采集用摄像头(03)，设置于底座(013)上，用于对手掌图像进行采集；

一控制存储用PC机(04)，连接于安装在底座(013)上的采集用摄像头(03)，运行采集监控程序，监视实时采集图像，并存储所采集的手掌图像。

2.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述背景幕(05)采用吸收光线材质制成。

3.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述顶部弧形透明采集区域(011)呈弧形，符合手掌的自然形态，手掌皮肤无紧绷导致的掌纹变形和色斑影响。

4.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述下部非透明区域(012)是经过磨砂处理或非透明涂层处理的，在不阻碍环境光照明的前提下，避免侧面强光源对图像采集的干扰和反光，提高图像的采集质量。

5.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述照明光源(02)为分布在顶部弧形透明采集区域(011)与下部非透明区(012)的交界圆周上的侧光源，以避免反光影响采集图像质量，光源强度可根据补光需要调节。

6.根据权利要求5所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述照明光源(02)采用LED光源，对称分布于顶部弧形透明采集区域(011)与下部非透明区(012)的交界圆周上，根据使用时环境光的亮度，控制LED的发光数量，起到有效的补光作用。

7.根据权利要求5或6所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述照明光源(02)下部以挡板形式进行遮挡，避免光线直接进入摄像头(03)，干扰成像质量。

8.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述采集用摄像头(03)，可根据对所采集图像的质量需求，便捷地更换不同精度的采集设备。

9.根据权利要求1所述的无约束手掌图像采集装置，其特征在于，所述底座(013)牢固地固定于实验台上，以卡具实现图像采集部件摄像头(03)的便捷更换。

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