CN101794376B - 三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置 - Google Patents

三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置 Download PDF

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本发明提供的是一种三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置。它包括外壳，外壳的上表面为一层透明材料，透明材料的上面固定有3个小中空立柱，中间的中空立柱内安装一个数字温度传感器，左右两个中空立柱为导电材料并安装有电极，在外壳上表面的两侧各安装一个反射镜片，反射镜片向内倾斜45°角，外壳内设置有光源、摄像头和图像采集与处理电路。本发明可以同时获取正面手形、侧面手形和掌纹的图像，不仅采集速度快，而且与相关识别算法构成的多模态生物特征识别系统，其识别性能好于仅基于手形、或掌纹的单模态生物特征识别系统。

Description

三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置
技术领域
本发明涉及的是一种生物特征身份识别技术领域的图像采集装置。
背景技术
随着对社会安全和身份鉴别的准确性和可靠性要求的日益提高，单一生物特征识别已不能满足社会的需要，具有更高可靠性和准确性及适用性多模态生物特征识别的研究研究与应用逐渐兴起。
医学和生物学及大量的对比试验表明人手的形状在一定时间范围内具有唯一性和稳定性，掌纹和指纹一样是终身不变的，具有更强的唯一性，因此它们都可以作为生物特征进行人的身份识别。
掌纹识别是在上世纪末出现的一种生物特征识别技术，由于掌纹比指纹含有更丰富的细节信息，被认为可能取得更高的识别率。近年来已有实用系统出现，但市场上尚无真正的掌纹识别机出售。尽管掌纹信息多，但要取得高识别率，必须采用复杂算法，充分利用尽可能多信息，导致识别算法计算量大，识别效率低。
三维手形识别早在上世纪90年代初已经出现，由于采集装置成本低、识别算法简单易实现，已在门禁、考勤等领域得到应用，据统计手形识别约占生物特征识别技术市场的10％份额。但是手形识别存在特征点少，识别率不高的缺点。尽管已经存在关于掌纹图像采集装置的专利、或者关于手形图像采集装置的专利，但并没有同时将这两种图像融合在一起的采集装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以缩短图像采集时间、简单而实用的采集正面手形、侧面手形和掌纹于一副图像中的三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置。
本发明的目的是这样实现的：
它包括外壳，外壳的上表面为一层透明材料，透明材料的上面固定有3个小中空立柱，中间的中空立柱内安装一个数字温度传感器，左右两个中空立柱为导电材料并安装有电极，在外壳上表面的两侧各安装一个反射镜片，反射镜片向内倾斜45°角，外壳内设置有光源、摄像头和图像采集与处理电路。
本发明还可以包括：
1、图像采集与处理电路包括CMOS摄像头电路、电可擦除程序存储器E2PROM电路、USB主控芯片控制电路、活体识别电路、光源电路和电源电路等，USB主控芯片控制电路设置为Slave FIFO模式的从机方式，由CMOS摄像头的时钟信号PCLK控制USB主控芯片控制电路内部的多层缓冲FIFO进行读写，利用帧同步信号VSYNC作为图像采集的起始同步信号，USB主控芯片控制电路直接接收CMOS摄像头实时传输的图像数据，通过缓存传输给计算机，USB主控芯片通过SCCB总线控制CMOS摄像头电路，5V电源通过USB接口从计算机获得，然后处理为5V、3.3V、2.8V多路电源，分别提供给CMOS摄像头电路、USB主控电路、E2PROM电路、活体识别电路和光源电路。
2、所述光源为阵列式光源，并在镜头前加入偏光镜。
本发明具有以下优点：
(1)是基于三维手形(正面手形、侧面手形)和掌纹的多模态生物图像采集装置，以此装置进行图像信息采集的生物特征识别系统，其性能好于仅基于掌形或掌纹的单模态生物特征识别系统；
(2)可以同时采集正面手形、侧面手形和掌纹于一副图像中，极大的提高图像采集速度，缩短采集时间；
(3)具有活体检测能力，可有效杜绝被采集对象伪造可能；
(4)具有触发开关，可有效减少装置工作时间，提高装置工作寿命。
附图说明
图1：三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置外形图；
图2a：三维手形和掌纹的多模态生物图像采集原理示意图；
图2b：图2a的俯视图；
图3：三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置的硬件原理图；
图4：触发开关和活体检测原理框图；
图5：采集装置工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，1为装置外壳，外壳长宽高约280×250×300mm；2为外壳上表面的一层透明材料；3为固定在透明材料上面的3个小中空立柱，用于确定手掌摆放位置，同时中间立柱内安装一个数字温度传感器，左右两个中空立柱为导电材料，并安装电极，可作为触发开关并进行活体检测；4为分别安装在外壳上表面两侧的，并向内倾斜45°角的反射镜片，用于折射手掌侧面图像。
在图2中5为手掌；2为分别安装在外壳上表面两侧的并向内倾斜45°角的反射镜片；6为CMOS摄像头。
光源为阵列式光源，可产生投射在手掌上并发生反射的光，并在镜头前加入偏光镜以保证光的均衡；具有活体检测模块电路，可检测被采集对象是否为活体；具有图像采集与数据传输电路。
系统工作时，将手掌置于按照图1所示，放在指定的区域内，并且食指、中指、无名指、小拇指之间的指窝尽可能贴紧并夹紧这3个确定位置的立柱，这样保证中间的温度传感器能检测到指窝温度，同时左右的两个导电的电极立柱也能接触到手指。
当系统检测到两个电极同时接通时，向控制电路发出触发信号，硬件电路开始工作，首先进行活体识别，活体识别包括：温度传感器检测温度，电极检测电阻。
活体识别通过后，接通光源，图像采集器采集手掌图像，包括正面手形、侧面手形和掌纹。由于单个LED照射手掌时，其反射光和投射光在光场内分布并不均匀，图像采集时效果很不理想，本发明采用阵列式结构，采集图像的光源采用LED阵列照射，并加入偏光镜以保证光的均衡。设计中采用全光通过镜头，这样既保证了图像采集器的光敏特性在恶劣光源条件下的成像质量又可以采集到清晰的图像。
图像采集部分是以CMOS摄像头芯片和USB2.0控制芯片为核心，通过USB口与计算机连接，其硬件系统组成如图3所示。
采集装置硬件电路主要包括：CMOS摄像头电路，电可擦除程序存储器E2PROM电路，USB主控芯片控制电路，活体识别电路、光源电路和电源电路等。上电后主芯片首先检测IIC总线上的E2PROM，如果首字为0xC2，则把固件程序从E2PROM中自动下载到自身的RAM中并执行，实现重枚举。从而提高系统的便携性能。USB主控传输芯片设置为Slave FIFO模式的从机方式，由CMOS摄像头的时钟信号PCLK控制USB芯片内部的多层缓冲FIFO进行读写，从而确保了图像采集的同步、无偏移特性；利用帧同步信号VSYNC作为图像采集的起始同步信号，这样USB主控芯片就可以直接接收CMOS摄像头实时传输的图像数据，通过缓存传输给计算机。USB主控芯片通过SCCB总线控制CMOS图像芯片的各种参数。
5V电源通过USB接口从计算机获得，然后处理为5V、3.3V、2.8V等多路电源，分别提供给CMOS摄像头电路、USB主控电路、E2PROM电路、活体识别电路和光源电路。
图4是触发开关和活体检测原理框图。手掌在采集装置上定位之后，同时接触到左右两个电极立柱，触发内部控制模块。然后控制模块向左端电极施加低直流电压，然后检测右端电极的电位，以测量两个电极之间的电阻。同时，测定手指指窝的温度，当两个测量值都在规定的范围内时，则表示是生物活体。
图5是整个采集装置工作流程图。当手掌置于装置指定位置上时，生物体活体检测模块开始工作，活体确认通过后，点亮照明手掌的光源。图像采集器采集同时采集三维手形(正面手形、侧面手形)和掌纹于一体的图像，并将采集到图像传到计算机内。

Claims (3)

1.一种三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置，它包括外壳，外壳的上表面为一层透明材料，其特征是：透明材料的上面固定有3个小中空立柱，中间的中空立柱内安装一个数字温度传感器，左右两个中空立柱为导电材料并安装有电极，在外壳上表面的两侧各安装一个反射镜片，反射镜片向内倾斜45°角，外壳内设置有光源、摄像头和图像采集与处理电路。
2.根据权利要求1所述的三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置，其特征是：图像采集与处理电路包括CMOS摄像头电路、电可擦除程序存储器E2PROM电路、USB主控芯片控制电路、活体识别电路、光源电路和电源电路，USB主控芯片控制电路设置为Slave FIFO模式的从机方式，由CMOS摄像头的时钟信号PCLK控制USB主控芯片控制电路内部的多层缓冲FIFO进行读写，利用帧同步信号VSYNC作为图像采集的起始同步信号，USB主控芯片控制电路直接接收CMOS摄像头实时传输的图像数据，通过缓存传输给计算机，USB主控芯片通过SCCB总线控制CMOS摄像头电路，5V电源通过USB接口从计算机获得，然后处理为5V、3.3V、2.8V多路电源，分别提供给CMOS摄像头电路、USB主控芯片控制电路、电可擦除程序存储器E2PROM电路、活体识别电路和光源电路。
3.根据权利要求1或2所述的三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置，其特征是：所述光源为阵列式光源，并在镜头前加入偏光镜。
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