CN102073861B - 一种非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置。包括一个黑色底板，在黑色底板两侧各有一个向外倾斜45°角的反射镜片，黑色底板中间有两个黑色支架，黑色底板上部有一个可塑形的金属管，金属管内装有可连接到计算机的USB线，并且金属管连接一个方盒，方盒内安装摄像头、USB接口和图像采集与处理电路。具有采集时间短、非接触式、成本低的特点。是一种可以采集手掌掌纹、正面与侧面手形于一副图像中的非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置。

Description

一种非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置

技术领域

本发明涉及的是一种模态生物特征身份鉴别采集装置。具体地说是一种非接触式的在线手掌掌纹和三维手形状的图像采集装置。

背景技术

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。已知的掌纹图像获取方法主要有油墨印记法、扫描仪法和数码相机法。

油墨印记法就是将涂上油墨手掌按在白纸上，并通过扫描仪获取掌纹图像，但是这种方式受到手掌按压力度不完全一致的因素，无法获取质量相同的掌纹图像，而且采集速度慢、手掌掌面污染。扫描仪法是通过扫描仪直接扫描手掌图像，图像清晰，但是存在手掌因为挤压而产生局部变形问题，并且手掌的温度在扫描面形成水雾而产生一定的污染；因此每幅掌纹图像采集时间比较长，一般为6-10秒。数码相机法是通过价格比较高昂的相机给手掌照相，然后将相片输入到计算机中，这种方式的成本较高，而且操作不方便。

另外，由于获取手掌掌纹的同时，还比较容易获取手掌形状的图像，从而实现多模态生物特征身份识别。

发明内容

本发明目的在于提供一种采集时间短、非接触式、成本低，可以采集手掌掌纹、正面与侧面手形于一副图像中的非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包括一个黑色底板，在黑色底板两侧各有一个向外倾斜45°角的反射镜片，黑色底板中间有两个高度不同的黑色支架，黑色底板上部有一个可塑形的金属管，金属管内装有可连接到计算机的USB线，并且金属管连接一个方盒，方盒内安装摄像头、USB接口和图像采集与处理电路。

所述图像采集与处理电路包括CMOS OV9620数字摄像头电路、包括SCCB的I²C总线电路、可擦除程序存储器E²PROM电路、USB2.0控制电路和电源电路，USB2.0控制电路设置为SlaveFIFO从机模式，在同步方式下SLWR作为IFCLK时钟引脚的使能信号，在摄像芯片行同步信号HREF有效时才能接收图像的像素数据，USB2.0芯片控制电路直接接收数字摄像头实时传输的图像数据，并且通过BULK传输模式传输给计算机，USB接口从计算机获得+5V电源然后分别处理为+3.3V和+2.5V电源提供给摄像头电路、USB芯片电路、E²PROM电路。

本发明具有以下优点：

(1)手掌不需要按压在某一采集面上，直接通过图像采集装置获取图像，避免因手掌按压、甚至按压的力度不同而带来的接触式采集方式存在的弊病，即不存在掌纹变形问题，不能存在按压的力度不同而采集的图像质量不均匀问题，不存在手掌掌心的热力在接触面上形成的气雾问题；

(2)可以同时采集手掌掌纹、正面与侧面手形于一副图像中，极大的提高图像采集速度，缩短采集时间；

(3)采用USB2.0芯片、CMOS摄像芯片等自制的图像采集电路成本低廉，极大降低采集装置的成本；

(4)是基于手掌掌纹和三维手形(正面与侧面手形)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。

本发明即可以采集掌纹图像，又可以获得三维手形的图像。

附图说明

图1：非接触式手掌掌纹和三维手形的多模态生物图像采集装置外形图；

图2a：非接触式手掌掌纹和三维手形的多模态生物图像采集原理示意图；

图2b：图2a中手掌和2个支架的侧视图；

图3：手掌掌纹和三维手形的图像采集硬件电路原理图；

图4：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为黑色底板，底板长宽约300×300mm，黑色是为了能够获取手掌表现明显的图像；②为在底板上，两侧各安装一个向外倾斜45°角的反射镜片，用于折射手掌侧面图像，由于本装置为在线实时采集装置，因此当采集图像时，采集摆放手掌前后的2幅图像，通过图像差值和肤色检测算法比较容易获取手掌正面和侧面形状，这样可以有效排除反射镜面上出现的各种非手掌图像干扰；③为底板中间部位安装的2个高度不同的黑色支架(高度为别为40mm和22mm)，因为手掌前后的厚度不均，高度不同的2个支架是为了确保面对摄像头的手掌掌面尽可能和镜头呈平形状态；⑤是在底板上部安装的一个可塑形金属管，使用者可以根据环境条件适当调整金属管的高度和角度；④为金属管连接的一个小方盒，方盒底面距离底板上面350mm左右，盒内安装了一个基于USB2.0接口的图像采集设备，包括镜头、摄像芯片和USB控制芯片等电路。⑥为USB线，该线由小盒内电路板上的USB接口接出，通过金属管过渡，最后引出连接到计算机的USB接口上。

在图2中，在黑色底板①上，安放反射镜面②和黑色支架③，通过安装在小盒④中的摄像头，非常容易采集到手掌掌面、手形、以及通过反射镜面②反射的手掌侧面形状。另外2个高度不同的黑色支架③可以保证手掌掌面平行于摄像头镜头。

图像采集部分是以拥有130万像素的CMOS OV9620摄像头芯片和EZ-USB FX2的CY7C68013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，USB控制电路、E²PROM电路和电源电路等。上电后USB芯片首先检测I²C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。通过IFCONFIG＝0x43设置Slave FIFO模式，在同步方式下SLWR作为IFCLK时钟引脚的使能信号，以保证行同步信号HREF有效时，才能接收图像的像素数据。配合硬件电路，通过设置EP2CFG＝0xE0设置EP2端口为BULK传输模式的IN端点，4重缓冲，每包字节数为1024；并通过EP2FIFOCFG＝0x08设置端口2为8位数据总线模式。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，并通过缓存以BULK传输模式传输给计算机。USB主控芯片通过SCCB(简化I²C)总线控制CMOS图像芯片的各种参数，实现摄像头的自动曝光、增益控制及白平衡控制等功能。

通过USB接口从计算机获得+5V电源，然后分别处理为+3.3V和+2.5V电源，给CMOS摄像电路、USB2.0控制电路等提供电源。

图4是整个采集装置工作流程图。将装置摆放妥当后，图像采集器采集首先采集一幅无手掌的图像传输到计算机内，作为背景图像；然后将手掌置于装置指定位置上时，图像采集器采集同时采集手掌掌纹和三维手形(正面与侧面手形)于一体的图像，并将采集到图像传到计算机内。

Claims (3)

1.一种非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置，其特征是：包括一个黑色底板，在黑色底板两侧各有一个向外倾斜45°角的反射镜片，黑色底板中间有两个黑色支架，黑色底板上部有一个可塑形的金属管，金属管内装有可连接到计算机的USB线，并且金属管连接一个方盒，方盒内安装摄像头、USB接口和图像采集与处理电路。

2.根据权利要求1所述的非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置，其特征是：所述图像采集与处理电路包括CMOS OV9620数字摄像头电路、包括SCCB的I²C总线电路、可擦除程序存储器E²PROM电路、USB2.0控制电路和电源电路，USB2.0控制电路设置为Slave FIFO从机模式，在同步方式下SLWR作为IFCLK时钟引脚的使能信号，在摄像芯片行同步信号HREF有效时才能接收图像的像素数据，USB2.0控制电路直接接收数字摄像头实时传输的图像数据，并且通过BULK传输模式传输给计算机，USB接口从计算机获得+5V电源然后分别处理为+3.3V和+2.8V电源为CMOS OV9620数字摄像头电路提供+3.3V和+2.8V电源、USB2.0控制电路+3.3V电源、E²PROM电路+3.3V电源。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式在线手掌掌纹和三维手形的图像采集装置，其特征是：所述两个黑色支架的高度不等。

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