CN103268474A - 手机或平板电脑的三维扫描成像装置 - Google Patents

Abstract

一种手机或平板电脑的三维成像装置，其构成是在所述的手机或平板电脑上安装两个以上空间分离的摄像头，所述的手机或平板电脑内设有计算机将左右通道图像合成三维图像、存储图像、对三维图像进行比较鉴别的图像处理软件。本发明综合了三维物体立体信息获取及其图像处理技术，可以得到物体的三维信息，得到人脸或手指完整的三维立体数据和动态特征，可以对获得的物体的三维信息进行防伪鉴别，具有该三维成像装置的手机或平板电脑将具有广泛的应用前景。

Description

手机或平板电脑的三维扫描成像装置

技术领域

本发明涉及手机或平板电脑，特别是一种手机或平板电脑的三维成像装置。

技术背景

手机或平板电脑是目前人们使用最多的随身携带的电子产品。目前手机或平板电脑的照相机或摄像机只能拍摄二维平面信息，没有立体感，不仅缺乏生动感和趣味性，而且使用时，仅凭肉眼观察，无法作为登录密码使用，无法在丢失情况下实现保护锁定功能。

目前手机或平板电脑拍摄的二维人脸图像的识别通常是根据五官、以及它们之间的距离和色彩等平面信息进行判断的，但当使用者与手机照相机的角度变化时，其五官信息在二维平面投影比例也会随之改变，就有可能产生误判。因此，发展新一代三维身份认证技术的手机或平板电脑，具有重要意义。

手机或平板电脑的三维成像扫描将持有者的三维立体信息精确记录下来，特别是人脸的三维轮廓信息以数字化形式精确记录下来。使用时，不仅可以看到人脸的三维立体照片，而且人脸的三维轮廓信息也同时用于计算机自动识别，这使得手机或平板电脑探测的三维人脸更加难以伪造，具有丢失情况下的保护功能。而且手机或平板电脑具有探测三维手指空间的能力，实现手指虚拟鼠标的功能。

目前已经有多种三维立体测量技术，不仅可以看到三维立体人脸照片，而且也有多种人脸的三维轮廓数字获取和显示技术，但这些技术并没有应用于手机或平板电脑中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手机或平板电脑的三维成像装置，该装置综合了三维物体立体信息获取及其图像处理技术，可以得到物体的三维信息，得到人脸或手指完整的三维立体数据和动态特征，可以对获得的物体的三维信息进行防伪鉴别，具有该三维成像装置的手机或平板电脑将具有广泛的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：

一种手机或平板电脑的三维成像装置，特点其构成是在所述的手机或平板电脑上安装两个以上空间分离的摄像头，所述的手机或平板电脑内设有计算机将左右通道图像合成三维图像、存储图像、对三维图像进行比较鉴别的图像处理软件。

所述的摄像头由依次的透镜和CCD探测器构成，该CCD探测器的输出端与手机或平板电脑的图像存储区相连。

所述的摄像头中心之间的距离大于摄像头直径的6倍。

由于不同摄像机之间具有一定的视差，因此可以得到物体的三维信息，这个立体信息可以是动态连续的；其次，人脸或手指的三维轮廓数字信息存储在手机或平板电脑内电子芯片中，也可以上传到网络云存储器中。物体表面的三维立体信息是由不同角度摄像机通过光学三维物体测量技术得到，如图1所示。使用时，仍然由摄像机获得使用者的人脸、手指等物体的三维立体信息也可以由人工辅助完成。综合来说，本发明手机或平板电脑的三维扫描装置包含了物体三维测量技术，具有计算机自动识别三维人脸、手指或其它不透明物体轮廓的能力。

本发明的技术效果如下：

本发明综合了三维物体立体信息获取及其图像处理技术，可以得到物体的三维信息，得到人脸或手指完整的三维立体数据和动态特征，可以对获得的物体的三维信息进行防伪鉴别，具有该三维成像装置的手机或平板电脑将具有广泛的应用前景。

附图说明

图1手机或平板电脑的三维扫描成像装置示意图，可以实现三维人脸获取、存储、及识别等功能。1手机；2左眼光路；3右眼光路。

图2三维人脸的左、右眼图像成像装置示意图。21左眼透镜；22左眼CCD；31右眼透镜；32右眼CCD；4为手机或平板电脑内置的计算机芯片，可以由左右眼图像合成出立体三维人脸图像。

图3采用主动照明技术的三维人脸成像装置示意图，其中5为主动照明的光源。识别出三维人脸。21左眼透镜；22左眼CCD；31右眼透镜；32右眼CCD；4为手机或平板电脑内置计算机芯片。

图4三维手指鼠标技术示意图。手机或平板电脑的左、右眼两个通道图像探测手指的三维动态变化过程，实现手指虚拟鼠标的功能。

图5手机或平板电脑的成像装置在手机投影键盘中的应用示意图。手机的左、右眼两个通道图像探测手指的三维动态变化过程，可以精确俘获手指在三维动态上表达的信息，更准确地实现敲击投影键盘的功能。

图6手机或平板电脑的三维扫描技术实现人脸作为虚拟鼠标功能示意图，三维人脸的变化过程分别由左、右角度摄像机拍摄得到，例如，71为人脸的起始阶段，72为人脸变化的终止阶段，经手机分析后形成人脸的三维变化过程，得到人脸的三维动态信息，实现虚拟鼠标功能，控制手机或平板电脑的运行。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

先请参阅图1，图1手机或平板电脑的三维扫描成像装置示意图，由图可见，本发明手机或平板电脑的三维成像装置，在所述的手机1或平板电脑上安装两个以上空间分离的摄像头2、3，所述的手机或平板电脑内设有计算机将左右通道图像合成三维图像、存储图像、对三维图像进行比较鉴别的图像处理软件。

图2三维人脸的左、右眼图像成像装置示意图。21左眼透镜；22左眼CCD；31右眼透镜；32右眼CCD；4为手机或平板电脑内置的计算机芯片，所述的摄像头由依次的透镜和CCD探测器构成，该CCD探测器的输出端与手机或平板电脑的图像存储区相连。可以由左右眼图像合成出立体三维人脸图像。

下面分别介绍具体技术内容。首先介绍三维立体扫描成像技术，已经有多种立体扫描技术，其中一种技术是分别通过左右探测器同时探测物体的左右眼图像，由左右眼图像组合为三维图像，如图2所示。例如，手机或平板电脑左右两个摄像机同时获取人脸从左边角度和右边角度拍摄得到的左、右眼图像，然后由计算机图像处理软件合成为一张左右通道合成的三维图像。这个左右通道三维图像的具体精度要取决于手机三维探测的图像分辨率以及测量范围和角度，其核心就是通过光学测量技术，使得左右通道图像分别进入手机存储器，通过视差效应，计算合成出一幅三维立体信息。

本发明的手机或平板电脑技术包括主动光源照明的人脸三维轮廓信息获取技术，如图3所示。目前已经有多种人脸轮廓信息获取方法。最广泛使用的就是结构光照明的三维立体信息获取技术。这里的结构光可以是光栅，也可以是棋盘结构，或者其它形式。这种技术包括照明光路和信息采集光路。照明光路是指照明光源照射一个掩膜或者空间光调制器等，通过光学照明系统，将掩膜板或空间光调制器上的图案投影到人脸上。信息采集光路将结构光照明下的人脸三维编码信息，通过摄像机等图像感知器捕获到计算机系统中，对编码的结构光进行傅里叶变换滤波等技术，就可以得到人脸的三维信息。采用其它形式的三维立体信息获取技术，也是完全可以的。例如，采用在先技术“物体三维轮廓测量装置及测量方法”（专利号200810204749.2），利用达曼光栅的照明系统，也可以获得人脸的三维轮廓信息。

手机或平板电脑的三维扫描技术可以实现三维手指鼠标功能，如图4所示。以往的单个摄像机只能探测手指平面信息，无法判断手指的三维信息。本发明可以探测到手指的三维丰富信息，如手指的快速移动，点击等，从而实现三维手指鼠标功能。

手机或平板电脑三维测量技术有助于手指在投影虚拟键盘中的使用。利用光学投影技术，可以将虚拟键盘投影在手机或平板电脑的前方，手指在虚拟键盘上的敲动，可以由手机或平板电脑的两个探测器测量出来。由于本发明采用两个摄像机，因此，可以测量到手指的三维运动信息，所以，有利于实现手指在投影虚拟键盘中的应用功能。

手机或平板电脑的三维扫描技术不仅可以得到人脸的三维静态信息，也可以得到人脸的三维动态信息。基于人脸的三维动态变化过程，有可能进一步开发出三维人脸的鼠标，如图5所示。随着人脸在三维空间的左右、上下、快速、慢速变化过程，可以实现网页的滚动，阅读书籍的翻页等一系列人脸虚拟鼠标功能。

实施例，一个摄像头直径为6毫米，那么左右两个摄像头共占用12毫米的宽度。如果左右两个摄像头放在手机的顶部，则这两个CCD之间的距离大致为40mm。如果左右两个摄像机放在手机的长度方向，则这两个CCD之间距离大致为110mm。事实上，只要手机或平板电脑排布的摄像机与左右通道摄像机的作用相等即可，其它数值也是完全可以的。

通过手机或平板电脑左右两路摄像机，就可以得到二幅有视差图像或视频流。经过计算机的合成运算，就可以得到人脸的三维轮廓信息。当然，还可以采用其他类型光学三维测量系统，获取人脸的三维轮廓信息。例如，采用辅助光投影技术获取人脸三维信息，例如，用光源照射在达曼光栅上，达曼光栅产生二维光点阵列，光学系统将此二维光点阵列投射到人脸上。利用辅助光的好处是可以在较暗的背景下，或者有阳光、灯光等背景光照明不均匀情况下，以高的信噪比得到人脸的三维轮廓信息。

手机或平板电脑将采集人脸信息，通过分析比较使用人的三维人脸轮廓信息是否为初始记录时人脸的三维轮廓信息：如果相同，就可以正常使用；如果和初始记录人人脸的三维数据不符，无论其如何摆弄等，手机或平板电脑都将自动锁定，这将保证手机或平板电脑丢失情况下，具有保护功能。

现在手机或平板电脑已经越来越深地介入到人们的日常生活中，手机或平板电脑中不仅存储着联系人的电话和联络信息，而且个人的生活习惯和信息也存储在其中，比如经常访问的网页及密码，购物消费记录，甚至银行、证卷交易信息也都存储在其中。如果手机或平板电脑丢失，将会对个人的信息安全带来极大的风险。采用三维人脸自动作为使用密码，将最大限度地保护手机或平板电脑使用者的安全信息。

手机或平板电脑的三维扫描技术除用于人脸的三维形貌测量外，也可以用于身体局部的测量，例如，拳头、手指、手掌的测量等，由于这些也具有一定的身份特征，极端情况下，也可以设置为手机或平板电脑进入的密码，甚至这些信息也可以用于医疗诊断。

手机或平板电脑的三维扫描技术还可用于日常用品的测量，例如，鞋、玩具的测量等。这些测量有助于实现远程加工、订货、购物等，节约现场测量成本，节省时间，方便人的生活。

利用手机或平板电脑拍摄三维人脸信息，还可上传到网络云服务器，除了用作身份证、驾驶证、在海关、机场安检、宾馆登记等身份认证的日常使用之外，三维人脸信息还可以用做银行密码、网络购物密码等，提高安全性。手机或平板电脑拍摄的三维人脸信息也可以用作计算机登录时身份认证信息，作为手机、笔记本电脑、台式计算机等注册密码，其防伪程度更高，可靠性也得到提高。

手机或平板电脑的三维成像技术可以对手指的姿态进行测量，对其分析就可以实现手指作为虚拟鼠标的功能，使手机更加人性化；也可以基于此开发互动性更好的游戏产品，丰富人们的生活。

对目前的手机或平板电脑略加改造，多加入一个或几个摄像头，就可以测量出物体的三维立体信息，包括人脸的三维信息，不仅具有趣味性、生动，有立体感，而且具有丢失保护锁定功能。在初始认证阶段，对人脸三维轮廓信息扫描成像后，可以记录并加载到手机或平板电脑的电子芯片中，或者把人脸的三维轮廓信息上传到网络云服务器中，银行、购物网站、交通卡、游戏公司等均可以通过手机或平板电脑得到的人脸三维信息作为密码；使用时，手机或平板电脑三维摄像头获得使用者的三维人脸信息，判断是否为原始登录的本人。也可以实现手指作为虚拟鼠标的功能。也就是说，手机或平板电脑三维扫描成像技术可以将人脸作为密码信息，用于身份认证和识别。

利用手机或平板电脑的三维扫描成像功能，也可以对日常生活用品进行测量，可以量身定做日常所需物品，方便人们的生活。通过测量人脸面部、手指的动态信息，使手机及平板电脑更加智能和具有情感感知功能，是新一代手机及平板电脑的发展方向。

由于平板电脑比手机的尺寸大，平板电脑通过安装两个以上的摄像头，比较方便对较大的物体进行三维扫描拼接成像。本发明也同样适用于便携式笔记本电脑，台式电脑，实现三维扫描成像功能。

总之，手机、平板电脑、便携式笔记本电脑、或台式电脑都可以采用发明的三维扫描技术，将大幅提高这些电子产品应用范围和安全水平，具有广泛而重要的应用价值。

Claims (3)

1.一种手机或平板电脑的三维成像装置，特征在于其构成是在所述的手机或平板电脑上安装两个以上空间分离的摄像头，所述的手机或平板电脑内设有计算机将左右通道图像合成三维图像、存储图像、对三维图像进行比较鉴别的图像处理软件。

2.根据权利要求1所述的手机或平板电脑的三维扫描成像装置，其特征在于所述的摄像头由依次的透镜和CCD探测器构成，该CCD探测器的输出端与手机或平板电脑的图像存储区相连。

3.根据权利要求1或2所述的手机或平板电脑的三维扫描成像装置，其特征在于所述的摄像头中心之间的距离大于摄像头直径的6倍。

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