专利名称：三维掌纹身份鉴别仪及其鉴别方法
技术领域：
本发明^^及鉴别技术，具体涉及一种基于人体生物特征的身份鉴别技术及设备。
(二)
背景技术：
传统的掌纹识别系统，有一个盒子，里边有发光元件，手掌放在盒子上有定位装置的平 台上，利用摄像机拍取手掌的图像信息进行身份鉴别。这种方式容易受盒内光的亮度与对比 度的影响，并且手掌上的涂画痕迹等对匹配结果会产生误差。目前各种传统的图像处理的方 法被应用到掌纹识别上，取得了比较好的结果，但是二维掌纹识别系统似乎遇到了瓶颈，正 确识别率提高有限。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种能得到手掌的空间结构信息，其信息量与二维图像的相比， 更加丰富和真实，从而可以提高识别的正确率的三维掌纹身份鉴别仪及其鉴别方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是-
本发明鉴别仪的产品结构为它包括机箱、投影机、摄像机和控制微机，机箱上设置有 手掌放置区，手掌放置区上设置有通光孔和固定手掌的手掌定位装置，投影机和摄像机设置 在机箱内并连接变压器，摄像机垂直手掌放置的平面并连接控制微机，投影机与摄像机中心
光柱呈30-45度角相交于手掌放置区中心区域，投影机通过VGA接口连接控制微机。 本发明的产品还有这样一些技术特征-
1、 它还包括设置在机箱外部的显示器，显示器连接控制微机；
2、 所述的机箱上还设置有遮光板，遮光板平行手掌放置区设置；
3、 所述的手掌定位装置包括设置在手掌放置区的左手掌固定柱、右手掌固定柱和中手掌 固定柱，中手掌固定柱设置在左手掌固定柱和右手掌固定柱之间；最好是)
4、 所述的投影机与摄像机中心光柱呈30度角相交于手掌放置区中心区域；
5、 所述的投影机为小体积的LED投影机。
本发明的鉴别方法为首先进行系统初始化，投影机通过VGA接口连接到控制微机上， 控制微机上的程序分时改变屏幕内容，屏幕内容进行相移编码，从而产生编码过的结构光， 投影机分时地投影编码过的相移结构光到手掌上，摄像机按同样的时间间隔采集带有结构光 的手掌图像送到控制微机里，控制微机得到带有结构光的多幅图像后根据图像中的信息得到 手掌图像各采样点相对于参考平面的距离即相对参考平面的深度信息，形成点采样的三维手 掌的点云数据，最后控制微机计算出手掌各采样点的利用三维点云构成手掌的空间结构。
本发明的鉴别方法还有这样一些技术特征-
1、 所述的相移结构光的产生过程为由计算机生成若干幅编码图像，其中包括正弦相移 图及黑白条纹图，生成的图像由投影机投射到被测手掌表面，对物体进行空间编码， 投影机的编码方式为采用分时的正弦灰度图象编码。
2、 所述的各采样点相对于参考平面的距离的得到方法为通过对应像素之间的关系求得 各点的相对参考平面的深度信息，摄像机采集到多幅带有结构光的参考平面图像和被 测物体表面图像后，进行去包裹解算，从而得到参考平面与被测物体表面的相位差。 根据三角比例关系，通过相位差，解算出参考平面与被测物体的相对高度。
3、 所述的在系统初始化阶段，需要进行定标的操作，确定一个参考平面，使其高度为0。 本发明中控制微机获得带有结构光的掌纹图像序列后，计算出来手掌各处相对参考平面
的高度而得到的三维点云数据。点云数据含有手掌丰富的空间信息，能够用来身份鉴别。 当投影机未投射结构光时，摄像机获取手掌的灰度图像，此图像可以用于传统的二维身份识 别中，还可以用来三维数据的定位等。故二维掌纹身份识别的算法在本发明仪器里同样适用， 更进一步的是，二维掌纹鉴别结果、三维掌纹鉴别结果能够在同一个设备上实现，故可以实 现融合，提高最终的鉴别结果。
本发明的特点有-
1、 人将手平放在中间有一个通光孔的台子上，并通过固定装置定位手掌，以免发生大的 平移或者旋转，摄像机获取手掌的掌纹图像信息，微机控制投影机分时地投射变化的结构光 到手掌上，在此同时摄像机获取带有结构光的掌纹图像，通过多幅带结构光的掌纹图像，微 机计算出三维掌纹点云数据，用于识别；
2、 投影机通过VGA接口连接到微机上，微机上的程序分时改变屏幕内容，屏幕内容进
行相移编码，从而产生编码过的结构光投射到手掌。为了微机其他功能的使用，可以使用分
屏技术， 一个屏幕内容用于输出到显示器，另一个屏幕的内容输出到投影机；
3、 识别和注册时，手掌平放在带有定位装置的台子上，定位装置使手尽量规范放置；
4、 摄像机垂直手掌放置的平面，投影机与摄像机中心光柱成一定角度相交于手掌中心区
域；
5、 摄像机连接到微机上，当投影机投影内容改变时，摄像机相应地获取图像，这样将获 取带有结构光的掌纹图像多幅，而不是传统掌纹图像的1幅；
6、 通过定标，确定一个参考平面，使其高度为0，该参考平面的位置在台子的手掌附近;
7、 微机得到带有结构光的多幅图像后，可以计算出采样点相对于参考平面的距离，从而
得到点采样的三维手掌的点云数据；
8、 在投影机投射结构光到手掌的过程中，手需要保持静止不能移动；
9、 本发明仪器在投影机不投射结构光的时候，能获取手掌的二维图像信息，图像能用于 传统的二维掌纹识别，又能用于三维、二维的融合及三维掌纹数据的定位。
本发明的有益效果是，相对于传统的通过摄像机获取单幅图像的掌纹识别系统，该方法 能够获取手掌各点的深度信息。通过对深度信息的处理，能够获得手掌的空间结构，这些信 息量将对生物特征识别产生有益的帮助，同时传统二维掌纹识别算法也能在系统下运行，便 于三维、二维的融合。掌纹数据生成办法，本发明方法能够得到手掌上各点相对于参考平面 的深度信息，从而得到手掌的三维结构。
(四)
图l是本发明的结构示意图2是手掌定位装置的结构示意图3是系统处理流程图4是带有结构光投射的手掌图5是无不结构光投射时的手掌图像；
图6是微机通过带结构光的掌纹图像序列计算得到的三维手掌点云数据。
(五)
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明-
结合图l，投影机3连接到控制微机1的视频输出端口 (如VGA接口)上，为了在投影的同 时能进行其他的操作，本实施例使用分屏技术，将一个屏幕的内容输出到投影机，另一个屏 幕的内容输出到显示器8上。CCD摄像机7垂直手掌放置区5，采集该区域的图像。投影机3的 主光轴与CCD摄像机7的主光轴呈一定的角度，30度左右是比较合适的角度。控制微机l控制 投影机3投射编码过的结构光到手掌放置区5。在有结构光投射时，将手掌放置于其上，则CCD 摄像机7将获取如图3所示的带有结构光的手掌图片序列送到控制微机1中，控制微机l通过这 些带有结构光的图片能够计算出手掌的深度信息。在投影机投射结构光期间手掌需要保持静 止，否则生成的三维点云数据将有较大误差。当投影机不投射结构光在手掌的时候，CCD摄 像机7可采集如图4所示手掌图片，该图片可以用来二维掌纹识别和三维掌纹数据的定位。一 定的固定装置安装在手掌放置区5周围，约束手放置，使采得的图像尽量规范。遮光板6用来 遮光，防止不相关的光影响系统效果。变压器2接到220伏的市电上，完成降压后为投影机3 和CCD摄像机7提供电源。CCD摄像机7和投影机3均被固定在机箱4上。在系统初始化阶段， 需要进行定标的操作，确定一个参考平面，使其高度为O，参考平面平行于手掌放置区5，并 在其附近。
结合图2，左手掌固定柱9，右手掌固定柱ll，中手掌固定柱12用来固定手掌，手指张开 平放，由于三个定位器的作用，活动范围比较小。通光孔10对应图1中手掌放置区5，该区域 的手掌裸露在投影机3和CCD摄像机7下，掌纹中心区域的信息被捕获用于识别。
结合图3，微机控制投影机投射结构光导手掌上，同时通过采集卡和CCD摄像机获取带 有结构光的图像，再对图像序列进行分析，得到三维点云数据。数据经过滤波和格式转换后 用于后续的身份鉴别。由计算机生成若干幅编码图像，其中包括正弦相移图及黑白条纹图， 生成的图像由投影机投射到被测物体表面(手掌)，对物体进行空间编码。
结合图4，投影机投射经过相移编码后结构光到手掌上，经CCD摄像机7捕获得到的图像。 投影机的编码方式可以有多种，可以根据速度，三维点云的质量来选取。本实施例根据速度 和三维点云的质量来选取，编码方法为采用分时的正弦灰度图象编码，投射多幅， 一般是4 幅以上，摄像机采集到多幅带有结构光的参考平面图像和被测物体表面图像后，进行去包裹 解算，从而得到参考平面与被测物体表面的相位差。根据三角比例关系，通过相位差，解算 出参考平面与被测物体的相对高度。
结合图5，投影机未投射结构光，此时摄像机获取手掌的灰度图像，此图像可以用于传统 的二维身份识别中，还可以用来三维数据的定位等。故二维掌纹身份识别的算法在本实施例 仪器里同样适用，更进一步的是，二维掌纹鉴别结果、三维掌纹鉴别结果能够在同一个设备 上实现，故可以实现融合，提高最终的鉴别结果。
结合图6，控制微机获得带有结构光的掌纹图像序列后，计算出来手掌各处相对参考平 面的高度而得到的三维点云数据。点云数据含有手掌丰富的空间信息，能够用来身份鉴别。
权利要求
1.三维掌纹身份鉴别仪，它包括机箱、投影机、摄像机和控制微机，其特征是机箱上设置有手掌放置区，手掌放置区上设置有通光孔和固定手掌的手掌定位装置，投影机和摄像机设置在机箱内并连接变压器，摄像机垂直手掌放置的平面并连接控制微机，投影机与摄像机中心光柱呈30-45度角相交于手掌放置区中心区域，投影机通过VGA接口连接控制微机。
2. 根据权利要求1所述的三维掌纹身份鉴别仪，其特征是它还包括设置在机箱外部的显示器，显示器连接控制微机。
3. 根据权利要求2所述的三维掌纹身份鉴别仪，其特征是所述的机箱上还设置有遮光板，遮光板平行手掌放置区设置。
4. 根据权利要求3所述的三维掌纹身份鉴别仪，其特征是所述的手掌定位装置包括设置在手掌放置区的左手掌固定柱、右手掌固定柱和中手掌固定柱，中手掌固定柱设置在左手掌 固定柱和右手掌固定柱之间。
5. 根据权利要求4所述的三维掌纹身份鉴别仪，其特征是所述的投影机与摄像机中心光柱呈30度角相交于手掌放置区中心区域。
6. 根据权利要求4所述的三维掌纹身份鉴别仪，其特征是所述的投影机为小体积的LED 投影机。
7. 三维掌纹身份鉴别方法，其特征是首先进行系统初始化，投影机通过VGA接口连接到 控制微机上，控制微机上的程序分时改变屏幕内容，屏幕内容进行相移编码，从而产生编 码过的结构光，投影机分时地投影编码过的相移结构光到手掌上，摄像机按同样的时间间 隔采集带有结构光的手掌图像送到控制微机里，控制微机得到带有结构光的多幅图像后根 据图像中的信息得到手掌图像各采样点相对于参考平面的距离即相对参考平面的深度信 息，形成点采样的三维手掌的点云数据，最后控制微机计算出手掌各采样点的利用三维点 云构成手掌的空间结构。
8. 根据权利要求7所述的三维掌纹身份鉴别方法，其特征是所述的相移结构光的产生过程为由计算机生成若干幅编码图像，其中包括正弦相移图及黑白条纹图，生成的图像由投 影机投射到被测手掌表面，对物体进行空间编码，投影机的编码方式为采用分时的正弦灰 度图象编码。
9. 根据权利要求8所述的三维掌纹身份鉴别方法，其特征是所述的各采样点相对于参考平面的距离的得到方法为通过对应像素之间的关系求得各点的相对参考平面的深度信息，摄 像机采集到多幅带有结构光的参考平面图像和被测物体表面图像后，进行去包裹解算，从 而得到参考平面与被测物体表面的相位差。根据三角比例关系，通过相位差，解算出参考平面与被测物体的相对高度。
10.根据权利要求9所述的三维掌纹身份鉴别方法，其特征是所述的在系统初始化阶段， 需要进行定标的操作，确定一个参考平面，使其高度为o。
全文摘要
本发明提供了一种三维掌纹身份鉴别仪及其鉴别方法。本发明通过一个投影机分时地投影相移结构光到手掌上，一个摄像机按同样的时间间隔采集带有结构光的手掌图像多幅，送到微机里，微机根据图像中的信息，计算出手掌各采样点的相对参考平面的深度信息形成点云数据。三维点云可以构成手掌的空间结构用来进行身份鉴定。在不投射结构光的时候，摄像机获取手掌的灰度图像信息，能够应用于传统的二维掌纹身份鉴别，三维掌纹数据的定位。本发明可用于三维掌纹点云数据获取，二维掌纹图像获取，故在软件的支持下，能够实现三维掌纹身份鉴别、二维掌纹身份鉴别及两者的融合，提高身份鉴别准确度。
文档编号G06K9/00GK101196986SQ20071014491
公开日2008年6月11日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者张大鹏, 伟 李, 南 骆 申请人:哈尔滨工业大学