专利名称：掌纹采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于掌纹识别系统技术领域，具体地说，是涉及一种用于获取掌纹图像的掌纹采集设备。
背景技术：
掌纹识别技术是生物特征识别及医学应用领域的新兴技术。掌纹具有唯一性，人的手掌千差万别，没有两个人的手掌完全相同。掌纹面积较大，包含的信息丰富且具有较好的区分性，掌纹主要特征稳定而且明显、不易仿造等优点使得掌纹在生物特征识别和医学辅助诊断应用中具有相当大的优势。掌纹识别系统在整个生物识别系统和医学领域的应用中占很小的部分，适用的掌纹识别系统更少。目前，国内民用而且适合其应用领域的掌纹识别系统应用市场几乎是空白的，所以研制价格便宜、体积小、开发周期短、维护方便的掌纹识别系统在民用领域推广 和普及将是一个很有意义的研究课题。对于掌纹识别系统来说，掌纹图像的获取是至关重要的步骤，这是后续处理的基础，掌纹图像的采集效果将直接影响到掌纹识别方法的可靠性、准确性和推广性。目前，掌纹图像采集上所遇到的困难一直是限制掌纹识别技术发展的瓶颈之一。若掌纹图像不能清晰、方便的采集，那么掌纹识别技术也就无从谈起了。因此，掌纹图像的采集困难是目前导致掌纹识别系统性能低下的一个非常关键的因素。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种适用于人类手掌的掌纹采集器，以提高掌纹图像的采集质量。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现—种掌纹采集器，包括箱体，箱体的顶面设置有透明采集窗，箱体的其余部位呈非透明状态；在所述箱体中布设有环形光源和图像采集器，所述环形光源位于采集窗的下方，且环绕在采集窗的外围，环形光源的出光面朝向所述的采集窗；所述图像采集器位于环形光源的下方，通过采集窗摄取掌纹图像，并传输至图像处理器。优选的，所述图像处理器为平板电脑，在箱体顶面形成一个屏幕窗口，在所述屏幕窗口的下方安装所述平板电脑，且平板电脑的显示屏刚好装配到所述的屏幕窗口中，并通过所述平板电脑使箱体在该部位呈非透明状态。进一步的，所述图像采集器为工业照相机，连接所述的图像处理器，一方面接收图像处理器发出的控制指令，以启动拍摄掌纹图像；另一方面将摄取到的掌纹图像发送至图像处理器进行处理，以方便后级识别；所述环形光源的中心应在所述工业照相机的镜头中心线上，以便提供给照相机均匀而稳定的光照条件。又进一步的，所述透明采集窗投影到环形光源所在平面的投影区域刚好位于环形光源所围成区域的中间位置，以使光线能够均匀的照亮所要采集的手掌区域，进而提高掌纹图像的采集效果。优选的，所述环形光源由多个在电路上相互并联的白色LED排列而成；多个所述的白色LED均匀排列围绕形成椭圆形的环形光源，或者对称排布围绕形成矩形的环形光源；所述环形光源的电源端子连接布设在箱体内的电源模块，所述电源模块连接电源线，所述电源线经由箱体上开设的通孔引出到箱体外部，以连接外部电源。再进一步的，在所述 工业照相机上安装有8mm定焦镜头，在所述定焦镜头上安装有偏振镜，所述工业照相机的镜头与透明采集窗之间的距离在35cm至45cm之间。为了保证每次采集的掌纹图像的位置、大小不会有太大的差别，在所述箱体上临近所述透明采集窗的位置处凸出设置有两个分别用于抵住左手腕拐点或者右手腕拐点的定位柱。优选的，所述透明采集窗优选呈矩形，长边尺寸在15cm至20cm之间，宽边尺寸在IOcm至15cm之间，以适合所有成年人的手掌均能够放在采集窗上完成掌纹采集任务；其中，两个所述的定位柱可以对称地布设在矩形采集窗的其中一条宽边的一侧，以用于左右手掌的定位。更进一步的，在所述箱体的内部设置有三层非透明挡板，从上至下分别用于承载所述的图像处理器、环形光源和图像采集器；在位于上方的两层挡板上均开设有一个窗口，所述窗口的尺寸与透明采集窗的尺寸相同，且在所述两层挡板上的开设位置与透明采集窗在该挡板上的垂直投影区域相一致，以使图像采集器能够通过所述的窗口拍摄到放置在透明采集窗上的手掌。为了使拍摄形成的手掌图像的背景为黑色，以方便后续的图像处理，在所述箱体上安装有一遮光罩，所述遮光罩位于透明米集窗的上方；在所述遮光罩的内表面以及箱体的内表面均喷涂有吸收光线的涂料，比如黑色涂料，以有效降低光线反射造成的干扰。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的掌纹采集器采用机械结构设计，整个采集环境处于半封闭状态，设备箱体上除了采集窗和电源线出口外均为密闭状态，这样可以减小外部进光，避免外界光线对采集环境的影响，降低外界干扰，提高成像质量。该掌纹采集系统保证了采集条件的一致性，尽量达到了规范化要求，显著提高了掌纹图像的采集效果。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图I是本实用新型所提出的掌纹采集器的一种实施例的整体结构示意图；图2是图I中箱体顶面的一种实施例的布局示意图；图3是图I中第一层挡板上的布局示意图；图4是图I中第二层挡板上的布局示意图；图5是图I中第二层挡板上的布局不意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。[0025]实施例一，参见图I所示，本实施例的掌纹采集器主要由箱体、环形光源、图像采集器和图像处理器等部分组成。其中，在所述箱体的顶面I设置有透明采集窗6，所述透明采集窗6可以通过在箱体的顶面I开设采集窗口，并在采集窗口上安装透明板的方式设计形成。为了避免外界环境光线过多地射入到箱体内部，对掌纹图像的采集质量造成不利影响，本实施例优选将箱体的其余部位设计成非透明状态，以使整个采集环境处于一种半封闭的情况下，以降低外界干扰。在所述箱体中布设环形光源和图像采集器，将所述环形光源设置在位于采集窗6的下方，且从相对位置上应环绕在采集窗6的外围。让环形光源的出光面朝向所述的采集窗6，用于照亮放置在采集窗6上的手掌，以便于图像采集器摄取掌纹图像。将所述图像采集器设置在环形光源的下方，通过采集窗摄取掌纹图像，并传输至图像处理器进行处理。所述图像处理器同时可以用来对图像采集器的工作状态进行控制，既可以设置在箱体内部，也可以设置在箱体外部。作为本实施例的一种优选设计方案，优选将所述图像处理器内置于所述的箱体中，以形成一体式结构，方便使用和摆放。在本实施例中，所述图像处理器优选采用一台平板电脑连接所述的图像采集器， 完成对图像采集器的控制及掌纹图像的处理任务。具体来讲，可以在所述箱体的顶面I开设一个屏幕窗口 7，在屏幕窗口 7的下方安装所述的平板电脑，如图I所示。为了避免外界光线从屏幕窗口 7射入到箱体内部，影响图像的采集环境，本实施例优选按照平板电脑的前面板尺寸来开设所述的屏幕窗口 7。将平板电脑的显示屏正对所述的屏幕窗口 7进行安装，进而通过所述的平板电脑使箱体在该部位呈非透明状态。为了对所述平板电脑起到支撑作用，还可以在所述箱体内部安装一个挡板，如图I中的第一层挡板2，以方便平板电脑在箱体内的安装。将第一层挡板2与箱体顶面I之间所形成的空间称之为箱内第一层空间8，用于安装和布设平板电脑。图3为第一层挡板2的布设位置示意图，其中，区域A为平板电脑布设区，根据采集窗6在箱体顶面I的布设位置，可以选择布设在第一层挡板2的左侧或者右侧。即，当采集窗6布设在箱体顶面I的左侧时，可以将屏幕窗口 7开设在箱体顶面I的右侧，参见图2所示，相应地将平板电脑布设在第一层挡板2的右侧；当采集窗6布设在箱体顶面I的右侧时，则可以将屏幕窗口 7开设在箱体顶面I的左侧，相应地将平板电脑布设在第一层挡板2的左侧。为了使位于第一层挡板2下方的环形光源所发出的光线穿过所述的第一层挡板2照射到采集窗6上，并且使位于第一层挡板2下方的图像采集器能够穿过所述的第一层挡板2摄取到掌纹图像，需要在所述第一层挡板2上开设一个窗口 12,如图3所不,所述窗口 12的尺寸应与米集窗6的尺寸一致，且在第一层挡板2上的开设位置应刚好与采集窗6的位置垂直相对，即与采集窗6在第一层挡板2上的垂直投影区域相一致。为了方便环形光源和图像采集器在箱体内的布设，优选在箱体内部再设置两层挡板，即第二层挡板3和第三层挡板4，如图I所示，分别形成箱内第二空间9和箱内第三空间10，以分别对应布设所述的环形光源和图像采集器。具体来讲，可以将环形光源13布设在第二层挡板3上，如图4所示。所述环形光源13优选采用多个白色LED排列形成，比如可以排列成椭圆形或者矩形等。在所述环形光源13所围成的中间区域内开设窗口 14，所述窗口 14的尺寸应与采集窗6的尺寸一致，且在第二层挡板2上的开设位置应刚好与采集窗6的位置垂直相对，即与采集窗6在第二层挡板2上的垂直投影区域相一致，以便安装在第三层挡板4上的图像采集器依次通过第二层挡板3上的窗口 14和第一层挡板2上的窗口 12摄取透明采集窗6上的掌纹图像。为了使通过环形光源13发出的光线能够均匀地照亮透明采集窗6上所要采集的手掌区域，进而提高掌纹图像的采集效果，优选将所述的多个白色LED均匀排布，比如均匀排列围绕形成椭圆形的环形光源。当需要设计成矩形的环形光源时，可以将所述的多个白色LED对称排布，即相对两边的白色LED对称布设，如图4所示，以形成均匀的照明区，为图像采集设备提供均匀而稳定的光照条件。此外，在设计所述的环线光源13时，应尽量使环形光与手掌表面呈非常小的入射角，这样可以突出被测掌纹的缺口和凸起，提高掌纹的成像质量。在本实施例中，所述的多个白色LED在电路上优选采用并联方式，以避免由于一个LED的烧毁导致整个环形光源13的熄灭。为了对所述的环形光源13提供稳定的工作电源，在所述的箱体内还需要进一步设置电源模块，具体可以放置在第三层挡板4与箱体底面5所形成的第四空间11内，如图I所示。在所述的电源模块中可以设置变压器，连接电源线，将所述的电源线经由箱体上开设的通孔引出到箱体外部，以连接外部电源，比如220V 形光源13的电源端子，为环形光源13供电。当然，对于需要直流供电的环形光源13来说，还需要在电源模块中进一步设置整流稳压电压，以用于将变压器输出的低压交流电源整流变换成稳定的直流电源，通过线缆传输至环形光源13，以满足环形光源13的用电需求。此夕卜，在第二层挡板3和第三层挡板4还还需要进一步开设出线孔15、16，如图4、图5所示，以使连接电源模块的线缆能够穿过所述的出线孔15、16连接到环形光源13的电源端子上。对于平板电脑的电源线也可以通过所述的出线孔15、16伸入到第四空间11，进而通过箱体上开设的通孔弓I出到箱体外部，连接外部电源。对于图像采集器来说，本实施例优选采用一台工业照相机来摄取掌纹图像。作为一种优选设计方案，所述工业照相机优选采用一台CMOS工业相机，采用USB2. 0输出，像素尺寸5. 2um*5. 2um，分辨率1280*1024，可编程控制曝光时间、亮度、增益等参数，功耗小。在相机上安装C 口的8mm定焦镜头，视场角46°，并在镜头上安装一个C 口的偏振镜，对入射光进行偏振，避免图像过亮或者光斑的形成。由于环形光源13围绕在镜头的上方，照射方向朝向采集窗6，其照明对镜头来说是顺光的，这样可以防止光源直接照射到镜头中形成光斑从而影响成像质量。为了满足拍摄要求，对于8mm的定焦镜头，需要保证镜头到采集窗6之间的距离在35cm至45cm的范围内，优选设计成40cm的间距，以便拍摄出清晰的掌纹图像。当然，对于采用其他规格的定焦镜头，则可以根据高斯光学原理
^ =[与;—(其中，v、分别为成像的高度，实际物体的高度；y .分别是焦
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距，像距，物距)，按照手掌尺寸、工业相机的焦距等要素确定出镜头到采集窗6之间的距离，以满足掌纹图像的拍摄要求，本实施例对此不进行具体限制。将工业照相机17布设在第三层挡板4上与透明采集窗6相对的位置处，如图5所示，并使工业照相机17的镜头中心线刚好能够穿过环形光源13的中心，由此，既能满足以均匀的光线照亮要采集的手掌区域，又能保证成像的质量。因为手掌在自然张开的情况下不是平面，而是凹形，通过观察与实验证明，光线以适当的角度入射到手掌时采集到的掌纹图像具有较好的纹理特征，采集的掌纹图像能够达到较好的识别效果。通过工业照相机17拍摄到的掌纹图像可以经由USB信号线传输至平板电脑，利用平板电脑进行图像的预处理、分析和存储。同时，通过所述USB信号线，平板电脑还可以向工业照相机17发出控制指令，比如开始拍摄的指令、调整镜头参数的指令等，以控制工业照相机17的工作状态。对于工业照相机17所需的工作电源，也可以经由USB信号线从平板电脑中提取，进而满足工业照相机17的用电需求。所述的USB信号线同样可以经由出线孔15连接到平板电脑上。对于所述的透明采集窗6，可以根据成年人手掌的大小和形状，在箱体顶面I上裁出一个大小适中的矩形框，即采集窗口，然后安装一块矩形的透明板形成所述的透明采集窗6。作为一种优选设计方案，可以设计所述透明采集窗6的长边尺寸在15cm至20cm之间，宽边尺寸在IOcm至15cm之间，优选设计成18cm*10cm的矩形窗，以适合所有成年人的 手掌。在进行掌纹采集时，将手掌放在透明采集窗6上，掌心朝下，以方便获取掌纹图像。为了保证每次采集到的掌纹图像的位置、大小不会有太大的差别，在所述箱体顶面I临近所述透明采集窗6的位置处凸出设置两个定位柱18、19，优选布设在矩形采集窗6的其中一条宽边的一侧，且左右对称布设，如图I所示。采集右手掌纹时，将右手手腕的拐点抵住左边的小柱18 ;采集左手掌纹时，将左手手腕的拐点抵住右边的小柱19，以确保整个手掌区域均落在矩形框内。为保证手掌的大鱼际区域纹理清晰，掌纹采集时手掌要自然张开，大拇指要稍微向掌心方向靠拢，使大鱼际区域处于放松状态。为了使拍摄出的掌纹图像的背景呈黑色，以方便后续的图像处理和识别，本实施例优选在箱体的顶面I进一步安装一个遮光罩，位于米集窗6的上方,类似ATM取款机上安装的键盘罩那样，以遮挡外界光线。将遮光罩的内表面、箱体的内表面以及各层挡板均喷涂成可以吸收光线的黑色(当然也可以喷涂其他可吸收光线的涂料)，以降低箱体内部的反光以及外界光线对相机镜头成像的干扰，从而提高成像质量。各层挡板2、3、4在箱体内的安装位置可以上下自由调整，以便于调整光源和镜头的位置，也为日后的箱体扩展做准备。本实施例的掌纹采集器优选采用铝合金材料制作所述的箱体，不仅轻便牢固，而且还会对内部采集设施提供很好的保护。箱体上除采集窗6和电源线出口外均为密闭，这样可以减少外部进光，降低外界干扰。光源采用环形光源，可以形成均匀的照明区，加大掌纹沟壑阴影，提高掌纹纹路的摄取质量。数字工业相机的采用，提高了设备对外界环境比如温度、湿度的适应能力。相机外触发便于控制，而且可以控制曝光、亮度等参数。USB2.0的输出接口数据传输速度快，也便于与平板电脑连接。采用定焦镜头而不是变焦镜头，对焦速度快而准确，成像质量稳定，非常切合采集设备需要。通过平板电脑提供友善的人机交互界面，便于控制相机参数的同时，还可以预览实时的掌纹图像。当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种掌纹采集器，其特征在于包括箱体，箱体的顶面设置有透明采集窗，箱体的其余部位呈非透明状态；在所述箱体中布设有环形光源和图像采集器，所述环形光源位于采集窗的下方，且环绕在采集窗的外围，环形光源的出光面朝向所述的采集窗；所述图像采集器位于环形光源的下方，通过采集窗摄取掌纹图像，并传输至图像处理器。
2.根据权利要求I所述的掌纹采集器，其特征在于所述图像处理器为平板电脑，在箱体顶面形成一个屏幕窗口，在所述屏幕窗口的下方安装所述平板电脑，且平板电脑的显示屏刚好装配到所述的屏幕窗口中，并通过所述平板电脑使箱体在该部位呈非透明状态。
3.根据权利要求I所述的掌纹采集器，其特征在于所述图像采集器为工业照相机，连接所述的图像处理器；所述环形光源的中心在所述工业照相机的镜头中心线上。
4.根据权利要求3所述的掌纹采集器，其特征在于所述透明采集窗投影到环形光源所在平面的投影区域刚好位于环形光源所围成区域的中间位置。
5.根据权利要求3所述的掌纹采集器，其特征在于所述环形光源由多个在电路上相互并联的白色LED排列而成；多个所述的白色LED均匀排列围绕形成椭圆形的环形光源，或者对称排布围绕形成矩形的环形光源；所述环形光源的电源端子连接布设在箱体内的电源模块，所述电源模块连接电源线，所述电源线经由箱体上开设的通孔引出到箱体外部。
6.根据权利要求3所述的掌纹采集器，其特征在于在所述工业照相机上安装有8mm定焦镜头，在所述定焦镜头上安装有偏振镜，所述工业照相机的镜头与透明采集窗之间的距离在35cm至45cm之间。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的掌纹采集器，其特征在于在所述箱体上临近所述透明采集窗的位置处凸出设置有两个分别用于抵住左手腕拐点或者右手腕拐点的定位柱。
8.根据权利要求7所述的掌纹采集器，其特征在于所述透明采集窗呈矩形，长边尺寸在15cm至20cm之间，宽边尺寸在IOcm至15cm之间；两个所述的定位柱对称地布设在矩形采集窗的其中一条宽边的一侧。
9.根据权利要求I至6中任一项所述的掌纹采集器，其特征在于在所述箱体的内部设置有三层非透明挡板，从上至下分别用于承载所述的图像处理器、环形光源和图像采集器；在位于上方的两层挡板上均开设有一个窗口，所述窗口的尺寸与透明米集窗的尺寸相同，且在所述两层挡板上的开设位置与透明采集窗在该挡板上的垂直投影区域相一致。
10.根据权利要求I至6中任一项所述的掌纹采集器，其特征在于在所述箱体上安装有一遮光罩，所述遮光罩位于透明米集窗的上方；在所述遮光罩的内表面以及箱体的内表面均喷涂有吸收光线的涂料。
专利摘要本实用新型公开了一种掌纹采集器，包括箱体，箱体的顶面设置有透明采集窗，箱体的其余部位呈非透明状态；在所述箱体中布设有环形光源和图像采集器，所述环形光源位于采集窗的下方，且环绕在采集窗的外围，环形光源的出光面朝向所述的采集窗；所述图像采集器位于环形光源的下方，通过采集窗摄取掌纹图像，并传输至图像处理器。本实用新型的掌纹采集器采用机械结构设计，整个采集环境处于半封闭状态，设备箱体上除了采集窗和电源线出口外均为密闭状态，这样可以减小外部进光，避免外界光线对采集环境的影响，降低外界干扰。同时，通过在箱体内侧喷涂可吸收光线的涂料，这样可以降低箱体内部的光线反射影像，提高成像质量。
文档编号G06K9/20GK202548864SQ20122017876
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月25日 优先权日2011年9月2日
发明者孟飞, 朱习军, 白秋菊, 肖传伟, 许克 申请人:青岛科技大学