多光谱掌纹采集仪的制作方法

本实用新型属于采集设备领域。

背景技术：

传统的掌纹图像信息采集一般是将手掌置于单一光谱光源照射下，使用图像采集设备直接拍摄掌纹图像。但手掌皮肤对不同光谱的反射和吸收特性不同。人类的皮肤有三层:表皮、真皮和皮下组织， 每一层包含一个不同比例的血液和脂肪，表皮也含有黑色素, 而皮下组织包含静脉，不同波长的光可以穿透不同的皮肤层。一般来讲，波长越长，射线对人体皮肤的穿透性越强，越容易得到深入皮肤表面下的信息。如近红外的光线照射下，能够看到掌部血管的信息，这是在可见光下不可得到的手掌信息。波长越短，成像越针对某一表层，得到图像的细节信息就更丰富，从而能够充分利用手掌表面细小纹线的信息。而单一光谱下的掌纹图像只能包含手掌某个层次的信息，因此，获取的信息量小，信息具有局限性，造成识别精度低。而且，在许多的图像处理方面的工作需要进行图像采集时，基本都是简单地采用普通方式的照相采集即可，当需要同一区域多幅放大图像或者不同光谱下的局部图像时，由于受条件的影响无法准确地使各个区域完全吻合，这样就会使获得的多幅图像产生偏差。

为了克服单一光谱下掌纹图像的局限性以及同一区域拍摄多幅图像的误差问题，人们已经开始对多光谱掌纹图像进行研究。多光谱掌纹图像能够结合不同波长下的掌纹图像，得到手掌各个层次的信息，从而给识别带来更高的准确率，应用于更广泛的场合。因此，迫切需要发明一种能采集多个光谱下的掌纹图像的多光谱掌纹采集装置。

目前，人们对于多光谱掌纹采集装置的研究才刚刚开始，虽然取得了一些成果，但依然存在很多问题。2008年，一种多光谱掌纹身份认证方法及其专用采集仪被提出，这种专用采集仪使用计算机控制红外、红、绿、蓝四种光谱光源的切换，光谱数量少，不足以覆盖整个可见光和近红外的光谱范围；用户的手掌需要被固定栓固定，用户体验差。2012年，一种基于掩膜与双阿米西棱镜的高分辨率多光谱采集系统被提出，这种多光谱采集系统需要使用棱镜分光装置,将透射光线色散为多个波长上的光谱，还需要标定，装置结构复杂，采集过程繁琐，不利于装置的推广使用。2014年，一种多光谱掌纹采集台被提出，这种采集台由木质框架和丝杆电机组成，传动效率和精度低，难以达到控制相机以及多光谱镜筒精确定位的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可以自动准确地拍摄手掌不同区域，并且使同一区域多幅多光谱图像完全吻合的多光谱掌纹图像采集仪。

本实用新型在机架上固定安装有圆柱直线导轨，步进电机固定安装在机架一侧，步进电机的轴通过联轴器安装有丝杆，丝杆另一端通过支架安装在机架另一侧，在丝杆上螺纹安装有滚珠滑块，滚珠滑块上安装有滚珠丝杆滑台，滚珠丝杆滑台下面安装有与圆柱直线导轨匹配的开口直线滑动单元，滚珠丝杆滑台上通过电机同轴安装有纵向丝杆，在纵向丝杆上螺纹匹配安装有纵向滚珠滑块，在纵向滚珠滑块上通过十字螺丝安装有连接板，在连接板上安装有纵行铝合金型材和横行铝合金型材，横行铝合金型材安装在多光谱镜筒上，在纵行铝合金型材上通过三角连接架安装有顶部铝合金型材，在顶部铝合金型材与三角连接架和纵行铝合金型材之间固定安装有T型铁板，铁丝一端固定于T型铁板上，另一端围成圆形套在多光谱镜筒的下边沿，数码相机放置于多光谱镜筒之上，并且数码相机的中心与多光谱镜筒的中心对准；在机架上通过螺丝固定安装竖杆型材；竖杆型材顶部固定安装丝杆步进电机，竖杆型材侧面安装三角连接架和长铁杆；步进电机的丝杆上通过螺纹连接有传动支架，传动支架下部固定连接半圆板，稳压电源通过导线与三个驱动器连接，安装有运动控制卡的个人计算机通过信号传输线与三个驱动器连接。

本实用新型既能够较全面地覆盖可见光和红外光谱范围，又能够使采集操作简单、高效、精确，易于被用户接受，便于全面推广和应用。本实用新型结构设计合理,使用方便，能采集到白光、红光、黄光、绿光、蓝光、紫光六种波长光谱下的掌纹图像；所采集到的多光谱掌纹图像是经过透镜组放大过的，比普通数码相机直接拍摄的掌纹图像更清晰；采集图像时数码相机与多光谱镜头可以在滚珠丝杆滑台的带动下移动，可以自动采集到手掌部任意位置的掌纹图像；所照取的多幅图像完全吻合，不会产生误差。

附图说明

图1是本实用新型结构立体视图；

图中：1.铝合金型材，2.圆柱直线导轨，3. T型螺丝 ，4.步进电机，5. 连轴器，6. 丝杆，7. 滚珠滑块，8. 开口直线滑动单元，9. 滚珠丝杆滑台，10. 连接板，11. 十字螺丝，12. 纵行铝合金型材，13. 横行铝合金型材，14. 顶部铝合金型材，15. 三角连接架，16. T型铁板，17. 铁丝，18. 多光谱镜筒，19. 数码相机，20. 竖杆型材，21. 三角连接架，22. 步进电机，23. 长铁杆，24. 传动支架，25. 半圆板；

图2是本实用新型底部结构示意图；

图3是本实用新型各个部件连线示意图。图中：26.稳压电源，27.安装有运动控制卡的个人计算机。

具体实施方式

本实用新型在机架1上固定安装有圆柱直线导轨2，步进电机4固定安装在机架1一侧，步进电机4的轴通过联轴器5安装有丝杆6，丝杆6另一端通过支架安装在机架1另一侧，在丝杆6上螺纹安装有滚珠滑块7，滚珠滑块7上安装有滚珠丝杆滑台9，滚珠丝杆滑台9下面安装有与圆柱直线导轨2匹配的开口直线滑动单元8，滚珠丝杆滑台9上通过电机93同轴安装有纵向丝杆91，在纵向丝杆91上螺纹匹配安装有纵向滚珠滑块92，在纵向滚珠滑块92上通过十字螺丝11安装有连接板10，在连接板10上安装有纵行铝合金型材12和横行铝合金型材13，横行铝合金型材13安装在多光谱镜筒18上，在纵行铝合金型材12上通过三角连接架15安装有顶部铝合金型材14，在顶部铝合金型材14与三角连接架15和纵行铝合金型材12之间固定安装有T型铁板16，铁丝17一端固定于T型铁板16上，另一端围成圆形套在多光谱镜筒18的下边沿，数码相机19放置于多光谱镜筒18之上，并且数码相机19的中心与多光谱镜筒18的中心对准；在机架1上通过螺丝固定安装竖杆型材20；竖杆型材 20顶部固定安装丝杆步进电机22 ，竖杆型材20侧面安装三角连接架21和长铁杆23；步进电机22的丝杆上通过螺纹连接有传动支架24，传动支架24下部固定连接半圆板25，稳压电源26通过导线与三个驱动器连接，安装有运动控制卡的个人计算机27通过信号传输线与三个驱动器连接。

以下对本实用新型做进一步详细说明：

本实用新型主要包括安装有运动控制卡的个人计算机、数码相机、多光谱镜筒、圆柱直线导轨、滚珠丝杆滑台、步进电机驱动器、稳压电源等。

其中，所述的个人计算机用于与数码相机通过数据线连接，观察数码相机采集到的图像信息并保存图像信息，同时通过运动控制卡输出脉冲信号给驱动器来控制三个步进电机的运动。

数码相机用于采集用户的全手掌图像以及局部清晰放大的掌纹图像。

多光谱镜筒用于提供多种不同波长的光源并放大用户的掌纹图像。它包括六个光谱光源，它们是六组不同波长的LED灯，分别是白光、红光、黄光、绿光、蓝光、紫光；一组能放大图像的放大透镜组；环形盖子，六组不同波长的LED灯均匀交错排布在环形盖子上；内置光源控制盒，负责给所有的LED灯供电和切换不同光谱的光源。

圆柱直线导轨用于承受步进电机给其传递的下压力，并保证丝杆滑台在其上做直线往复运动。

滚珠丝杆滑台用于带动其上的置物平台一起运动。当丝杆电机转动时，通过连轴器带动丝杆转动，滑块内有旋转螺纹，将轴转动转化为滑块的直线移动。因此，当丝杆电机转动时，通过传动滑块带动连接板运动，也就带动了数码相机以及多光谱镜筒的移动，而用户的手掌是不动的，因此就能采集到不同位置的掌纹图像。

步进电机驱动器用于接收运动控制卡输出的脉冲信号并给步进电机提供驱动控制脉冲。

传动支架用于改变数码相机的位置。

稳压电源用于给步进电机驱动器提供所需的稳定直流电压。

底座是由铝合金型材和圆柱直线导轨构成，在底座上安装有立杆和步进电机驱动器；

在铝合金型材上安装有步进电机，步进电机与传动丝杆通过连轴器连接，丝杆上安装有滚珠滑块，滚珠滑块与滚珠丝杆滑台的底部固定，使滚珠丝杆滑台与底部丝杆叠成“十”字，滚珠丝杆滑台与圆柱直线导轨通过开口直线滑动单元相连接；

连接板通过十字螺丝固定安装于滚珠丝杆滑台的滑块上；纵行铝合金型材与横行铝合金型材均固定安装于连接板上；铝合金型材与纵行铝合金型材通过三角连接架固定连接；T型铁板固定于铝合金型材与三角连接架和纵行铝合金型材之间；铁丝一端固定于T型铁板上，另一端围成圆形套在多光谱镜筒的下边沿；数码相机放置于多光谱镜筒之上，数码相机的中心与多光谱镜筒的中心对准；

在底部铝合金型材上通过螺丝固定安装竖杆型材；竖杆型材顶部固定安装丝杆步进电机，竖杆型材侧面安装三角连接架和长杆；步进电机的丝杆上通过螺纹连接有传动支架，传动支架下部固定连接半圆板。

本实用新型底座是由机架1 和圆柱直线导轨 2 构成，在底座上安装有竖杆型材20 和步进电机驱动器 26 ；

在机架1 上安装有步进电机 4 ，步进电机 4 与传动丝杆 6 通过连轴器 5 连接，丝杆 6 上安装有滚珠滑块 7 ，滚珠滑块 7 与滚珠丝杆滑台 9 的底部固定，使滚珠丝杆滑台 9 与底部丝杆 6 叠成“十”字，滚珠丝杆滑台 9 与圆柱直线导轨 2 通过开口直线滑动单元 8 相连接；

连接板 10 通过十字螺丝 11 固定安装于滚珠丝杆滑台 9 的滑块上；纵行铝合金型材 12 与横行铝合金型材 13 均固定安装于连接板 10 上；顶部铝合金型材 14 与纵行铝合金型材 12 通过三角连接架 15 固定连接；T型铁板 16 固定于铝合金型材 14 与三角连接架 15 和纵行铝合金型材 12 之间；铁丝 17 一端固定于T型铁板 16 上，另一端围成圆形套在多光谱镜筒 18 的下边沿；数码相机 19 放置于多光谱镜筒 18 之上，数码相机 19 的中心与多光谱镜筒 18 的中心对准；

在底部机架1上通过螺丝固定安装竖杆型材 20 ；竖杆型材 20 顶部固定安装丝杆步进电机 22 ，竖杆型材 20 侧面安装三角连接架 21 和长铁杆 23 ；步进电机 22 的丝杆上通过螺纹连接有传动支架 24 ，传动支架 24 下部固定连接半圆板 25 ，稳压电源 26 通过导线与三个驱动器连接，安装有运动控制卡的个人计算机 27 通过信号传输线与三个驱动器连接。

本实用新型将多光谱镜筒垂直固定于于铁丝圆圈内，六组不同波长的灯排布成均匀交错的环形阵列固定在镜筒内平面上。光源控制盒固定在环形镜筒下侧面，光源控制盒内装有给灯供电的电池和控制光源切换的按钮开关。数码相机镜头朝下先安放在半圆板上，数码相机采集到的掌纹图像信息通过数据线与个人计算机进行实时同步的数据传输，并通过个人计算机观察掌纹图像，选择性的采集并存储掌纹图像信息。

底部的滚珠丝杆滑台两端固定在较宽铝合金上，其上的滚珠丝杆滑台底面分别与两个直线滑动单元和底部滑台固定，两个滚珠丝杆滑台相互垂直，即叠成“十”字。

采集掌纹图像信息时，用户将手掌自然张开，手心朝上将手背放置于铝型材上，同时使手指平行于圆柱直线导轨的方向。观察数码相机内拍摄图像，使手掌图像处于视野中心并拍摄手部图像。同时计算机控制两个步进电机带动多光谱镜头运动到数码相机下方，应保证镜筒中心与数码相机的镜头中心对准，步进电机22运动使得数码相机自然落入多光谱镜筒之中。随后计算机控制两个垂直的丝杆滑台在平面内移动，采集不同位置的多光谱掌纹图像。

滚珠丝杆滑台的运动控制部分：

多光谱掌纹采集仪的图像采集镜头由两个步进电机确定具体的位置，控制原理就是一个平面上的任一点都可以由坐标（x，y）来表示。其中，x轴和y轴分别对应采集台底部的两个滚珠丝杆滑台。假设步进电机A控制x轴方向，步进电机B控制y轴方向。首先，建立模型之前需要对两个步进电机进行初始化，将多光谱采集台的多光谱镜头中心位置确定在坐标原点（0，0）处；启动电机A使其正向运转，设定沿x轴正方向的运转方向为正向运转，到坐标（0，n），记下电机运行的步数a；使电机静止，启动电机B正向运转，同样设定y轴正方的运转方向为正向运转，到坐标（m，n），此时记下电机的运行步数为b。那么我们如果使相机在（x，y）处采集图像，只需控制步进电机A正向运行a*x/n步，使步进电机B正向运行b*y/m步，这样就可以用计算机先计算出运行的步数，再通过运动控制卡输出脉冲来进而控制步进电机运行的距离，使多光谱采集仪的采集镜头部分可以移动到区域内的任何位置采集掌部图像。