一种指静脉拍摄距离的确定方法与流程

文档序号：20841635发布日期：2020-05-22 17:34阅读：402来源：国知局

本发明属于信息安全中的生物特征识别技术领域，尤其涉及一种指静脉拍摄距离的确定方法。

背景技术：

手指静脉识别技术是第二代生物特征识别的代表性技术，它通过手指静脉内血红蛋白对近红外光吸收特性，获取手指内的静脉分布图像进行身份识别，是一种不可复制、不可伪造、安全便捷的识别技术。

而在指静脉设备的使用过程中，摄像头很难拍摄出较清晰的手指静脉图像，其原因之一是定焦摄像头的拍摄距离与实际采集手指静脉距离有偏差，设备不能采集到最佳的手指静脉图像，从而不能使指静脉设备达到最佳的识别状态，降低了手指静脉的识别性能。

现有技术中一般是通过调节定焦摄像头镜头来改善拍摄手指静脉的清晰度，提高图像质量，即降低硬件对图像质量的负影响。由于不同型号的指静脉设备内部结构不同，所以不同设备必须进行单独的摄像头镜头调试。传统的方法只是通过设备结构设计的拍摄距离来定制相对应焦距的摄像头，单独从设备结构方面来确定摄像头焦距，指静脉图像不能达到精确清晰度的要求。

中国发明专利cn107292230a公开了一种基于卷积神经网络且具备仿冒检测能力的嵌入式指静脉识别方法，所述识别方法包括：s1、采集若干张多级光强的手指静脉图像，选出清晰度最高的一张手指静脉图像，然后进行预处理截取图像roi区域；s2、使用局部二进制模式lbp对手指静脉图像的高频信息进行纹理特征编码；s3、通过高通滤波器提取手指静脉图像的高频部分特征，通过静脉识别浅层卷积神经网络提取手指图像特征；s4、使用svm分类器进行仿冒检测区分真伪静脉图像。上述专利中虽然可以提高指静脉图像的清晰度，但是，由于每个人的手指静脉位置是不同的，无法准确拍摄出最佳的手指静脉图像。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明从实际出发，直接在指静脉设备上进行模拟测试，可提高手指静脉图像质量。由于手指静脉在手指内位置深浅不一，并且无法保证每次放置手指的位置都是一样的，在本发明中，使用测试卡纸作为手指静脉的替代物，排除拍摄物体的变化对实验的影响，控制单一变量。

为了达到目的，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种指静脉拍摄距离的确定方法，其包括以下步骤：

(1)在指静脉设备端采集不同镜头角度图像；

(2)分析不同镜头角度采集的多组图像的图像梯度和、图像对比度和brenner梯度，得到拍摄图像最清晰的镜头角度；

(3)在最佳镜头角度下采集不同拍摄距离的图像；

(4)分析不同距离的多组图像的图像梯度和、图像对比度和brenner梯度，得到拍摄图像最清晰的拍摄距离。

优选地，步骤(1)中，采用指静脉设备测试卡纸作为拍摄对象，测试卡纸尺寸适配静脉设备拍摄窗口，拍摄时，测试卡纸面与摄像头拍摄平面平行，测试卡纸与拍摄窗口之间的间隙不漏光；测试卡纸为黑白图像卡纸，具有清晰花纹图像。

优选地，步骤(1)中采集不同镜头角度图像时，至少更换三个同型号静脉设备的摄像头进行拍摄。

优选地，步骤(1)中，指静脉设备在黑暗封闭的环境下拍摄，同一镜头角度下采集的图像不少于70幅。可以保证不受到外界的灯光影响，只在设备灯光下采集图像。

优选地，步骤(2)中，分别绘制旋转镜头角度与图像梯度和、图像对比度、brenner梯度变化关系图，图像对比度均值曲线和brenner梯度均值曲线对应最高点对应的角度为摄像头镜头最清晰角度。

优选地，步骤(3)中，采集不同拍摄距离的图像时，摄像头固定在游标卡尺的一端测量齿上，图像板固定在游标卡尺的另一端测量齿上，摄像头拍摄平面与图像板平行，调节摄像头镜头与图像板距离至指静脉设备结构决定的拍摄距离，记录游标卡尺读数，背向图像板移动摄像头卡尺端，以固定距离为步长，每移动一个步长，采集相同数量图像，直至移动到使摄像头成像为模糊图像为止的位置，不同距离拍摄的图像不少于6幅并给出变化曲线；根据对比度曲线的变化趋势，找到开始快速下降时游标卡尺所对应的位置，以该位置加上一个步长为起始点，以相同步长朝向图像板方向采集图像，直至拍摄图像通过眼睛观察图像质量明显下降的位置为止。

使用游标卡尺作为测量工装的原因是游标卡尺可以直接测量距离，精准度较高，成本较低，而其他摄像头调焦操作台测量精度不及游标卡尺，且价格昂贵。

优选地，步骤(4)中，分别绘制镜头面到图像板距离与图像梯度和、图像对比度、brenner梯度变化关系图；变化关系图中的最高点即为摄像头最清晰点，前后两次曲线迅速下降之间的范围即为摄像头拍摄图像的清晰范围。

优选地，图像梯度和的计算公式为：

式中：

为整幅图像的梯度和；

m、n分别为图像的宽度和高度；

δxf(i，j)为像素点(i，j)在x方向上的一阶差分；

δyf(i，j)为像素点(i，j)在y方向上的一阶差分；

图像对比度的计算公式为：

式中：

c为整幅图像对比度；

δ(fa，fb)＝|fa-fb|为相邻像素间的灰度差，fa、fb分别代表两个相邻像素；

pδ(fa，fb)为相邻像素间灰度差为δ(fa，fb)的分布概率；

brenner梯度是指相邻两个像素灰度差的平方，其计算公式为：

d(f)＝∑y∑x|f(i+2，j)-f(i，j)|²；

式中：

d(f)为图像f的brenner梯度计算结果；

f(i，j)为图像f所对应像素点(i，j)的灰度值。

优选地，所述的图像板尺寸大于摄像头拍摄视野，图像板上设有清晰花纹的黑白图像，图像板不允许存在折痕和弯曲

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明先通过测试不同镜头角度下的图像清晰度得出最佳拍摄镜头角度，然后在最佳镜头角度下测试不同距离的图像清晰度得出最佳的拍摄距离，从而提高指静脉设备的手指静脉图像质量。

2、本发明采用游标卡尺作为测量距离的装置，直接将摄像头固定在游标卡尺上，可以直接测量距离，精准度较高，操作方便，成本较低。

3、本发明使用测试卡纸作为手指静脉的替代物，排除拍摄物体的变化对实验的影响，控制单一变量。

附图说明

图1为本发明指静脉拍摄距离的确定方法的流程图；

图2为指静脉设备拍摄距离示意图；

图3为指静脉设备拍摄的卡纸灰度图像例举示意图；

图4为图像梯度和与摄像头旋转角度变化关系曲线示意图；

图5为图像对比度与摄像头旋转角度变化关系曲线示意图；

图6为图像brenner梯度与摄像头旋转角度变化关系曲线示意图；

图7为游标卡尺模拟拍摄距离示意图；

图8为图像板图像示例举意图；

图9为图像梯度和与摄像头拍摄距离变化关系曲线示意图；

图10为图像对比度与摄像头拍摄距离变化关系曲线示意图；

图11为图像brenner梯度与摄像头拍摄距离变化关系曲线示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

通过测量某指静脉设备结构，摄像头拍摄距离为24.5mm。如图1所示，本实施例涉及一种指静脉拍摄距离的确定方法，其包括以下步骤：

(1)在指静脉设备端采集不同镜头角度图像。

将待测试指静脉设备的摄像头拆出，在镜头上作位置标记并组装好。指静脉设备与pc端连接,在pc端启动对应指静脉设备的上位机测试程序，正常连接设备成功后，使用设备校准测试卡纸对指静脉设备进行校准。采用的测试卡纸的图像可参照图3所示，测试卡纸尺寸适配静脉设备拍摄窗口，拍摄时卡纸与设备拍摄窗口之间的间隙不允许产生漏光现象；选择对比度较高的黑白图像卡纸，且图像具有清晰度较高的花纹；卡纸必须保证平整，不允许存在折痕和弯曲。校准完毕后将准备的测试卡纸放置于设备手指放置面，保证卡纸面与摄像头拍摄平面平行。将放置好卡纸的设备放置于黑暗封闭的环境下，保证不受到外界的灯光影响，只在设备灯光下采集图像，采集70幅图像并保存，与镜头上的位置对应标记，第一组不旋转镜头采集图像的位置为原点位置，设置摄像头固定旋转角度为11.25°，摄像头旋转范围为顺时针56.25°到逆时针78.75°，设备断电，拆卸摄像头，在摄像头镜头旋转范围内，旋转固定角度，重复上述步骤采集其他角度位置图像，调节摄像头镜头角度共采集13组图像。

(2)分析不同镜头角度采集的多组图像的图像梯度和、图像对比度和brenner梯度，得到拍摄图像最清晰的镜头角度。

图像梯度和反应图像中细节反差和纹理变化，即灰度变化率大，图像层次越多，也就越清晰；图像对比度就是亮暗的拉伸对比程度，可表现图像画质的清晰程度。采用以上三个评判标准进行图像清晰度的分析，同一角度值的多幅图像取均值。分别绘制旋转角度与图像梯度和、图像对比度、brenner梯度变化关系图。图像对比度均值曲线和brenner梯度均值曲线变化趋势和对应变化点应接近，图像梯度和的值应随摄像头旋转角度的变小(即接近原点位置)逐渐增大，但并不一定是原点位置最大。则可认为图像对比度均值曲线和brenner梯度均值曲线对应最高点对应的角度为摄像头镜头最清晰角度。如图4至图6所示，从三幅图像上得出在摄像头镜头旋转至顺时针11.25°时图像最清晰。更换同型号设备的摄像头，重复测试，得出摄像头镜头旋转顺时针11.25°时图像最清晰结果无误。

(3)在最佳镜头角度下采集不同拍摄距离的图像。

参照图7，将摄像头镜头旋转至顺时针11.25°的角度，在镜头上点胶使镜头固定，摄像头连接摄像头测试模块使其在pc端显示拍摄图像。摄像头固定在游标卡尺的右端测量齿上，将图像板固定在游标卡尺的左端测量齿上，保证镜头面与图像板平行，摄像头镜头表面与图像板校零，调节镜头到图像板之间距离为24.5mm。其中使用游标卡尺作为测量工装的原因是游标卡尺可以直接测量距离，精准度较高，成本较低，而其他摄像头调焦操作台测量精度不及游标卡尺，且价格昂贵。本测试采集的是方格图像(参照图8所示)，图像板尺寸必须大于摄像头拍摄视野，选择对比度较高的黑白图像，且图像具有清晰度较高的花纹，图像板不允许存在折痕和弯曲。将摄像头镜头与图像板距离调节至指静脉设备结构决定的拍摄距离，在pc端保存6幅图像，并记录游标卡尺读数，接着背向图像板移动摄像头卡尺端，以0.5mm为固定步长(步长可更小，越小越精确)，每移动一个步长，采集相同数量图像，直至移动到使摄像头成像肉眼识别为模糊图像的位置为止，给出给出变化曲线。分析所有图像的图像对比度和brenner梯度判断开始快速下降时游标卡尺所对用的位置为25.5mm。进行第二批采图，从26mm位置开始朝向图像板方向采集图像，直至采集至22mm位置时，图像质量明显下降。