基于相机的非接触指纹图像采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于非接触指纹图像采集技术领域，特别是涉及一种基于相机的非接触指纹图像采集装置及方法。该发明专利技术利用相机在蓝光下采集指纹图像，通过对指尖轮廓线进行圆拟合估计手指在图像中的宽度，并据此利用语音提示调整手指与相机之间的距离；提取指纹区域的中心线并确定指纹ROI区域，控制摄像头对ROI进行聚焦，从而获得高质量的非接触指纹图像；再根据指纹中心线的倾斜度对指纹图像进行旋转校正，获得放置规则、尺寸合适的指纹图像。本发明专利技术通过在蓝光下采集指纹图像增强指纹脊线和谷线的对比度，通过调整手指与相机之间的距离克服指纹尺度变化的影响，利用旋转校正降低手指随意放置的影响，根据ROI区域的质量调整焦距，得到高质量的非接触指纹图像。

Camera based non-contact fingerprint image acquisition device and method

The invention belongs to the field of non-contact fingerprint image acquisition technology, in particular to a camera-based non-contact fingerprint image acquisition device and method. The invention uses a camera to collect fingerprint image under blue light, estimates finger width in the image by circle fitting of fingertip contour line, and adjusts the distance between finger and camera based on voice prompt; extracts the center line of fingerprint area and determines fingerprint ROI area, and controls the camera to focus on ROI, so as to obtain ROI. The high quality non-contact fingerprint image is obtained, and then the fingerprint image is rotated according to the tilt of the fingerprint center line to obtain the fingerprint image with appropriate placement rules and sizes. The invention enhances the contrast of fingerprint ridges and valleys by collecting fingerprint images under blue light, overcomes the influence of fingerprint scale change by adjusting the distance between finger and camera, reduces the influence of finger random placement by using rotation correction, and adjusts the focal length according to the quality of ROI region to obtain high-quality non-contact fingerprint images.

【技术实现步骤摘要】
基于相机的非接触指纹图像采集装置及方法
本专利技术属于非接触指纹图像采集
，特别是涉及一种基于相机的非接触指纹图像采集装置及方法。
技术介绍
信息技术的飞速发展，极大地推动了社会的发展进步，但随之而产生的信息安全问题也日益突出。实行个人身份认证是保障信息安全的重要途径，但传统的身份认证方法存在着容易丢失和易被伪造的缺点，已不能满足当前的社会需要。生物识别技术凭借其安全、便捷的优势成为当前最佳替代方案。BBC在其2016年发布的《生物识别技术与全球市场》调研报告中指出：全球生物识别市场产值总额将从2015年的149亿美元增长至2020年的415亿美元，其中与指纹识别相关的产品占据50％以上的市场份额。指纹识别技术凭借其较高的实用性和可行性，成为目前应用最普遍且具有法律效力的生物识别技术。但是，传统的接触式指纹识别系统(通过接触式的光学或电容传感器采集指纹图像)存在着指纹形变、纹路残留、对皮肤状况敏感、采集过程中容易导致细菌传播等问题，而非接触指纹识别系统(采集指纹图像时指纹表面与摄像机或结构光等传感器不直接接触)不仅可以消除这些不利因素，而且因可以获取更多指纹信息(颜色、三维结构等)而具有提高指纹识别准确度的巨大潜力，在国防安全、金融、电子商务、考勤管理、海关进出口检验等领域都有着广阔的应用前景。但现有的基于结构光等高质量非接触指纹采集装置一般体积较大、价格昂贵，不利于非接触指纹识别技术的推广和应用。采用手机等便携式设备采集指纹图像简单易行，但其获得的指纹图像往往因光照不均、抖动模糊以及散焦等影响而不够清晰，并且由于采集过程中手指放置比较随意，手指与相机之间的距离、角度、光照等存在一定的差异，导致不同时间采集的指纹图像存在较大的差异，严重影响后续指纹识别的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于相机的非接触指纹图像采集装置及方法，从而获得格式规范的高质量非接触指纹图像。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：本专利技术提供一种基于相机的非接触指纹图像采集装置，包括：指纹采集模块，用于采集高对比度的非接触指纹图像；摄像头及灯光控制模块，用于控制灯的亮度和摄像头的聚焦；图像处理模块，用于对摄像头拍摄的指纹图像进行处理，估计手指在图像中的宽度、提取指纹中心线和提取指纹ROI区域。进一步地，所述指纹采集模块包括CMOS摄像头和蓝色LED灯阵列。进一步地，还包括距离调整语音提示模块，用于根据图像处理模块估计的手指在图像中的宽度信息，提示用户调整手指与摄像头之间的距离。进一步地，还包括显示模块，用于将摄像头获取的指纹图像显示在显示屏上。本专利技术还提供一种基于相机的非接触指纹图像采集方法，包含以下步骤：步骤1，在蓝光照射下，摄像头拍摄指纹图像，并将其传送给图像处理模块；步骤2，图像处理模块根据颜色信息将指纹区域与背景分割出来，得到指纹区域二值图像；步骤3，对指纹区域二值图像进行水平和垂直投影，获得手指的放置方式；步骤4，提取手指的轮廓线，并根据轮廓线的曲率变化确定指尖轮廓线和手指边缘两侧轮廓线；步骤5，对指尖边缘轮廓线进行圆拟合，得到圆心和半径，并据此估计手指在图像中的宽度值w；步骤6，若w在预设范围之外，则通过语音提示调整手指与摄像头的距离，并转至步骤1，否则转至步骤7；步骤7，对指纹两侧边缘性进行直线拟合，提取指纹图像的中心线，获得手指图像的倾斜角；步骤8，提取指纹ROI区域，并控制摄像头对ROI区域聚焦，得到高质量的指纹图像；步骤9，对获得指纹图像进行旋转校正，并按照规定尺寸、格式对其进行处理后存储起来，供后续进行识别。进一步地，所述步骤2的具体实现过程为：根据蓝光背景下指纹区域的R、G、B分布特征对RGB图像进行分割，或者，将RGB图像变换到YCbCr或HSV域，根据相应通道的特征进行分割，再结合形态学处理即可得到指纹区域的二值图像。进一步地，所述步骤3中手指放置方式的估计为：分别在水平和垂直方向上对指纹区域二值图像进行直方图统计，据此获得手指的大致放置方式，即手指根部位于显示屏的左侧或者右侧。进一步地，所述步骤5中手指在图像中的宽度估计为：步骤501，对指纹二值图像进行边缘检测，得到指纹区域轮廓线L{(xi,yi),i＝1,2…,N}；步骤502，按照式(1)依次计算轮廓线上任一点的曲率C{c(xi,yi),i＝1,2…,N}，检测曲率变化大于阈值T的点P1和P2；其中步骤503，结合手指的放置方式，即可得到指尖边缘轮廓线L1及手指两侧边缘线L2和L3；步骤504，对指尖轮廓线L1进行圆拟合，得到圆的中心点O和半径R，然后将2.2*R作为手指宽度的估计值w。进一步地，所述步骤7中提取指纹图像的中心线的具体方法为：先对手指两侧边缘线L2和L3分别进行直线拟合，得到对应的两条直线，将这两条直线构成的锐角的角平分线与手指区域的交线作为手指的中心线，并可获得手指中心线相对于水平轴的倾斜角α。进一步地，所述步骤8提取指纹ROI区域的具体方法为：指尖轮廓线拟合的圆心O距离左、右、上、下四边的长度为0.2R、2R、1.1R、1.1R构成一个矩形框，设定该矩形框即为ROI区域。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的装置不仅可以提示用户调整手指与摄像头之间的距离，而且可以自动提取指纹ROI区域以便摄像头聚焦，还可以根据指纹中心线倾角进行指纹图像校正，从而获得高质量且规则的指纹图像，以便提高后续指纹识别准确率。2、随着通信技术和电子科技的飞速发展，掌上设备的性价比越来越高，其应用也越来越广泛。由于手机等掌上设备存有用户的私人信息，其信息安全要求也越来越高。将本专利技术应用于掌上设备，获取用户的指纹信息，并以此进行身份认证，可以有效提高掌上设备的信息防护能力。鉴于掌上设备的社会需求量十分巨大，因此本专利技术具有很大的经济效益。3、本专利技术利用普通相机快速采集用户的高清晰指纹图像，且尺寸合适、放置规则，十分有利于后续的指纹识别，在门禁、考勤、安检等领域应用前景广阔，不仅可以增强其安全性，而且可以显著提高其工作效率。因此，可以产生较大的社会效益。4、本专利技术可以在非接触的情况下采集指纹图像，可以有效克服接触式指纹识别存在的潜在卫生问题，因而使用起来更加安全和卫生。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种基于相机的非接触指纹图像采集装置的结构框图；图2是本专利技术的一种基于相机的非接触指纹图像采集方法的流程示意图；图3是手指放置方式与其二值图像垂直水平投影之间的关系图；图4是指纹中心线及指纹ROI区域提取示意图。具体实施方式实施例一，如图1所示，本实施例提供一种基于相机的非接触指纹图像采集装置，包括：指纹采集模块，用于采集高对比度的非接触指纹图像；其主要由CMOS摄像头和蓝色LED灯阵列组合而成，这是由于相机在蓝光照射下可以获得高对比度的非接触指纹图像；为了使光照均衡，LED灯均匀分布在摄像头的四周(可以根据具体情况设置LED灯的数目及相互之间的位置分布)。摄像头及灯光控制模块，采用PWM(Puls本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相机的非接触指纹图像采集装置，其特征在于，包括：指纹采集模块，用于采集高对比度的非接触指纹图像；摄像头及灯光控制模块，用于控制灯的亮度和摄像头的聚焦；图像处理模块，用于对摄像头拍摄的指纹图像进行处理，估计手指在图像中的宽度、提取指纹中心线和提取指纹ROI区域。

【技术特征摘要】
1.一种基于相机的非接触指纹图像采集装置，其特征在于，包括：指纹采集模块，用于采集高对比度的非接触指纹图像；摄像头及灯光控制模块，用于控制灯的亮度和摄像头的聚焦；图像处理模块，用于对摄像头拍摄的指纹图像进行处理，估计手指在图像中的宽度、提取指纹中心线和提取指纹ROI区域。2.根据权利要求1所述的基于相机的非接触指纹图像采集装置，其特征在于，所述指纹采集模块包括CMOS摄像头和蓝色LED灯阵列。3.根据权利要求2所述的基于相机的非接触指纹图像采集装置，其特征在于，还包括距离调整语音提示模块，用于根据图像处理模块估计的手指在图像中的宽度信息，提示用户调整手指与摄像头之间的距离。4.根据权利要求2所述的基于相机的非接触指纹图像采集装置，其特征在于，还包括显示模块，用于将摄像头获取的指纹图像显示在显示屏上。5.一种利用权利要求1至4任一项所述的基于相机的非接触指纹图像采集装置实现的图像采集方法，包含以下步骤：步骤1，在蓝光照射下，摄像头拍摄指纹图像，并将其传送给图像处理模块；步骤2，图像处理模块根据颜色信息将指纹区域与背景分割出来，得到指纹区域二值图像；步骤3，对指纹区域二值图像进行水平和垂直投影，获得手指的放置方式；步骤4，提取手指的轮廓线，并根据轮廓线的曲率变化确定指尖轮廓线和手指边缘两侧轮廓线；步骤5，对指尖边缘轮廓线进行圆拟合，得到圆心和半径，并据此估计手指在图像中的宽度值w；步骤6，若w在预设范围之外，则通过语音提示调整手指与摄像头的距离，并转至步骤1，否则转至步骤7；步骤7，对指纹两侧边缘性进行直线拟合，提取指纹图像的中心线，获得手指图像的倾斜角；步骤8，提取指纹ROI区域，并控制摄像头对ROI区域聚焦，得到高质量的指纹图像；步骤9，对获得指纹图像进行旋转校正，并按照规定尺寸、格式对其进行处理后存储起来，供后续进行识别。6.根据权利要求5所述的基于相机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永鹤，蒋烈辉，何红旗，董卫宇，井靖，王瑞敏，苏童，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41