激光扫描获取三维数据特征的身份鉴别设备制造技术

一种激光扫描获取三维数据的身份鉴别设备，它具有人手特征数据采集和识别系统。该设备建立基于人手三维特征的身份自动鉴别系统。设备由激光扫描获取三维数据的装置以及带图象采集卡和ＩＣ卡读写器的计算机组成，并编写了基于ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的用户界面。该设备的识别系统具有比较完善的控制功能，鲁棒性和稳定性好，可做身份鉴别的多步判别。本发明专利技术可用于银行、海关、保安、军事、国防、宾馆等需要验证身份的场所。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术基于人手三维特征用于身份鉴别，属于识别装置，图际专利分类号为H04A。根据检索查出与本专利技术最为相关的专利有美国专利US005483601A，专利号为5483601，申请日为1996年1月9日，专利技术名称为用人手的部分阴影和位移图象作为生物鉴别的装置和方法。该专利采用两个光源，装置上必须有对识别物的定位块，对识别物如人手的图象采集用两幅图象即阴影图象和位移图象来获得人手的三维数据。本专利技术的目的是设计一种只用一个激光光源，对识别物如人手不需要定位块，就可由激光扫描而直接获得人手三维特征信号的激光扫描获取三维数据的身份鉴别设备。本专利技术的技术要点在于本系统由人手数据的三维激光获取设备及带采集卡和IC卡读写器的计算机组成。数据获取设备包括激光发生器、白炽灯、皮带传动部分、电机驱动电路及CCD摄象机。图1所示为系统的构成示意图。激光发生器为一半导体激光器，它产生一个平面结构光，并与摄象机成一角度固定在一滑块上。白炽灯在人手放入数据获取设备时起照明作用，可以由计算机控制开关。皮带传动部分是采用步进电机，通过减速机构和齿皮带传动，驱动滑块在导向光杠上运行。其中光杠亦即滑块的运行轨迹是与放置人手的底面平行的。电机驱动电路为单片机电路板，它产生脉冲控制电机的运转，并通过特定的算法来保证齿皮带轮行进的精度，而且齿皮带轮行进的速度分为十档可调。单片机与计算机之间采用RS232串口通讯。计算机能够随时查询系统的运行状态和位置，可以中断系统的运动，并控制照明光源的开关。当齿皮带运动超过警戒位置时，单片机自动实现双向保护功能，并向计算机发送警报信号。计算机为一台Pentium586/133型PC机，机器上配置了一块图象采集卡和一台IC卡读写器。IC卡读写器为一ATMEL24C16型外置式IC卡读写器，它能够选择五种不同的IC卡类型，实现对IC卡的读写操作，并返回操作后的信息。IC卡读写器与计算机之间通过并行接口连接。图象采集卡采用的是基于PCI总线的CA-MPE-1000型图象采集卡。该采集卡将视频模拟信号滤波后，经A/D转换成8bit数字信号，通过PCI总线传送到PC机内存，该系统结构如图2所示。其中V1、V2、V3表示可以有三路CCD摄象机输入信号。V1、V2、V3以视频模拟信号输入采集卡，采集卡与PCI总线连接，从采集卡中经过滤波和A/D转换后，数字信号进入PCI总线，PCI总线与PC机内存连接，数字信号实时的传送到PC机的内存，PCI总线还与PC机VGA显示卡连接，可以实时的进行所采集的图象的显示。由于采用了以采集卡为主的总线控制技术，CA-MPE-1000型采集卡图象传送速度可达25MB/S，可实现摄象机图象到计算机内存的可靠的实时传送，连续采集相邻帧的图象。该系统还采用了高精度Gen Lock技术和线性箝位技术，所采集的图象点阵位置精度高，A/D转换后的数字视频信号误差小。CA-MPE-1000型采集卡的一个突出特点是采集窗口可以从4×4到768×576以4为单位任意可调，实现AOI(Area of Interesting)。该采集卡的点阵扰动小于5ns，灰度精度为±1/256。图3为CA-MPE-1000的硬件结构图。该结构按如下方式连接低通滤波器与锁相器和A/D转换器连接，A/D转换器与缓存器连接，中断控制器和缓存器分别与PCI总线连接。本专利技术的软件特点为使用前在DOS下分配内存运行MPEMEM.EXE文件，产生一个MPEMEM.CFG文件，将MPEMEM.CFG文件拷贝到工作目录下，然后在windows下进入目录。软件特点还有(1)利用定标块和激光器同时移动的方法，设计了系统定标的算法。(2)在提取出五个指尖和四个指缝点作为特征点的基础上，完成了手指长度、手指宽度、手指厚度以及手掌长度、宽度和厚度等的计算。(3)实现了一种用于身份鉴别的多步判别器，提高了识别率。(4)编写了IC卡读写器与PC机并行口连接的驱动软件。(5)利用主动式三角法获取三维信息。本专利技术与现有技术比较具有如下优点在三维激光获取设备中只用一个光源，对鉴别物不需要定位块，由激光扫描器直接获得三维特征信号。 附图说明图1为系统结构框图1-激光发生器 2-光杠3-驱动滑块 4-电机5-电机驱动电路6-传动机构7-摄象机8-机箱9-识别物 10-洞口 11-白炽灯图2为CA-MPE-1000系统结构3为CA-MPE-1000硬件结构4为系统工作框图，左边系统为建模过程图，右边为鉴别过程5为照明灯下人手的二维图象图6为本系统扫描得到的人手深度图实施例1．基于人手三维特征的身份鉴别系统工作可以分为两个过程人手特征的建模过程以及人的身份鉴别过程。在系统数据获取设备的正面有一圆形孔，人手可以通过此孔放入。在系统建模过程中，系统首先打开白炽灯，用户稍稍调整一下手的位置。然后系统关闭白炽灯，计算机发送给单片机齿皮带轮行进的步长及速度，开始扫描。在行进每一步长后图象采集卡都采集一幅图象，计算机实时的对图象进行处理，提取出亮条，计算出亮条上每点的三维数据并存储起来。计算机还对这些三维数据进行分析，判断是否扫描到了人手手指的尖端。如果到达了尖端，则停止扫描。为了加快扫描速度，在采集卡采集到图象后，系统首先发送控制命令，让齿皮带轮行进，而图象计算机处理的工作可以在滑块前进的过程中完成。扫描完成后，计算机对存储的三维数据进行处理，提取出人手的三维特征。最后，这些三维特征被写入IC卡中或存储在计算机内存中。在系统鉴别过程中，首先读取IC卡中的数据。然后是一个具有知识的智能扫描过程，也就是根据IC卡中的数据对人手进行分段扫描，不同段采取不同的扫描步长，这样可以减少扫描时间。在得到人手的三维数据后，提取人手的三维特征，最后与IC卡中的数据或计算机存储的数据进行比较，给出一个是或不是的回答。图4为系统的工作框图。图5为照明光下人手的二维图象。图6为本系统扫描得到的人手深度图。一般说来，基于激光扫描的主动式三角法系统的摄象机定标是在某一参考坐标系下，利用一些已知三维坐标的点在摄象机图象上的投影，来计算激光平面与摄象机图象平面之间的投影关系，最后通常得到一个3×3维的定标矩阵，该矩阵反映了激光平面与图象平面的成象关系。但在本系统中，激光和摄象机固定在一个滑块上由齿皮带轮带动运动，在运动过程中，激光平面和图象平面的成象关系相对于参考坐标系发生了变化。因此，我们分析了运动规律，将定标矩阵的变化加入到矩阵中去，最后得到一个扩充的3×4维定标矩阵。根据此定标矩阵，当滑块运动到任何位置时，我们都可以计算出图象上亮点对应的空间点的三维坐标来。2．本专利技术按以下方式使用打开计算机以及身份鉴别系统的电源，进行如下操作一．在DOS下分配内存本系统使用CA-MPE-1000图象采集卡。使用前必须在DOS下分配内存。分配方法运行MPEMEM.EXE文件，产生一个MPEMEM.CFG文件。将该文件拷贝到工作目录。注意要及时删除MPEMEM.CFG文件。二．在windows3.1下，进入目录C:\hand，运行hand.exe文件，进入系统的集成菜单。三．初始化在菜单上选择Initialize选项四．系统定标当系统很久未用，或系统搬运后，或者激光条、摄象机移动后，需要对系统重新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由激光扫描获取三维数据的装置、图象采集卡、ＩＣ卡读写器、计算机构成的激光扫描获取三维数据的身份鉴别设备，其特征在于激光扫描获取三维数据的装置由激光发生器、光杠、驱动滑块、电机、电机驱动电路、传动机构、ＣＣＤ摄象机、机箱和白炽灯构成；激光发生器、ＣＣＤ摄象机、传动机构、控制电路、白炽灯装配在机箱内；激光发生器和摄象机分别安装在同一驱动滑块上，驱动滑块安装在导向光杠上，驱动滑块后面和机箱壁上安装传动机构，传动机构中的主动轮轴与步进电机连接；电机由电机驱动电路控制；驱动电路与计算机之间采用ＲＳ２３２串口通讯连接；计算机中配置一块图象采集卡和一台ＩＣ卡读写器；在激光扫描获取三维数据的装置的机箱的正面下方开一洞口，通过此口置入需要采集数据的实物放在箱底面上，激光发生器对准实物，此处上方机箱壁内安装一个白炽灯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马颂德，罗曼丽，华军，赵微，胡占义，张恭清，段保富，石秋生，杨秀云，黄实，王国峰，束维萍，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]