非接触式指纹采集装置及其方法、系统、介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种非接触式指纹采集装置，包括：外壳、主动式立体视觉器和图像采集器；外壳的一端设置有扫描部，主动式立体视觉器和图像采集器设置在外壳内部；通过主动式立体视觉器的投影画面与图像采集器同步采集画面，获取带有纹理的指纹三维模型，经由自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。本发明专利技术还提供了一种非接触式指纹采集方法、系统、介质。本发明专利技术基于单目结构光技术的高精度三维重建与三维展开技术的结合，实现了可以通过非接触的方式获得手指的三维模型，并展开为高精度的二维指纹图像，二维指纹图像的图像质量高、畸变较小，可与接触式方法采集的指纹图像兼容。容。容。

【技术实现步骤摘要】
非接触式指纹采集装置及其方法、系统、介质


[0001]本专利技术涉及指纹采集
，具体地，涉及一种非接触式指纹采集装置及其方法、系统、介质。

技术介绍

[0002]尽管人脸识别技术已日趋成熟，近年来在公共场所得到了普遍应用，但因人脸存在个人隐私特殊性问题，且在复杂光线场景、面容有遮挡、库容较大时，存在着稳定性较差、易受干扰等问题。
[0003]指纹作为生物识别领域中占比最高的生物识别技术，在刑侦、安防、消费、金融等领域得到了广泛而深入的应用。目前采集指纹图像大多依赖于接触式的指纹扫描仪，其基于传统光学或电容原理，需要手指与采集平面直接接触，在指头较湿、较干、较脏或磨损较为严重时存在采集效果差、采集面积小等问题，以及在每次采集用力大小、用力方向和采集位置不同会造成指纹形变、特征点偏移问题，同时也存在着由于直接接触导致的卫生安全风险。
[0004]经过检索，专利文献CN212569821U公开了一种非接触式指纹采集装置，包括：壳体，壳体包括相互连接成L形的第一组成部和第二组成部；图像采集装置，设置在壳体上，用于拍摄指纹图像，图像采集的拍摄区域位于第一组成部靠近第二组成部的一侧；处理装置，设置在壳体中，用于对图像采集装置拍摄的图像进行识别处理。该现有技术通对手指图像进行归一化处理，计算不同区域的指纹方向和频率，得到大致的纹线密度，并通过图像变换处理，使得图像各区域的纹线密度达到或接近一个固定值，用来使拍摄的二维指纹能更好的与接触式指纹信息兼容和匹配。但是不足之处在于基于二维图像中纹线的统计信息，存在较大误差，且单纯通过简单的图像变换方式很难真实还原纹线的展开结果，且会使图像发生较大畸变，使指纹失真。同时，该现有技术采用二维视觉拍摄出的图像是二维的，可能导致指纹不同区域的纹线密度不一致：即指纹中间部分纹线较稀疏，四周的纹线较密的技术问题存在。
[0005]因此，亟需研发设计一种能够使得求解出的平面指纹结果更加精确可靠的装置和方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种非接触式指纹采集装置及其方法、系统、介质，克服了现有接触式测量技术存在的在指头较湿、较干、磨损与污渍情况下采集精度不高的技术问题，基于几何学技术对手指的三维模型进行展开，将三维空间坐标映射至二维平面坐标，最终获得展开后的二维指纹信息。
[0007]根据本专利技术提供的一种非接触式指纹采集装置，包括：外壳、主动式立体视觉器和图像采集器；外壳的一端设置有扫描部，主动式立体视觉器和图像采集器设置在外壳内部；通过主动式立体视觉器的投影画面与图像采集器同步采集画面，获取带有纹理的指纹三维
模型，经由自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。
[0008]优选地，主动式立体视觉器和图像采集器两者的光心保持设定距离并且在光轴内倾呈设定角度。
[0009]优选地，还包括辅助照明器，辅助照明器设置在扫描部上。
[0010]优选地，主动式立体视觉器包括结构光光机、TOF传感器或散斑投影传感器。
[0011]根据本专利技术提供的一种非接触式指纹采集方法，包括如下步骤：
[0012]步骤S1：对目标物利用主动式立体视觉器进行投影与图像采集器同步采集图像画面，基于采集到的图像画面判断目标物在画面中的位置并进行预处理；
[0013]步骤S2：经过预处理后对目标物的指纹进行三维重建，获取带有纹理的指纹三维模型；
[0014]步骤S3：通过自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。
[0015]优选地，步骤S1包括如下步骤：
[0016]步骤S1.1：主动式立体视觉器根据条纹顺序进行多幅条纹进行投影，图像采集器会在每幅条纹投影后的指定延时时间之后进行当前帧的图像采集；
[0017]步骤S1.2：通过将占比与设定阈值进行判断手指是否存在法向偏移，是否正确放置在了识别框内部，如果存在方向偏转或者未正确放置，则进行重新采集图像画面；
[0018]步骤S1.3：对采集到的图像画面进行图像处理。
[0019]优选地，步骤S2包括如下步骤：
[0020]步骤S2.1：对不同频率的多张条纹图利用四步相移法获得每个频率下的包裹相位图像；
[0021]步骤S2.2：利用三频外差法将包裹相位图像展开，得到解包裹后的绝对相位图；
[0022]步骤S2.3：根据预先标定的相位—物点三维坐标的映射参数，将绝对相位图中每个点的绝对相位值换算得到对应的三维坐标，进而获取指纹的稠密三维点云。
[0023]优选地，步骤S3包括如下步骤：
[0024]步骤S3.1：对采集的指纹原图进行网格化，划分为若干的均匀网格；
[0025]步骤S3.2：在每个网格点处采样网格点对应的二维坐标及三维空间坐标，还原手指表面的曲率变化特征；
[0026]步骤S3.3：结合使用保角与保面积约束，按照设定的展开方向去依次展开控制点，将三维点映射至二维平面中，形成二维平面上的稀疏展开图，保角约束表示展开后的二维点的多个内角的角度比值与其展开前三维点的多个内角的角度比值一致，保面积约束表示展开后的二维三角网格面积与对应的三维空间三角网格面积相等；
[0027]步骤S3.4：在展开图的稀疏控制点中插入点，得到稠密指纹展开图。
[0028]根据本专利技术提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
[0029]根据本专利技术提供的一种非接触式指纹采集系统，包括：
[0030]模块M1：对目标物利用主动式立体视觉器进行投影与图像采集器同步采集图像画面，基于采集到的图像画面判断目标物在画面中的位置并进行预处理；
[0031]模块M2：经过预处理后对目标物的指纹进行三维重建，获取带有纹理的指纹三维模型；
[0032]模块M3：通过自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。
[0033]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0034]1、本专利技术通过基于单目结构光技术的高精度三维重建与三维展开技术的结合，实现了可以通过非接触的方式获得手指的三维模型，并展开为高精度的二维指纹图像，二维指纹图像的图像质量高、畸变较小，可与接触式方法采集的指纹图像兼容。
[0035]2、本专利技术通过单目结构光技术，扫描目标手指，并重建手指的高精度三维模型。基于几何学技术对手指的三维模型进行展开，将三维空间坐标映射至二维平面坐标，最终获得展开后的二维指纹信息。
[0036]3、本专利技术整个过程完全基于三维摄影几何与平面几何的公式计算，没有引入统计量等可能存在较大误差的变量，使得求解出的平面指纹的结果更加精确可靠。
附图说明
[0037]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0038]图1为本专利技术中基于单目立体视觉的非接触式指纹采集装置的整体结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式指纹采集装置，其特征在于，包括：外壳(1)、主动式立体视觉器(3)和图像采集器(6)；所述外壳(1)的一端设置有扫描部，所述主动式立体视觉器(3)和图像采集器(6)设置在所述外壳(1)内部；通过所述主动式立体视觉器(3)的投影画面与所述图像采集器(6)同步采集画面，获取带有纹理的指纹三维模型，经由自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。2.根据权利要求1所述的非接触式指纹采集装置，其特征在于，所述主动式立体视觉器(3)和图像采集器(6)两者的光心保持设定距离并且在光轴内倾呈设定角度。3.根据权利要求1所述的非接触式指纹采集装置，其特征在于，还包括辅助照明器(2)，所述辅助照明器(2)设置在扫描部上。4.根据权利要求1所述的非接触式指纹采集装置，其特征在于，所述主动式立体视觉器(3)包括结构光光机、TOF传感器或散斑投影传感器。5.一种非接触式指纹采集方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：对目标物利用主动式立体视觉器(3)进行投影与图像采集器(6)同步采集图像画面，基于采集到的图像画面判断目标物在画面中的位置并进行预处理；步骤S2：经过预处理后对目标物的指纹进行三维重建，获取带有纹理的指纹三维模型；步骤S3：通过自由曲面展开算法将指纹三维模型展平为平面指纹图像。6.根据权利要求5所述的非接触式指纹采集方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：步骤S1.1：主动式立体视觉器(3)根据条纹顺序进行多幅条纹进行投影，图像采集器(6)会在每幅条纹投影后的指定延时时间之后进行当前帧的图像采集；步骤S1.2：通过将占比与设定阈值进行判断手指是否存在法向偏移，是否正确放置在了识别...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦向植，蒋晓捷，解连港，李先达，黄威，孙志超，
申请(专利权)人：上海锐瞻智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：