一种三维指纹传感系统技术方案

本发明专利技术公开一种三维指纹传感系统。该系统基于条纹投影相位测量方法构建，包括硬件与软件；硬件包括电脑、相机、投影仪和支撑架；电脑通过其HDMI接口与投影仪连接，并通过其千兆网接口与相机连接；支撑架包括大底板、移动板、相机架底板和相机固定板以及上底板、下底板和角位移台；相机固定在直角连接的相机架底板和相机固定板上，相机架底板与移动板固定连接，移动板以可滑动方式安装在大底板的一端；投影仪夹持在上底板和下底板之间，角位移台与下底板连接,并安装在大底板的另一端；且相机与投影仪的相对安装位置和角度应使两者的镜头中心线符合三维成像原理要求；所述软件主要包括图像采集、读入、存储、数据分析、处理和三维显示步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非接触式三维测量技术，具体为一种基于条纹投影相位测量方法的三维指纹传感系统。
技术介绍
指纹识别作为一种历史悠久的身份认证技术，多年来其发展一直备受关注。由于指纹信息的唯一性、终身不变性及本身方便快捷的采集方式，被认为是颇具普遍性的身份认证方法。随着计算机及光学扫描技术的发展，计算机图像处理算法更加可靠，取像设备成本逐渐降低，尤其是数字投影仪的出现使图像采集处理系统不断优化，并为现代三维光学测量技术的发展提供了良好的条件。三维光学测量技术具有非接触、精度高、速度快和自动化程度完善等特点。使用光 学测量方法获取物体信息时，被测物体表面无形变，且无深度信息损失，因此保留了更多、更准确的测量信息。人体指纹具有三维特征，利用三维光学测量技术获取无畸变三维指纹特征，对闻精度生物测定技术的应用和发展具有重大意义。在申请人检索的范围内，基于二维指纹测量的相关文献信息如下I.Ruggero Donida Labati, Angelo Genovese Vincenzo Piuri, Fabio Scotti在“基于双视角结构光获取的快速3D指尖重建”(Fast 3-D Fingertip ReconstructionUsing a Single Two-View Structured Light Acquisition, BI0MS, 1-8，(2011))文章中，提供了一种以固定投影模式的双目视觉非接触指纹获取系统。该系统利用投影仪投影固定模式的结构光到被测物体表面，利用2个CCD相机从不同角度同时采集图像，然后根据结构光所包含的几何信息找到参考点，并快速将两幅图像拼接；根据所得到的几何信息及相机标定参数可以重建指纹模型。但是这种系统依靠两个CCD相机，成本较高；并且它利用编码结构光提取指纹特征信息，分辨率较低。2. Yi Chen, Geppy Parziale, Eva Diaz-Santana, Anil K. Jain 在“三维非接触指纹与传统滚动图像的兼容性”(3D Touchless Fingerprints:Compatibility With LegacyRolled Images. Maryland USA, IEEE Conference Publications, (2006)pp. 1-6)一文中，提供了一种新型的指纹采集系统。该系统中的成像设备是由5个摄像头组成。这些摄像头围绕指纹采集区域均匀分布。工作过程中多个摄像头同时拍摄实现全视角采集，克服了传统平面采集设备因手指位置不同而引起的图像质量差、信息不充分等缺点。但是该系统中有5个相机，采集之前需要准确确定每个相机的位置并分别进行系统标定，而多相机相对位置的调整和标定一直是该类系统的难点和重点并且难以操作，为实际采集工作带来困难。除此之外，多相机系统的成本较单相机要高很多，不利于实际推广应用。3.蔡安野在“基于双目视觉的非接触式指纹三维重建”(哈尔滨工业大学，深圳研究生院，硕士研究生论文，(2010. 12))论文中，提出了使用两个摄像头采集指纹图像，重建指纹的三维形状信息。该论文从两个不同视角对指纹采集后进行图像拼接处理、获得指纹三维形状数据。双摄像头相对于单摄像头，能够获取较多的被测物体信息。但是，双目视觉系统本身包括两个图像采集设备，其相对位置的调整及匹配较烦琐，并且对同一物体采集的同步性难以保证。除此之外，该种方法需要两个图像中有效匹配点的个数足够多，匹配点个数过少或分布不均匀将无法正确恢复出整个指纹的三维信息，因此需要数据采集量大，效率较低。4. Yongchang Wang, Hassebrook, L. G. , Lau, D. L.在“三维指纹数据的获取和处理，，(Data Acquisition and Processing of 3-D Fingerprints, Information Forensicsand Security, 5 (4), 750-760 (2010)) 一文中，提出了一种3D指纹扫描处理方法。该方法将结构光照明引入系统设备中，获得反照率较高的图片信息同时得到指纹纹路的深度信息。该文提供的设备是非接触测量，使用方便、快捷、卫生，基于其三维测量的特点，该设备数据获取量大，并且能够同时获得纹理和深度信息。但该设备采用灰度条纹，其在手指表面的条纹对比度较低，因此所获得的三维指纹不精确。再者，所得到的相位是相对展开相位，而不是绝对展开相位，因此相对三维形状使后面的识别变得复杂。通过以上文献可以看出已有的三维指纹传感系统均为非接触式测量，手指以一定姿势放置在设备取像区域内即可由相机拍摄到指纹信息，避免了之前传统的二维传感系统的缺陷。但是已有被动式测量方法首先是系统标定繁琐、调节过程复杂；其次是多相机被 动式测量无法给出高精度三维形状数据；另外，多个相机系统成本较高。而已有主动式基于条纹投影相位测量方法的三维指纹传感系统采用了灰度条纹，其在手指表面的条纹对比度较低，无法获得高精度的三维指纹数据；再者，所得到的是相对、而不是绝对展开相位，从而相对三维形状使后续的识别变得复杂。因此，在避免二维指纹传感系统缺陷的同时，如何利用三维指纹传感系统快速、准确地获得指纹绝对三维形状信息，降低系统成本是一个急需解决的难题。
技术实现思路
针对现有指纹传感系统的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种三维指纹传感系统。该系统基于条纹投影相位测量方法，可在避免接触式指纹测量过程中由于挤压、手指干湿状态及反复接触带来的指纹信息变形、信息采集量不确定及残影等问题的同时，实现快速、精确指纹图像采集传输，并采用单相机，成本低，使用方便，推广容易。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是设计一种三维指纹传感系统，该系统基于条纹投影相位测量方法构建，包括硬件与软件；硬件主要包括电脑、CXD数码相机、DLP数字投影仪和支撑架；所述电脑通过其上的HDMI接口与DLP数字投影仪连接，并通过其上的千兆网接口与CXD数码相机连接；电脑控制DLP数字投影仪和CXD数码相机，并存储、显示和处理所采集的图像，获得相应的结果；DLP数字投影仪用来投射所产生的正弦光栅条纹到被测手指表面的指纹采集区域；CCD相机用于采集投影在手指上的变形条纹图像；所述支撑架主要包括大底板、移动板、相机架底板和相机固定板以及投影仪上底板、投影仪下底板和角位移台；所述CCD数码相机固定在直角连接的相机架底板和相机固定板上，相机架底板与移动板固定连接，移动板以可滑动方式安装在大底板的一端；所述DLP数字投影仪夹持在投影仪上底板和投影仪下底板之间，角位移台与投影仪下底板连接，并安装在大底板的另一端；且所述CCD数码相机与DLP数字投影仪两者的相对安装位置和角度应使两者的镜头中心线符合三维成像原理要求；所述软件主要包括图像采集、读入、存储、数据分析、处理和三维显示步骤。与现有技术相比，本专利技术三维指纹传感系统基于条纹投影相位测量方法，其优点是:I.数据采集量少，图像分辨率高本专利技术系统采用相位轮廓测量技术获得指纹三维形状数据，相对于二进制码和灰度投影相位测量技术而言，可以在减少数据采集量的同时，获得更高的图像分辨率；2.调节简单，使用方便本专利技术系统将三维测量系统(主要是DL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维指纹传感系统，该系统基于条纹投影相位测量方法构建，包括硬件与软件；硬件主要包括电脑、CCD数码相机、DLP数字投影仪和支撑架；所述电脑通过其上的HDMI接口与DLP数字投影仪连接，并通过其上的千兆网接口与CCD数码相机连接；电脑控制DLP数字投影仪和CCD数码相机，并存储、显示和处理所采集的图像，获得相应的结果；DLP数字投影仪用来投射所产生的正弦光栅条纹到被测手指表面的指纹采集区域；CCD相机用于采集投影在手指上的变形条纹图像；所述支撑架主要包括大底板、移动板、相机架底板和相机固定板以及投影仪上底板、投影仪下底板和角位移台；所述CCD数码相机固定在直角连接的相机架底板和相机固定板上，相机架底板与移动板固定连接，移动板以可滑动方式安装在大底板的一端；所述DLP数字投影仪夹持在投影仪上底板和投影仪下底板之间，角位移台与投影仪下底板连接，并安装在大底板的另一端；且所述CCD数码相机与DLP数字投影仪两者的相对安装位置和角度应使两者的镜头中心线符合三维成像原理要求；所述软件主要包括图像采集、读入、存储、数据分析、处理和三维显示步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄淑君，张宗华，高楠，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：