專利名稱：一種三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及身份識別技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于生物特征的三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及三維掌紋和手形的獲取技術(shù)。傳統(tǒng)的二維掌紋識別系統(tǒng)及手形識別系統(tǒng)獲取的是二維信息，光照、潮濕度以及手掌上的污潰等對二維掌紋及手形的識別有較大的影響，而且隨著數(shù)碼產(chǎn)品的普及，人們可以很輕易的復(fù)制二維信息，所以純粹的二維掌紋和手形識別存在較大的安全隱患。掌紋和手形本身是三維的生物特征，得到掌紋和手形的三維形狀數(shù)據(jù)將提高身份鑒定系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、安全性和整體性。有關(guān)三維掌紋和手形獲取系統(tǒng)方面的研究，目前還只是處于初步探索階段。在申請人檢索的范圍內(nèi)，可以見到 相關(guān)文獻(xiàn)信息如下I.張大鵬，駱南，李偉公開的“三維掌紋身份鑒別儀及其鑒別方法”(公開號CN101196986)，通過一個投影儀依次投影彼此間有相位移動的結(jié)構(gòu)光圖像到手掌表面，一個CCD相機(jī)從另外角度采集投影在手掌表面的變形條紋圖像并存儲在計算機(jī)中供后續(xù)處理，從而獲得手掌表面各點(diǎn)的深度數(shù)據(jù)，用于身份識別鑒定。但是，由計算機(jī)生成多幅黑白編碼條紋圖像，需采集時間較長。該方法提供的手掌定位裝置并不能保證手掌在一個地方保持長久不動，從而影響最終得到的三維數(shù)據(jù)的精度。2.張大鵬，駱南，李偉公開的“三維掌紋身份鑒別系統(tǒng)的手掌定位及中心區(qū)提取方法”(公開號CN101196988)，提供了一種三維掌紋身份鑒別系統(tǒng)的手掌定位及中心區(qū)提取方法。首先在獲取規(guī)整的三維掌紋點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射到和二維圖像同樣長寬的矩陣上，實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云和二維圖像點(diǎn)的一一對應(yīng)。在需要處理的手掌二維圖像上找到手指和手掌相交處的2個特征點(diǎn)。利用二維掌紋識別中心區(qū)域定位算法找到中心區(qū)域四個點(diǎn)的像素坐標(biāo)，得到三維掌紋點(diǎn)云數(shù)據(jù)。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)排列的規(guī)律映射到二維等維度的矩陣上，得到三維點(diǎn)云的坐標(biāo)。通過坐標(biāo)變換、旋轉(zhuǎn)和插值方法，從三維點(diǎn)云中提取得到中心區(qū)域。該方法能有效定位出三維掌紋點(diǎn)云坐標(biāo)，從大量的三維掌紋點(diǎn)云數(shù)據(jù)中取出中心區(qū)域的點(diǎn)，去掉冗余數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而節(jié)省存儲空間，提高運(yùn)算速度。3. David Zhang, Guangming Lu, Wei Li, Lei Zhang, Nan Luo 在“基于結(jié)構(gòu)光成像的三維掌紋識另Ij，，(Three Dimensional Palmprint Recognition using Structured LightImaging，IEEE Second International Conference on Biometrics:Theory, Applicationsand Systems, 2008,1-6)文章中，由計算機(jī)生成六幅黑白編碼條紋圖像，利用結(jié)構(gòu)光成像的方法，獲取掌紋的三維信息。進(jìn)而可以獲得掌紋的平均曲率、高斯曲率以及表面類型等特征，使用快速的特征匹配和分?jǐn)?shù)級別融合策略來識別掌紋。但該方法采用灰度條紋圖像，所需采集的圖像較多、采集時間長，同時無法獲得手掌表面的彩色紋理信息。4.王晨暉，管鳳旭，王科俊，崔建文，宋新景設(shè)計的“三維手形和掌紋的多模態(tài)生物圖像采集裝置(公開號CN101794376A)”，本發(fā)明提供的是一種三維手形和掌紋的多模態(tài)生物圖像采集裝置。此裝置可同時獲取正面手形、側(cè)面手形和掌紋的二維圖像，不僅采集速度快，而且與相關(guān)識別算法構(gòu)成多模態(tài)生物特征識別系統(tǒng)，其識別性能好于僅基于手形或掌紋的單模態(tài)生物特征識別系統(tǒng)。但是該裝置采集到的掌紋和手形不是真的意義上的三維數(shù)據(jù)，最后得到的是一副二維圖像，不能真正反映掌紋的三維信息，且該裝置易受外界光照影響。5.王晨暉，管鳳旭，宋景新，馬也發(fā)表了 “掌紋和三維手形的多模態(tài)圖像采集裝置設(shè)計”(自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30 (7)，76-79)，設(shè)計出一種新型非接觸式掌紋和三維手形的多模態(tài)圖像采集裝置，可以將手掌掌紋、正面與側(cè)面手形信息采集于一幅圖像中。該裝置硬件部分主要包括USB2. O控制器模塊、CMOS圖像傳感器模塊和其他輔助電路模塊；軟件部分包括下位機(jī)USB外設(shè)的固件程序、上位機(jī)操作系統(tǒng)的USB驅(qū)動程序、上位機(jī)圖像手指靜脈采集程序。但是該裝置采集到的掌紋和手形不是真正意義上的三維數(shù)據(jù)，只是將手掌掌紋、正面與側(cè)面手形信息采集于一幅圖像中，得不到完整的手形和掌紋的三維數(shù)據(jù)。另外，已有的掌紋和手形身采集系統(tǒng)，普遍需要一個封閉的采集環(huán)境，依賴于接觸 式、帶有定位裝置的采集方法，獲得掌紋和手形的二維特征。但獲取高質(zhì)量的生物統(tǒng)計特征信息，對于提高自動身份鑒定系統(tǒng)的整體性能始終是至關(guān)重要的一步，而有關(guān)三維掌紋和手形獲取方面的研究，還只是處于初步探索階段。特別是同時獲取這兩種生物特征三維形貌和彩色紋理的采集系統(tǒng)還未曾有公開地報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的問題是，提供一種三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置。該方法和裝置基于生物特征，利用非接觸測量，同時得到掌紋和手形三維特征及彩色紋理，進(jìn)而獲得高精度和穩(wěn)定性的身份識別，具有測量精度好、測量效率聞，便于實(shí)際應(yīng)用等特點(diǎn)。本發(fā)明解決所述方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計一種三維掌紋和手形的非接觸式采集方法，該方法基于復(fù)合彩色條紋投影的非接觸方法，獲取掌紋和手形三維形貌及紋理數(shù)據(jù)，包括具體步驟是首先，利用軟件產(chǎn)生三組條紋個數(shù)不同的正弦直條紋，且每組4幅正弦條紋彼此間有90度相位移動，調(diào)制正弦條紋到彩色圖像的紅、綠、藍(lán)三顏色通道，形成復(fù)合彩色條紋圖像；其次，用DLP系統(tǒng)投影復(fù)合彩色條紋圖像序列到手掌表面，并用彩色CCD數(shù)碼相機(jī)從不同于投影的方向采集手掌表面變形的條紋信息；再次，處理所采集的條紋圖像信息，提取出正弦條紋后，用四步相移方法計算折疊相位圖，并用最佳條紋選擇方法得到絕對相位圖；最后，通過標(biāo)定系統(tǒng)，把絕對相位轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，即得到手掌的三維形狀信息，同時也得到三維數(shù)據(jù)所對應(yīng)的手掌紋理信息。本發(fā)明解決所述裝置問題的技術(shù)方案是，設(shè)計一種三維掌紋和手形的非接觸式采集裝置，該裝置依據(jù)本發(fā)明所述的三維掌紋和手形的非接觸式采集方法設(shè)計，主要包括電腦、CXD數(shù)碼相機(jī)、DLP數(shù)字投影儀和移動底座；電腦通過其上的IEEE1394b接口與C⑶數(shù)碼相機(jī)連接，并通過其上的視頻接口與DLP數(shù)字投影儀連接；所述移動底座支撐和固定相機(jī)與投影儀，同時可使CCD數(shù)碼相機(jī)前后移動一定距離和左右扭轉(zhuǎn)一定角度，保證CCD數(shù)碼相機(jī)和DLP數(shù)字投影儀相對位置和角度符合三維成像原理要求；所述移動底座包括底板、移動板、扭轉(zhuǎn)板、投影儀底板和角位移臺；所述底板為一長條形板，DLP數(shù)字投影儀依次經(jīng)投影儀底板和角位移臺固定在底板的一端，CCD數(shù)碼相機(jī)依次經(jīng)扭轉(zhuǎn)板和移動板固定在底板的另一端，且CCD數(shù)碼相機(jī)的鏡頭中心線和DLP數(shù)字投影儀的投影中心線與待測對象之間滿足結(jié)構(gòu)光三角形成像條件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置的積極效果在于I、測量精度好。通過投影具有最佳條紋個數(shù)的正弦條紋測量掌紋和手形三維數(shù)據(jù)，可提高計算絕對相位的精度，得到高精度、無畸變的三維形狀信息。2、測量效率高。三顏色通道的應(yīng)用可有效減少圖像數(shù)據(jù)的采集時間，相對于灰度條紋投影技術(shù)，圖像數(shù)據(jù)的采集時間減少為三分之一。3.采集方法工藝簡單，便于推廣；采集裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，適于實(shí)際應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置一種實(shí)施例的原理及整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集裝置一種實(shí)施例的移動底座機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖2 (a)為移動底座整體機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 (b)為移動底座中的底板51形狀結(jié)構(gòu)俯視圖；
圖2 (C)為移動底座中的移動板52形狀結(jié)構(gòu)俯視圖；圖2 (d)為移動底座中的扭轉(zhuǎn)板53形狀結(jié)構(gòu)俯視圖；圖2 (e)為投影儀底板54的俯視圖；圖3為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集裝置一種實(shí)施例的硬件實(shí)物照片圖；圖4為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法一種實(shí)施例投影在手掌上的四幅復(fù)合條紋圖(原圖為彩色條紋圖)；圖5為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法一種實(shí)施例的從圖4所述四幅復(fù)合彩色條紋圖中提取出來的十二幅灰度條紋圖。其中，圖5 Ca)為四幅條紋數(shù)為56且彼此間有90度相位移動的正弦條紋圖；圖5 (b)為四幅條紋數(shù)為63且彼此間有90度相位移動的正弦條紋圖；圖5 (c)為四幅條紋數(shù)為64且彼此間有90度相位移動的正弦條紋圖；圖6為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法一種實(shí)施例的基于四步相移方法計算得到的三維掌紋和手形三幅折疊相位圖。其中，圖6 Ca)為條紋數(shù)為56的三維掌紋和手形的折疊相位圖；圖6 (b)為條紋數(shù)為63的三維掌紋和手形的折疊相位圖；圖6 (c)為條紋數(shù)為64的三維掌紋和手形的折疊相位圖；圖7為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法一種實(shí)施例基于最佳條紋選擇方法計算得到的三維掌紋和手形絕對相位圖。圖8為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法一種實(shí)施例對指紋傳感系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定得到的三維指紋數(shù)據(jù)；其中，圖8 (a)、(b)，從兩個不同視角按光照模式顯示的三維數(shù)據(jù)。圖8 (C)、(d)，與光照模式相同的兩個視角顯示指紋三維紋理映射數(shù)據(jù)。圖9為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置所采用的三維成像系統(tǒng)的工作原理流程圖；圖10為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置基于復(fù)合彩色條紋投影的編碼程序框圖；圖11為本發(fā)明三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置一種實(shí)施例的解碼復(fù)合彩色條紋圖獲取正弦條紋圖，并最終得到絕對相位圖的程序框圖。其中，IiOn, η)是提取出的正弦條紋圖在每個像素點(diǎn)位置(m, η)處的灰度值；i=l, 2，3, . . . 12。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明本發(fā)明設(shè)計的三維掌紋和手形的非接觸式采集方法(簡稱方法，參見圖1-11)，該方法基于復(fù)合彩色條紋投影的非接觸方法，獲取掌紋和手形三維形貌及紋理數(shù)據(jù)，包括如下具體步驟I.根據(jù)測量場的大小和測量精度的要求，選擇測量場中需調(diào)制到圖像紅、綠、藍(lán)三顏色通道的三組正弦直條紋的條紋數(shù)；實(shí)施例的三組正弦直條紋數(shù)分別為56、63和64 ；2.軟件編程產(chǎn)生三組具有不同條紋數(shù)的正弦直條紋，且每組包含四幅彼此間有90度相位移動的正弦直條紋；實(shí)施例中每組的四幅正弦直條紋的相位分別是0，90,180和270度，并調(diào)制這十二幅正弦直條紋到彩色圖像的紅、綠、藍(lán)顏色通道中，從而減少為四幅復(fù)合彩色條紋圖像；3.把軟件產(chǎn)生的四幅復(fù)合彩色條紋圖像順次通過DLP數(shù)字投影儀投射到手掌的表面；受到手掌表面形狀的調(diào)制，CCD數(shù)碼相機(jī)從不同于DLP數(shù)字投影儀投影的方向獲得變形的復(fù)合顏色條紋圖像，并把該圖像存儲到電腦中(參見圖1、4)；4.從采集得到的四幅復(fù)合彩色條紋圖像的紅、綠、藍(lán)三顏色通道中，提取包含正弦信息的條紋圖，得到條紋數(shù)為56、63、64，且彼此間有90度相位移動的十二幅正弦條紋圖(參見圖5);并利用軟件方法補(bǔ)償顏色通道間的非正弦性(顏色通道間的干擾造成條紋形狀的非正弦性)干擾；5.利用四步相移算法，計算每個像素點(diǎn)的相位信息，得到三幅高精度的折疊相位圖(參見圖6)；6.應(yīng)用最佳條紋選擇方法到三幅折疊相位圖，得到每個條紋的絕對級次，并最終得到絕對展開相位圖(參見圖7)；7.對三維成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，把絕對相位轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)XYZ，其中X、Y是橫向坐標(biāo)，Z是深度方向坐標(biāo)，即得到手形和手掌的三維形狀數(shù)據(jù)。最后，從兩個不同視角，用光照和三維紋理映射的方法顯示三維數(shù)據(jù)(參見圖8)。本發(fā)明同時設(shè)計了三維掌紋和手形的非接觸式采集裝置(簡稱裝置，參見圖1-3 )，該裝置依據(jù)本發(fā)明所述的三維掌紋和手形的非接觸式采集方法，基于復(fù)合彩色條紋投影技術(shù)，主要包括電腦1、(XD數(shù)碼相機(jī)(簡稱相機(jī))2、DLP數(shù)字投影儀(簡稱投影儀)3和移動底座5 ;電腦I通過其上的IEEE 1394b接口與CXD數(shù)碼相機(jī)2連接，并通過其上的視頻接口與DLP數(shù)字投影儀3連接。電腦I用來控制相機(jī)2和投影儀3，并存儲、顯示和處理所采集的圖像，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果；投影儀3用來投射復(fù)合彩色條紋圖像到被測物體4的表面，相機(jī)2用于采集變形后的復(fù)合顏色條紋圖像。所述電腦1、CCD數(shù)碼相機(jī)2和DLP數(shù)字投影儀3均為市購產(chǎn)品。所述移動底座5為本發(fā)明特別設(shè)計(參見圖2和圖3)，它支撐固定相機(jī)2和投影儀3，同時可使相機(jī)2前后移動，且可左右扭轉(zhuǎn)一定角度，保證相機(jī)2和投影儀3相對位置和角度符合三維成像原理要求。所述移動底座(參見圖2)包括底板51、移動板52、扭轉(zhuǎn)板53、投影儀底板54和角位移臺55。所述底板51為一長條形板(參見圖2(a)、(b)、(C))，投影儀3經(jīng)投影儀底板54和角位移臺55固定在底板51的一端，相機(jī)2依次經(jīng)扭轉(zhuǎn)板53和移動板52固定在底板51的另一端，且相機(jī)2的鏡頭中心線和投影儀3的投影中心線與待測對象之間滿足結(jié)構(gòu)光三角形成像條件。所述底板51的一端開有四個螺紋孔512，四個螺紋孔512構(gòu)成的矩形對稱軸線(參見圖2 (b)左側(cè)斜虛線)與底板51的矩形對稱軸線(參見圖2 (b)左側(cè)垂直虛線)·不平行，傾斜適當(dāng)角度(實(shí)施例為19度)，且螺紋孔512份開孔位置與角位移臺55上自帶有螺紋孔位置一一對應(yīng)。所述移動板52為矩形板(參見圖2 (c))，在其左右相對的兩條邊處開有對稱的兩個長槽521，且兩個長槽521與底板51上的兩個螺紋孔511對應(yīng)，可用螺栓穿過螺紋孔511和長槽521把移動板52與底板51連接為一體，利用長槽521移動板52可以前后(垂直于底板51的長度方向)水平移動一定距離；在其上面一條邊處開有長弧形槽523 ;在其下面一條邊處開有下螺紋孔522，在其中心處開有上螺紋孔524。所述扭轉(zhuǎn)板53為矩形(參見圖2(d))，其上均布開有四個小沉孔531，小沉孔531的開孔位置相機(jī)本身自帶的螺紋孔位置一一對應(yīng)，通過螺栓可將相機(jī)2固定在扭轉(zhuǎn)板53上；扭轉(zhuǎn)板53的下端開有一個短弧形槽532，螺栓穿過短弧形槽532與所述移動板52的下螺紋孔522連接，且扭轉(zhuǎn)板53的上端開有上沉孔533，扭轉(zhuǎn)板53的中心開有下沉孔534，上沉孔533與移動板52上端的長弧形槽523通過螺栓連接，下沉孔534與上螺紋孔524通過螺栓連接，這種連接可以使扭轉(zhuǎn)板53沿著長弧形槽523的彎曲方向扭轉(zhuǎn)一定角度；扭轉(zhuǎn)板53可以左右分別扭轉(zhuǎn)一定角度，實(shí)施例最大扭轉(zhuǎn)角度為15度，即轉(zhuǎn)角30度，并實(shí)現(xiàn)相機(jī)2的左右扭轉(zhuǎn)的角度調(diào)節(jié)。利用所述短弧形槽532與長弧形槽523的共同調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)對相機(jī)2的三角形成像條件角度要求。所述投影儀底板54為矩形(參見圖2 Ce))，其上中心處均布開有四個沉孔542，上下兩邊處開有呈三角形狀分布的3個通孔541，所述沉孔542的開孔位置與投影儀3本身自帶的螺紋孔位置一一對應(yīng)利用螺栓可將投影儀3固定在投影儀底板54上。所述角位移臺55為購買加工好的零件，用于調(diào)整投影儀3的俯仰角。因角位移臺55上自帶有螺紋孔，可通過投影儀底板54的四個沉孔542，用螺栓跟投影儀底板54固定好；通過所述底板51的一端開有四個螺紋孔512，四個螺紋孔512構(gòu)成的矩形對稱軸與底板51的矩形對稱軸不平行，傾斜一定角度，可通過螺紋孔512，用螺栓與角位移臺55自帶的螺紋孔相連，將角位移臺固定。利用角位移臺55可以調(diào)整投影儀3的俯仰角。本發(fā)明裝置(參見圖1、2)通過角位移臺55調(diào)整投影儀3的俯仰角，使投影儀3與水平面有一定夾角，保證相機(jī)2的鏡頭中心和投影儀3的鏡頭中心在同一水平面上，且移動板52和扭轉(zhuǎn)板53分別可以使相機(jī)2前后移動一定距離和左右旋轉(zhuǎn)一定角度，同時相機(jī)2和投影儀3分別安裝在底板I的兩端，兩者之間存在一定距離，從而與待測對象4之間滿足結(jié)構(gòu)光三角形成像條件。本發(fā)明設(shè)計的方法和裝置遵循三維結(jié)構(gòu)光三角形成像原理，其有效性已經(jīng)被證明。本發(fā)明方法和裝置基于三角化的工作原理從投影儀3方向產(chǎn)生的光柵直條紋投射到待測物體的表面，受到其表面形狀的調(diào)制，從另外一個方向看到的條紋將變形；此變形的條紋包含物體表面三維形狀信息，其具體關(guān)系由成像光軸和投影光軸所構(gòu)成的三角形決定。本發(fā)明方法是依靠產(chǎn)生的復(fù)合彩色正弦直條紋圖像投影到手掌表面，變形的條紋圖像調(diào)制了物體的三維形狀信息，通過處理所采集的復(fù)合彩色條紋圖像可得到相應(yīng)的絕對相位信息。 對于手掌這種表面復(fù)雜物體的三維形貌測量，折疊相位展開是一個棘手的問題。本發(fā)明方法通過調(diào)制三組具有最佳條紋數(shù)且每組包含四幅彼此間有90度相位移動的十二幅正弦條紋圖，到圖像的紅、綠、藍(lán)三顏色通道，得到四幅復(fù)合彩色條紋圖。依次投影復(fù)合彩色條紋圖到手掌表面，采集得到經(jīng)過手掌調(diào)制的變形復(fù)合彩色條紋圖。從四幅復(fù)合彩色條紋圖中提取出十二幅包含正弦信息的條紋圖，用四步相移的方法給出三幅高精度的折疊相位；然后應(yīng)用最佳條紋選擇方法到三幅折疊相位圖，得到條紋上每個點(diǎn)的絕對級次，最終得到絕對展開相位圖。最后對三維成像系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到的手形和掌紋的三維形狀數(shù)據(jù)(參見圖8)。本發(fā)明的具體工作過程可描述如下(參見流程圖9):根據(jù)所選擇的正弦條紋個數(shù)，例如56、63、64，軟件編程產(chǎn)生三組具有不同條紋數(shù)的正弦直條紋，且每組包含四幅彼此間有90度的相位移動，并調(diào)制這十二幅正弦直條紋到彩色圖像的紅、綠、藍(lán)顏色通道中，從而減少為四幅復(fù)合彩色條紋圖像。通過電腦I傳送這四幅圖像到DLP投影儀3，從而在待測物體4的表面產(chǎn)生變形的條紋圖像。相機(jī)2從不同于投影儀3投影的方向順次采集這些圖像并存儲到電腦I中。補(bǔ)償顏色通道間干擾，可從四幅復(fù)合條紋圖中提取出十二幅變形的正弦條紋圖，對條紋個數(shù)相同的條紋組利用四步相移算法計算出對應(yīng)變形條紋圖的折疊相位圖。再對得到的三幅折疊相位圖用最佳條紋選擇的方法，計算出各個像素點(diǎn)位置的絕對相位。本發(fā)明方法所利用的軟件是在Matlab和Visual C++中新開發(fā)。其實(shí)現(xiàn)復(fù)合條紋投影程序框圖和解碼所采集復(fù)合條紋圖并最終獲得絕對相位的程序框圖如圖10和圖11所示。對復(fù)合彩色條紋投影程序框圖(圖10)的描述是程序中產(chǎn)生三組正弦直條紋，以條紋個數(shù)是56為例,設(shè)置初始相位值為O度,產(chǎn)生一幅正弦條紋圖。初始相位循環(huán)增加90度，并判斷每個循環(huán)內(nèi)相位值的大小小于270度，則繼續(xù)生成正弦條紋圖；大于270度，則循環(huán)終止。三組所產(chǎn)生的十二幅正弦直條紋調(diào)制到彩色圖像的紅、綠、藍(lán)三顏色通道形成復(fù)合彩色條紋圖。通過DLP投影儀投射這些彩色條紋圖到物體表面，其變形的條紋圖被相機(jī)2采集并存入電腦I供后續(xù)處理。對所采集復(fù)合彩色條紋圖解碼過程的程序框圖(圖11)的描述是順次讀入所采集的四幅復(fù)合彩色條紋圖像。在補(bǔ)償顏色通道間的干擾后，可提取出十二幅正弦條紋圖 Ii (m, n), I2(m, n), I3(m, n), I4(m, n), I5(m, η), I6(m, η), I7(m, η), I8(m, η),I9 (m, n), I10 (m, η), I11 (m, η), I12 (m, η)(參見圖5中的12幅條紋圖)。條紋個數(shù)相同的每組，利用四步相移算法計算出每個像素點(diǎn)位置(m，n)的折疊相位OiGn, n) (i=l，2，3)。再利用最佳三條紋選擇方法到所得到的折疊相位圖，獨(dú)立計算各個像素點(diǎn)位置的絕對相位Θ (m，n)。 最后，經(jīng)過系統(tǒng)標(biāo)定，最終得到所檢測的掌紋和手形的三維形狀數(shù)據(jù)。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種三維掌紋和手形的非接觸式采集方法，該方法基于復(fù)合彩色條紋投影的非接觸方法獲取掌紋和手形三維形貌及紋理數(shù)據(jù)，包括具體步驟是首先，利用軟件產(chǎn)生三組條紋個數(shù)不同的正弦直條紋，且每組4幅正弦條紋彼此間有90度相位移動，調(diào)制該正弦條紋到彩色圖像的紅、綠、藍(lán)三顏色通道，形成4幅復(fù)合彩色條紋圖像；其次，用DLP數(shù)字投影儀投影復(fù)合彩色條紋圖像序列到手掌表面，并用彩色CCD數(shù)碼相機(jī)從不同于DLP數(shù)字投影儀投影的方向采集手掌表面調(diào)制變形的復(fù)合彩色條紋圖像信息；再次，處理所采集的復(fù)合條紋圖像信息，提取出正弦條紋后，用四步相移方法計算折疊相位圖，并用最佳條紋選擇方法得到絕對相位圖；最后，通過標(biāo)定系統(tǒng)把絕對相位轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù)，即得到三維的手掌形狀信息，同時也得到三維數(shù)據(jù)所對應(yīng)的手掌紋理信息。
2.—種三維掌紋和手形的非接觸式采集裝置，該裝置依據(jù)權(quán)利要求I所述三維掌紋和手形的非接觸式采集方法設(shè)計，主要包括電腦、CCD數(shù)碼相機(jī)、DLP數(shù)字投影儀和移動底座；電腦通過其上的IEEE 1394b接口與CXD數(shù)碼相機(jī)連接，并通過其上的視頻接口與DLP數(shù)字投影儀連接；所述移動底座支撐和固定相機(jī)與投影儀，同時可使CCD數(shù)碼相機(jī)前后移動一定距離和左右扭轉(zhuǎn)一定角度，保證CXD數(shù)碼相機(jī)和DLP數(shù)字投影儀相對位置和角度符合三維成像原理要求；所述移動底座包括底板、移動板、扭轉(zhuǎn)板、投影儀底板和角位移臺；所述底板為一長條形板，DLP數(shù)字投影儀依次經(jīng)投影儀底板和角位移臺固定在底板的一端，CCD數(shù)碼相機(jī)依次經(jīng)扭轉(zhuǎn)板和移動板固定在底板的另一端，且CCD數(shù)碼相機(jī)的鏡頭中心線和DLP數(shù)字投影儀的投影中心線與待測對象之間滿足結(jié)構(gòu)光三角形成像條件。
全文摘要
本發(fā)明公開一種三維掌紋和手形的非接觸式采集方法和裝置，該方法步驟是首先利用軟件產(chǎn)生并調(diào)制正弦直條紋；其次，用投影儀投影復(fù)合彩色條紋圖像序列到手掌表面，并調(diào)制變形的復(fù)合彩色條紋圖像信息；再次，處理圖像信息，獲得折疊相位圖和絕對相位圖；最后，通過標(biāo)定系統(tǒng)獲得三維數(shù)據(jù)，即得到掌紋和手形信息。該裝置依據(jù)本發(fā)明所述采集方法設(shè)計，包括電腦、CCD數(shù)碼相機(jī)、DLP數(shù)字投影儀和移動底座；電腦通過IEEE1394b接口與相機(jī)連接，通過視頻接口與投影儀連接；所述移動底座支撐和固定相機(jī)與投影儀，同時可使相機(jī)前后移動左右扭轉(zhuǎn)，保證相機(jī)和投影儀相對位置和角度符合三維成像原理要求。
文檔編號G06K9/00GK102831414SQ20121033836
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者張宗華, 王召慧, 黃淑君 申請人:河北工業(yè)大學(xué)