[发明专利]一种手指三模态特征图像姿态同步采集装置及控制方法

权利要求书

1.一种手指三模态特征图像姿态同步采集装置，其特征在于：所述的装置包括框架(100)、手指静脉图像采集模块(200)、手指节纹图像采集模块(300)、指纹仪(400)、手指槽(500)、散热风扇架(601)和散热风扇；其中框架(100)的前端呈开口状，中部设有水平放置的手掌托板(700)，并且手掌托板(700)的中部形成有一个通孔；框架(100)的顶面和背面上部形成有散热孔(602)，供气流流通；散热风扇架(601)设置在框架(100)的内上部，内部安装有散热风扇；手指静脉图像采集模块(200)包括手指静脉图像采集装置(201)和近红外光源装置(202)，其中手指静脉图像采集装置(201)安装在散热风扇架(601)的底面后侧；近红外光源装置(202)设置在框架(100)的底面上，并且与手掌托板(700)上的通孔位置上下对应；手指节纹图像采集模块(300)包括手指节纹图像采集装置(301)、LED光源装置(302)、起偏片(303)、检偏片(304)和安装面板(305)；其中手指节纹图像采集装置(301)安装在散热风扇架(601)的底面前侧；两块安装面板(305)呈八字形倾斜设置，上端分别连接在散热风扇架(601)的两侧面上；每块安装面板(305)的底面上安装有LED光源装置(302)；起偏片(303)安装在LED光源装置(302)的外侧；检偏片(304)安装在手指节纹图像采集装置(301)的下方；手指槽(500)为矩形板状结构，水平设置在手掌托板(700)的表面中部，外侧中部上下贯通形成有一个与手掌托板(700)上通孔相对应的红外光线通过孔(504)，红外光线通过孔(504)的两侧斜边为手指平面移动限制边(503)，用于减少手指平面移动带来的姿态变化；内侧中部表面向下凹陷形成有一个用于设置指纹仪(400)的指纹仪嵌入槽(502)；指尖槽(501)位于指纹仪嵌入槽(502)的内端外侧边缘；并且手指静脉图像采集装置(201)、手指节纹图像采集装置(301)和指纹仪(400)通过USB与外部PC机相连接。

2.根据权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置，其特征在于：所述的近红外光源装置(202)为850nm波段“一字”线型激光光源，数量为1－2个。

3.根据权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置，其特征在于：所述的手指静脉图像采集装置(201)包括摄像头、850nm窄带滤光片和CMOS感光器件。

4.根据权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置，其特征在于：所述的手指节纹图像采集装置(301)包括摄像头、红外截止滤光片和CMOS感光器件。

5.根据权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置，其特征在于：所述的LED光源装置(302)的数量为4－8个。

6.一种利用权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置的手指姿态矫正方法，其特征在于：所述的矫正方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一，将本手指三模态特征图像姿态同步采集装置连接外部PC机，在PC机的控制下，利用手指静脉图像采集装置(201)和手指节纹图像采集装置(301)分别采集被采集人的手指静脉、手指节纹原始图像；

步骤二，对上述采集的手指静脉、手指节纹原始图像进行滤噪处理，检测边缘，提取出手指轮廓线及其坐标，将手指左轮廓线提取的坐标组记为{L_n}，右轮廓线提取的坐标组记为{R_n}，n＝1,2,…,N；X、Y分别表示手指静脉、手指节纹原始图像的行坐标和列坐标，对应竖直和水平方向；

步骤三，计算两组轮廓线坐标对应的中点{M_n}，公式如下：

步骤四，用最小二乘法对上述中点{M_n}进行线性拟合得到手指中线l:y＝kx+b，其中：k为斜率，b为偏移量；

步骤五，根据斜率k计算出手指的偏转角度θ：

步骤六，根据计算的偏转角度θ，对手指静脉、手指节纹原始图像进行相同角度的反向补偿旋转，将其矫正到竖直方向，获得手指静脉、手指节纹矫正图像。

7.一种利用权利要求1所述的手指三模态特征图像姿态同步采集装置的手指图像三模态ROI定位方法，其特征在于：所述的定位方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤一，将本手指三模态特征图像姿态同步采集装置连接外部PC机，在PC机的控制下，利用手指静脉图像采集装置(201)、手指节纹图像采集装置(301)和指纹仪(400)分别采集被采集人的手指静脉、手指节纹和指纹原始图像；

步骤二，对上述采集的手指静脉和手指节纹原始图像进行滤噪处理，检测边缘，提取出手指轮廓线及其坐标，将手指左轮廓线提取的坐标组记为{L_n}，右轮廓线提取的坐标组记为{R_n}，n＝1,2,…,N；X、Y分别表示原始图像的行坐标和列坐标，对应竖直和水平方向；

步骤三，计算两组轮廓线坐标对应的中点{M_n}，公式如下：

步骤四，用最小二乘法对上述中点{M_n}进行线性拟合得到手指中线l:y＝kx+b，其中：k为斜率，b为偏移量；

步骤五，根据斜率k计算出手指的偏转角度θ：

步骤六，根据计算的偏转角度θ，对手指静脉、手指节纹原始图像进行相同角度的反向补偿旋转，将其矫正到竖直方向，获得手指静脉、手指节纹矫正图像；

步骤七，从手指静脉矫正图像中提取出手指左右轮廓线，分别取手指左右轮廓线在竖直方向上的内切线l₁、l₂作为手指静脉ROI左右边界部分；

步骤八，将上述内切线l₁、l₂的坐标带入手指静脉原始图像中，确定出实际手指静脉ROI在水平方向上的参考位置l₃、l₄；

步骤九，检测近端指关节的位置，在手指静脉原始图像上表示为行和灰度最大值，将此位置作为手指静脉ROI在竖直方向上的参考位置l₅；

步骤十，根据以上得到的参考位置，取水平方向上的参考位置l₃和l₄之间，竖直方向上的参考位置l₅上下合适范围作为手指静脉ROI；

步骤十一，将手指静脉ROI定位的水平方向上的参考位置l₃、l₄和竖直方向上的参考位置l₅映射到手指节纹原始图像中，作为手指节纹ROI定位的参考位置，取水平方向上的参考位置l₃′和l₄′之间，竖直方向上的参考位置l₅′上下合适范围作为手指节纹ROI；

步骤十二，指纹ROI为将指纹仪(400)采集的指纹原始图像剪除四周空白部分。