專(zhuān)利名稱(chēng)：光源方向標(biāo)定及人體信息三維采集方法與裝置的制作方法
光源方向標(biāo)定及人體信息三維采集方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體信息三維采集技術(shù)，具體涉及一種非接觸式人體信息三維采集方法與裝置。
背景技術(shù)：
人體信息識(shí)別技術(shù)，特別是指紋識(shí)別技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，比如指紋鎖，指紋保險(xiǎn)柜，指紋考勤機(jī)，指紋手機(jī)等 ，被廣泛用于公安、保險(xiǎn)、銀行等多種行業(yè)，給現(xiàn)代的生活帶來(lái)了極大的安全便利?，F(xiàn)有的人體信息識(shí)別大多是基于二維圖像采集和分析識(shí)別原理的，這種接觸式的圖像采集方式帶來(lái)的問(wèn)題也較為明顯1)由于接觸產(chǎn)生的指紋的變形會(huì)影響識(shí)別率；2)由于接觸產(chǎn)生的油脂污染等問(wèn)題會(huì)造成識(shí)別失敗；3)由于接觸產(chǎn)生的疾病傳染問(wèn)題。鑒于以上接觸式二維指紋采集與識(shí)別技術(shù)所存在的問(wèn)題，近年來(lái)出現(xiàn)了三維指紋采集與識(shí)別技術(shù)，即通過(guò)非接觸式的三維視覺(jué)手段獲取指紋的三維模型，并對(duì)3D指紋進(jìn)行識(shí)別。如，2009年，肯塔基大學(xué)和FlashScan 3D公司合作，用結(jié)構(gòu)光主動(dòng)重構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式的三維掃描；幾乎與此同時(shí)，卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)和TBS Holdings公司利用到5臺(tái)相機(jī)，通過(guò)多目體視技術(shù)和手指的輪廓信息實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。CN200910154154公開(kāi)了一種活體二維指紋采集器，根據(jù)光學(xué)成像原理，將光源置于五棱鏡的透光面下方，利用五棱鏡對(duì)指紋的平行正對(duì)米樣，把米集到的光源信息傳遞給成像物鏡和圖像傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)二維指紋的采樣。CN200510035628中的系統(tǒng)根據(jù)光的全反射原理，利用多塊疊加的平行光學(xué)薄板實(shí)現(xiàn)二維指紋圖像的輸出。指紋采集板體積小，重量輕，可用于多種指紋采集裝置，可在多種場(chǎng)合使用。美國(guó)專(zhuān)利US 7609865公開(kāi)了 “三維指紋掌紋數(shù)據(jù)模型和基于結(jié)構(gòu)光和相機(jī)的采集裝置”，該系統(tǒng)和方法利用結(jié)構(gòu)光在手指表面和手掌表面上的投影實(shí)現(xiàn)生物信息識(shí)別。被投上結(jié)構(gòu)光的物體輪廓的二維圖像能給出物體的三維信息，并且三維重構(gòu)精度達(dá)到NIST指紋標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施方案中，可以用不同顏色的結(jié)構(gòu)光以便提高軟件運(yùn)算的效率，同時(shí)可以利用光滑的三維表面的二維圖像模型來(lái)提高采集速度。該系統(tǒng)中，最精細(xì)的結(jié)構(gòu)光特征能達(dá)到毫米單位。盡管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)光能達(dá)到目前指紋掌紋采集標(biāo)準(zhǔn)，但是在其他的實(shí)施方案里，采用基于初始采集結(jié)果的專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)光還能給出更好的三維結(jié)果，這有利于滿(mǎn)足其他的高精度要求。非接觸式的三維人體信息采集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在1)非接觸式采集避免了傳統(tǒng)二維接觸式采集帶來(lái)的諸多問(wèn)題；2)三維人體信息包含了更多的信息量，可以顯著提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。然而，現(xiàn)有的人體信息三維采集與識(shí)別技術(shù)主要采用了光學(xué)三維掃描手段來(lái)快速獲取指紋的三維模型，其主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在1)三維掃描系統(tǒng)需采用高精度投影設(shè)備或多個(gè)相機(jī)，硬件成本高昂；2)體積大,不利于集成。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有人體信息三維采集技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種低成本、高速度、高精度和便攜式的人體信息三維采集方法與裝置。本發(fā)明提供一種光源方向標(biāo)定裝置，包括鏡面反射球，其半徑r已知；光源，用于從側(cè)面照射所述鏡面反射球；攝像單元，位于所述鏡面反射球正前方，用于捕獲所述鏡面反射球的最大截面輪廓，以及所述光源在所述鏡面反射球上的光斑；計(jì)算單元，與所述攝像單元連接，用于計(jì)算所述光源方向。本發(fā)明還提供使用該標(biāo)定裝置進(jìn)行光源方向標(biāo)定的方法，包括SlOl以攝像單元為原點(diǎn)O，建立像素坐標(biāo)系，并依據(jù)攝像單元的焦距f確定攝像單元在像素坐標(biāo)系上的像平面；S102攝像單元捕獲鏡面反射球上鏡面反射點(diǎn)s在像平面上的像點(diǎn)s’的坐標(biāo)；S103計(jì)算單元通過(guò)橢圓擬合，獲得鏡面反射球心c在像平面上的像點(diǎn)c’坐標(biāo)；S104根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種光源方向標(biāo)定裝置，包括 鏡面反射球，其半徑r已知； 光源，用于從側(cè)面照射所述鏡面反射球； 攝像單元，位于所述鏡面反射球正前方，用于捕獲所述鏡面反射球的最大截面輪廓，以及所述光源在所述鏡面反射球上的光斑； 計(jì)算單元，與所述攝像單元連接，用于計(jì)算所述光源方向。
2.使用權(quán)利要求I所述的標(biāo)定裝置進(jìn)行光源方向標(biāo)定的方法，包括 SlOl以攝像單元為原點(diǎn)O,建立像素坐標(biāo)系,并依據(jù)攝像單元的焦距f確定攝像單元在像素坐標(biāo)系上的像平面； S102攝像單元捕獲鏡面反射球上鏡面反射點(diǎn)s在像平面上的像點(diǎn)s’的坐標(biāo)； S103計(jì)算單元通過(guò)橢圓擬合，獲得鏡面反射球心c在像平面上的像點(diǎn)c’坐標(biāo)； S104根據(jù)公式
3.一種人體信息三維采集裝置，包括 采集室； 位于所述采集室下方的擺放孔，用于將待采集人體信息面向上擺放； 位于所述采集室上方的燈杯，包括至少三個(gè)沿外周均勻布置的燈，所述燈的中心照亮點(diǎn)位于所述擺放孔； 置于所述燈杯上方的攝像單元，用于采集人體信息的圖像； I/O控制板，連接到所述燈杯和所述攝像單元，用于控制所述燈的亮滅，并同步控制所述攝像單元采集圖像； 數(shù)據(jù)處理終端，連接到所述攝像單元，用于處理所述攝像單元采集的圖像，并計(jì)算人體 息二維模型； 半徑已知的鏡面反射球，用于在首次使用前，標(biāo)定燈的光源方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述人體信息包括指紋、掌紋、面部信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述采集室包括外殼，用于屏蔽外界光干擾。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述數(shù)據(jù)處理終端為個(gè)人電腦或嵌入式單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述數(shù)據(jù)處理終端還可包括存儲(chǔ)單元和/或輸出單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述攝像單元為攝像頭或相機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采集裝置，其中，所述燈為L(zhǎng)ED燈、紅外LED燈、紫外LED燈、光纖、白熾燈。
10.使用權(quán)利要求3所述的采集裝置進(jìn)行人體信息三維采集的方法，包括 S201標(biāo)定攝像單元內(nèi)參數(shù)，以獲得攝像單元的焦距、中心點(diǎn)坐標(biāo)； S202根據(jù)權(quán)利要求I的方法，標(biāo)定每個(gè)LED燈的光源方向I ; S203通過(guò)亮度補(bǔ)償，矯正近光源光照?qǐng)?，確定近光源光照?qǐng)鲋忻總€(gè)點(diǎn)的矯正系數(shù)；S204使用攝像單元，拍攝每個(gè)LED燈照射下待采集部位皮膚的圖像，并根據(jù)步驟S203的矯正系數(shù)，確定圖像中每個(gè)像素點(diǎn)矯正后的売度I ; S205利用步驟S204中拍攝的圖像，采用朗伯反射模型設(shè)定反射率P，建立待采集部位皮膚的三維模型，并根據(jù)式I = P N · 1，估算圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的三維法向N，以得到三維法向場(chǎng)； S206通過(guò)法向場(chǎng)積分法，獲得待采集部位皮膚的三維模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用鏡面反射球輔助光源方向標(biāo)定裝置和方法。本發(fā)明還涉及人體信息三維采集的裝置和方法，使用普通攝像頭和若干LED燈，即可快速完成人體信息的三維采集，并利用光源方向標(biāo)定、近光源光照?qǐng)龀C正，獲得高精度的人體信息三維重建。本發(fā)明具有低成本、便攜、快速、高精度的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06K9/20GK102855626SQ20121028238
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者宋展, 謝伍媛, 龐旭芳 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院