CN102024147B

CN102024147B - 一种指纹掌纹生物图像采集仪

Info

Publication number: CN102024147B
Application number: CN201010592548A
Authority: CN
Inventors: 李庆利
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: CN102024147A

Abstract

本发明公开了一种指纹掌纹生物图像采集仪，它包括支架、成像单元、控制三部分。支架部分包括：第一层面板、宽透射率透明板、高反射白板、黑白灰度校正条、轨道槽、第二层固定板、支架底板、空心侧面板、侧面支柱、横向框架、高度调节旋钮、导线槽、侧盖板；成像单元部分包括：前置镜头组和CCD两部分，其中前置镜头组包括入射透镜、狭缝、准直镜、分光单元、会聚透镜；控制部分包括：触摸屏、喇叭、宽光谱光源、光源控制器、步进电机、控制单元、电源模块、服务器、查询终端。本发明通过扫描的方式可同时获取手掌的空间结构信息和生化信息，成像速度快，光谱范围宽，可以为生物特征识别和掌纹诊病提供丰富的生物信息。

Description

一种指纹掌纹生物图像采集仪

技术领域

本发明涉及一种指纹掌纹采集装置，特别是一种指纹掌纹生物图像采集仪；用于生物特征识别和医学诊断领域。

背景技术

生物识别技术是指根据人的生理特征或行为特征进行身份鉴别的技术，该技术以信息处理技术为手段，具有安全性、有效性和易用性等特点。由于其为鉴别身份提供了一个方便可靠的解决方案，因此在网络安全、身份认证等方面有着广阔的应用前景。指纹和掌纹是人类的两项重要生理特征，将其用于身份鉴别具有独特的优势，如采集方式不涉及隐私问题而更容易被接受、鉴别结果更加稳定可靠、具有唯一性等。因此，指纹和掌纹的采集与识别逐渐成为生物特征识别领域研究的热点之一。

另一方面，生物特征技术还可以应用于人类疾病的诊断，依据指纹掌纹特征进行疾病诊断还是一个较为新颖的应用领域。掌纹医学是由中医学望、闻、问、切中的手诊发展而来。由于掌纹诊病的整体性、全方性、***性，因此这是一门边缘交叉学科，并具有包容性和整体性。它生动而又形象、直观地展示了人体生命的***性和自我控制性，是***论、控制论在人体生命科学中的应用。它包括掌形、掌色、皮纹、指甲等各方面的内容。

获取高质量的指纹和掌纹图像是生物特征识别和掌纹诊病的第一步，指纹掌纹图像质量的好坏将直接影响其识别的准确率，也影响医学病理判定的准确性。目前用于指纹掌纹图像的采集方法主要包括：按指掌印、用扫描仪获取、用数码相机或电荷耦合元件(CCD)获取三类。这些方法主要以获取指纹掌纹的两维图像为目的，因此只能给出指纹掌纹的结构信息，虽然有的发明申请如“三维手形和掌纹的多模态生物图像采集装置”(申请号：201010100960.7)可以获取手掌的三维图像信息，但是其基础仍然是提供目标的表面结构信息，随着识别精度要求的提高，这种只能提供表面结构信息的图像已经不能满足生物特征识别和诊病的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术用于指纹掌纹图像采集的不足而提供的一种指纹掌纹生物图像采集仪。该采集仪采用了全新的指纹掌纹信息获取方式，一次采集即可以同时获取手掌两维空间数据信息和所有检测点的生化信息，即包含了丰富指纹掌纹信息的数据立方体。与普通的指纹掌纹图像相比，该采集仪采集的数据能够为指纹掌纹的识别提供更多有用信息，从而提高识别的精度。另外，这种丰富的信息也有助于与传统掌纹诊病的数据以及西医的生理、生化等临床指标信息相结合，***辩证、综合进行分析找到中医掌纹诊病证候以及现代医学体征指标的一系列内在联系，促进中医掌纹诊病的现代化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种指纹掌纹生物图像采集仪，它包括支架、成像单元、控制三部分。支架部分包括：第一层面板、宽透射率透明板、高反射白板、黑白灰度校正条、轨道槽、第二层固定板、支架底板、空心侧面板、侧面支柱、横向框架、高度调节旋钮、导线槽及侧盖板；成像单元部分包括：前置镜头组和CCD两部分，其中前置镜头组包括入射透镜、狭缝、准直镜、分光单元及会聚透镜；控制部分包括：触摸屏、喇叭、宽光谱光源、光源控制器、步进电机、控制单元、电源模块、服务器及查询终端。

其中支架部分的连接：第一层面板、空心侧面板和支架底板呈C型连接，作为整个扫描采集框架，第一层面板上侧安装固定有触摸屏和喇叭，用于人机交互和扫描结果的输出显示，第一层面板下侧覆盖有高反射白板，用于对透射到面板上的光进行漫反射，形成白色背景指掌纹图像；宽透射率透明板固定于横向框架中，横向框架两端分别固定到侧面支柱和空心侧面板上，在采集指掌纹时，手掌置于该宽透射率透明板上，宽透射率透明板的一侧固定有黑白灰度校正条，用于对采集的图像进行预处理和校正；宽光谱光源位于横向框架的下侧，分别通过高度调节旋钮固定到空心侧面板和侧面支柱上，对采集目标进行均匀的环形照明；第二层固定板两端分别固定于侧面支柱和空心侧面板上，第二层固定板上开有轨道槽，使成像单元可以在轨道槽上平行移动；侧盖板分别固定于侧面支柱和空心侧面板上，对横向框架、宽光谱光源、第二层固定板、和支架底板进行封装，形成一个整体机柜。

成像单元的连接：前置镜头的入射透镜、狭缝、准直镜、分光单元、会聚透镜依次成光路连接，其后端耦合到CCD上。手掌被宽光谱光源照明，瞬时视场内的手掌条带首先成像于光路的狭缝处，再经过分光单元后，在垂直手掌条带方向上按照波长色散，最后成像于CCD像面，再结合推扫动作就可以获得整个手掌的图像立方体。

控制部分的连接：控制单元通过穿过空心侧面板的控制线和数据线连接到触摸屏和喇叭上，实现人机交互，输出采集的图像数据和分析结果；控制单元通过穿过导线槽的控制线和数据线连接到CCD和步进电机上，用于采集图像数据和控制步进电机平动，实现对手掌的推扫；控制单元还连接到光源控制器上，实现根据测量环境的需要对光源进行自动调节；控制单元连接到服务器以获取预存的指纹掌纹信息，并将新采集的数据信息保存到服务器；控制单元连接到查询终端上，支持对采集的数据的查询和预处理操作；控制单元还具有数据通信接口，可以连接打印机等其他***设备，将数据采集和分析结果输出。电源模块连接到步进电机、光源控制器、控制单元上，负责提供各个部件工作所需要的不同类型的电压电流。

通过连续扫描采集整个手掌不同波长的图像，最后即可获取目标的多维度数据。该数据既包含了指纹掌纹部的空间结构信息，也包含了每一象素点的光谱信息。通过对这些数据的综合分析，结合一定的智能识别分析算法，可以进一步提高指纹掌纹识别的精度，可以较好地贯彻掌纹诊病“整体观与辨证”的思想原则，将中医掌纹诊病与现代的科学技术相结合起来，促进掌纹诊病的现代化和标准化。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例

下面以图1为实施例，说明本发明的结构特征，技术性能和效果。

本实施例中，第一层面板1、第二层固定板6、支架底板7、空心侧面板20、侧面支柱21、横向框架22、侧盖板24构成了四面封闭的机柜，用于封装前置镜头组12、CCD 13、步进电机14、控制单元15、电源模块16，并且固定触摸屏8、喇叭9、高反射白板2、黑白灰度校正条3、宽透射率透明板4、宽光谱光源10、光源控制器11。第一层面板1的一端固定于空心侧面板20上，第一层面板1的上侧安装有触摸屏8和喇叭9，下侧安装有高反射白板2；横向框架22的两端分别固定于空心侧面板20和侧面支柱21上，横向框架22的中间部分为宽透射率透明板4，其一侧固定有黑白灰度校正条3；宽光谱光源10位于横向框架22的下侧，分别通过高度调节旋钮25固定到空心侧面板20和侧面支柱21上，对采集目标进行均匀的环形照明；第二层固定板6两端分别固定于空心侧面板20和侧面支柱21上，其上开有轨道槽5和导线槽23，轨道槽5上耦合有步进电机14，步进电机14上固定有CCD13和成光路连接的前置镜头组12，在控制单元15的控制下使步进电机14在轨道槽上平动，从而完成对整个手掌的推扫；支架底板7上固定有控制单元15和电源模块16，控制单元15分别连接到步进电机14、CCD13、电源模块16、光源控制器11、定触摸屏8、喇叭9，分别实现推扫控制、数据采集、光源控制和人机交互。

前置镜头组12包括依次成光路连接的入射透镜1201、狭缝1202、准直镜1203、分光单元1204、会聚透镜1205，手掌条带图像最后成像于CCD 13上，在步进电机14的带动下对手掌进行平动推扫。

高反射白板2、黑白灰度校正条3、宽透射率透明板4、宽光谱光源10、光源控制器11、控制单元15、查询终端18和服务器17构成了***的数据采集处理和控制部分，用于控制***协调工作、采集手掌图像数据立方体并进行智能识别分析；黑白灰度校正条3固定于宽透射率透明板4的一侧，用于对采集的图像数据进行标校；查询终端18可以对控制单元15采集的数据进行预处理和查询操作，也可以对存储于服务器17上的历史掌纹数据进行对比分析。

运行于控制单元15和查询终端18上的数据采集分析软件主要实现以下功能：工作参数设置、各部件控制、仪器定标、指掌纹数据采集、实时图像显示、图像数据格式转换、特征提取、智能识别和分析、疾病初步诊断等。

本发明通过扫描和分光的方式同时获取了手掌的图像立方体数据，与传统的采集方式不同，这种新的采集方式既可以获取指纹掌纹的空间几何结构信息，也可以获取手掌的生化信息，所提供的信息在生物特征识别，特别是身份认证和掌纹诊病方面具有重要的意义。

Claims

1.一种指纹掌纹生物图像采集仪，包括第一层面板（1）、高反射白板（2）、黑白灰度校正条（3）、宽透射率透明板（4）、轨道槽（5）、第二层固定板（6）、支架底板（7）、触摸屏（8）、喇叭（9）、宽光谱光源（10）、光源控制器（11）、前置镜头组（12）、CCD（13）、步进电机（14）、控制单元（15）、电源模块（16）、服务器（17）、查询终端（18）、空心侧面板（20）、侧面支柱（21）、横向框架（22）、导线槽（23）、侧盖板（24）及高度调节旋钮（25），所述前置镜头组（12）由入射透镜（1201）、狭缝（1202）、准直镜（1203）、分光单元（1204）及会聚透镜（1205）组成，其特征在于：第一层面板（1）、空心侧面板（20）和支架底板（7）呈C型连接；第一层面板（1）上侧固定安装有触摸屏（8）和喇叭（9），第一层面板（1）下侧覆盖有高反射白板（2）；侧面支柱（21）底端固定于支架底板（7）上，侧面支柱（21）顶端固定于横向框架（22）上；宽透射率透明板（4）固定于横向框架（22）中，横向框架（22）两端分别固定到侧面支柱（21）和空心侧面板（20）上，宽透射率透明板（4）的一侧固定有黑白灰度校正条（3）；宽光谱光源（10）两端分别通过高度调节旋钮（25）固定于侧面支柱（21）和空心侧面板（20）上；第二层固定板（6）位于宽光谱光源（10）和支架底板（7）之间，两端分别固定于侧面支柱（21）和空心侧面板（20）上，第二层固定板（6）上开有轨道槽（5）；前置镜头组（12）与CCD（13）连接，CCD（13）固定于步进电机（14）上，步进电机（14）耦合到轨道槽（5）上，第二层固定板（6）上开有平行于轨道槽（5）的导线槽（23）；光源控制器（11）固定于空心侧面板（20）上，控制单元（15）、电源模块（16）固定于支架底板（7）上；侧盖板（24）分别固定于侧面支柱（21）和空心侧面板（20）上，对横向框架（22）、宽光谱光源（10）、第二层固定板（6）和支架底板（7）进行封装；入射透镜（1201）、狭缝（1202）、准直镜（1203）、分光单元（1204）、会聚透镜（1205）依次成光路连接，将手掌一个条带的图像经过色散成像到CCD（13）上；控制单元（15）通过穿过空心侧面板（20）的控制线和数据线连接到触摸屏（8）和喇叭（9）上，控制单元（15）通过穿过导线槽（23）的控制线和数据线连接到CCD（13）和步进电机（14）上，控制单元（15）连接到光源控制器（11）、电源模块（16）、服务器（17）和查询终端（18）上；电源模块（16）连接到步进电机（14）、光源控制器（11）、控制单元（15）上；查询终端（18）连接到服务器（17）上。

2.根据权利要求1所述的指纹掌纹生物图像采集仪，其特征在于所述分光单元（1204）为棱镜或光栅或其组合。

3.根据权利要求1所述的指纹掌纹生物图像采集仪，其特征在于所述宽光谱光源（10）为涵盖可见光和红外的宽光谱光源，其亮度可调。

4.根据权利要求1所述的指纹掌纹生物图像采集仪，其特征在于所述黑白灰度校正条（3）由从白色至黑色渐变的多种不同灰度的标校块组成或者只有黑白两色组成。

5.根据权利要求1所述的指纹掌纹生物图像采集仪，其特征在于宽透射率透明板（4）为能够透过可见和红外光的玻璃板或石英板。