光源方向標定及人體信息三維采集方法與裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及采用鏡面反射球輔助光源方向標定裝置和方法。本發明專利技術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，并利用光源方向標定、近光源光照場矯正，獲得高精度的人體信息三維重建。本發明專利技術具有低成本、便攜、快速、高精度的優點。

【技術實現步驟摘要】
光源方向標定及人體信息三維采集方法與裝置
本專利技術涉及人體信息三維采集技術，具體涉及一種非接觸式人體信息三維采集方法與裝置。
技術介紹
人體信息識別技術，特別是指紋識別技術已得到廣泛應用，比如指紋鎖，指紋保險柜，指紋考勤機，指紋手機等 ，被廣泛用于公安、保險、銀行等多種行業，給現代的生活帶來了極大的安全便利。現有的人體信息識別大多是基于二維圖像采集和分析識別原理的，這種接觸式的圖像采集方式帶來的問題也較為明顯1)由于接觸產生的指紋的變形會影響識別率；2)由于接觸產生的油脂污染等問題會造成識別失敗；3)由于接觸產生的疾病傳染問題。鑒于以上接觸式二維指紋采集與識別技術所存在的問題，近年來出現了三維指紋采集與識別技術，即通過非接觸式的三維視覺手段獲取指紋的三維模型，并對3D指紋進行識別。如，2009年，肯塔基大學和FlashScan 3D公司合作，用結構光主動重構技術實現非接觸式的三維掃描；幾乎與此同時，卡內基-梅隆大學和TBS Holdings公司利用到5臺相機，通過多目體視技術和手指的輪廓信息實現三維重構。CN200910154154公開了一種活體二維指紋采集器，根據光學成像原理，將光源置于五棱鏡的透光面下方，利用五棱鏡對指紋的平行正對米樣，把米集到的光源信息傳遞給成像物鏡和圖像傳感器來實現二維指紋的采樣。CN200510035628中的系統根據光的全反射原理，利用多塊疊加的平行光學薄板實現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，可在多種場合使用。美國專利US 7609865公開了 “三維指紋掌紋數據模型和基于結構光和相機的采集裝置”，該系統和方法利用結構光在手指表面和手掌表面上的投影實現生物信息識別。被投上結構光的物體輪廓的二維圖像能給出物體的三維信息，并且三維重構精度達到NIST指紋標準。在實施方案中，可以用不同顏色的結構光以便提高軟件運算的效率，同時可以利用光滑的三維表面的二維圖像模型來提高采集速度。該系統中，最精細的結構光特征能達到毫米單位。盡管網狀結構光能達到目前指紋掌紋采集標準，但是在其他的實施方案里，采用基于初始采集結果的專門的結構光還能給出更好的三維結果，這有利于滿足其他的高精度要求。非接觸式的三維人體信息采集技術的優勢體現在1)非接觸式采集避免了傳統二維接觸式采集帶來的諸多問題；2)三維人體信息包含了更多的信息量，可以顯著提高識別的準確率。然而，現有的人體信息三維采集與識別技術主要采用了光學三維掃描手段來快速獲取指紋的三維模型，其主要缺點體現在1)三維掃描系統需采用高精度投影設備或多個相機，硬件成本高昂；2)體積大,不利于集成。
技術實現思路
針對現有人體信息三維采集技術存在的問題，本專利技術提供一種低成本、高速度、高精度和便攜式的人體信息三維采集方法與裝置。本專利技術提供一種光源方向標定裝置，包括鏡面反射球，其半徑r已知；光源，用于從側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；計算單元，與所述攝像單元連接，用于計算所述光源方向。本專利技術還提供使用該標定裝置進行光源方向標定的方法，包括SlOl以攝像單元為原點O，建立像素坐標系，并依據攝像單元的焦距f確定攝像單元在像素坐標系上的像平面；S102攝像單元捕獲鏡面反射球上鏡面反射點s在像平面上的像點s’的坐標；S103計算單元通過橢圓擬合，獲得鏡面反射球心c在像平面上的像點c’坐標；S104根據公式權利要求1.一種光源方向標定裝置，包括 鏡面反射球，其半徑r已知； 光源，用于從側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； 計算單元，與所述攝像單元連接，用于計算所述光源方向。2.使用權利要求I所述的標定裝置進行光源方向標定的方法，包括 SlOl以攝像單元為原點O,建立像素坐標系,并依據攝像單元的焦距f確定攝像單元在像素坐標系上的像平面； S102攝像單元捕獲鏡面反射球上鏡面反射點s在像平面上的像點s’的坐標； S103計算單元通過橢圓擬合，獲得鏡面反射球心c在像平面上的像點c’坐標； S104根據公式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，包括至少三個沿外周均勻布置的燈，所述燈的中心照亮點位于所述擺放孔； 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； 數據處理終端，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，標定燈的光源方向。4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求3所述的采集裝置，其中，所述數據處理終端為個人電腦或嵌入式單元。7.根據權利要求3所述的采集裝置，其中，所述數據處理終端還可包括存儲單元和/或輸出單元。8.根據權利要求3所述的采集裝置，其中，所述攝像單元為攝像頭或相機。9.根據權利要求3所述的采集裝置，其中，所述燈為LED燈、紅外LED燈、紫外LED燈、光纖、白熾燈。10.使用權利要求3所述的采集裝置進行人體信息三維采集的方法，包括 S201標定攝像單元內參數，以獲得攝像單元的焦距、中心點坐標； S202根據權利要求I的方法，標定每個LED燈的光源方向I ; S203通過亮度補償，矯正近光源光照場，確定近光源光照場中每個點的矯正系數；S204使用攝像單元，拍攝每個LED燈照射下待采集部位皮膚的圖像，并根據步驟S203的矯正系數，確定圖像中每個像素點矯正后的売度I ; S205利用步驟S204中拍攝的圖像，采用朗伯反射模型設定反射率P，建立待采集部位皮膚的三維模型，并根據式I = P N · 1，估算圖像中每個像素點的三維法向N，以得到三維法向場； S206通過法向場積分法，獲得待采集部位皮膚的三維模型。全文摘要本專利技術涉及采用鏡面反射球輔助光源方向標定裝置和方法。本專利技術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，并利用光源方向標定、近光源光照場矯正，獲得高精度的人體信息三維重建。本專利技術具有低成本、便攜、快速、高精度的優點。文檔編號G06K9/20GK102855626SQ20121028238公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年8月9日專利技術者宋展, 謝伍媛, 龐旭芳 申請人:深圳先進技術研究院本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光源方向標定裝置，包括：鏡面反射球，其半徑r已知；光源，用于從側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；計算單元，與所述攝像單元連接，用于計算所述光源方向。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋展，謝伍媛，龐旭芳，
申請(專利權)人：深圳先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：