[发明专利]光源方向标定及人体信息三维采集方法与装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及人体信息三维采集技术，具体涉及一种非接触式人体信息三维采集方法与装置。

【背景技术】

人体信息识别技术，特别是指纹识别技术已得到广泛应用，比如指纹锁，指纹保险柜，指纹考勤机，指纹手机等，被广泛用于公安、保险、银行等多种行业，给现代的生活带来了极大的安全便利。现有的人体信息识别大多是基于二维图像采集和分析识别原理的，这种接触式的图像采集方式带来的问题也较为明显：1)由于接触产生的指纹的变形会影响识别率；2)由于接触产生的油脂污染等问题会造成识别失败；3)由于接触产生的疾病传染问题。

鉴于以上接触式二维指纹采集与识别技术所存在的问题，近年来出现了三维指纹采集与识别技术，即通过非接触式的三维视觉手段获取指纹的三维模型，并对3D指纹进行识别。如，2009年，肯塔基大学和FlashScan 3D公司合作，用结构光主动重构技术实现非接触式的三维扫描；几乎与此同时，卡内基-梅隆大学和TBS Holdings公司利用到5台相机，通过多目体视技术和手指的轮廓信息实现三维重构。

CN200910154154公开了一种活体二维指纹采集器，根据光学成像原理，将光源置于五棱镜的透光面下方，利用五棱镜对指纹的平行正对采样，把采集到的光源信息传递给成像物镜和图像传感器来实现二维指纹的采样。

CN200510035628中的系统根据光的全反射原理，利用多块叠加的平行光学薄板实现二维指纹图像的输出。指纹采集板体积小，重量轻，可用于多种指纹采集装置，可在多种场合使用。

美国专利US 7609865公开了“三维指纹掌纹数据模型和基于结构光和相机的采集装置”，该系统和方法利用结构光在手指表面和手掌表面上的投影实现生物信息识别。被投上结构光的物体轮廓的二维图像能给出物体的三维信息，并且三维重构精度达到NIST指纹标准。在实施方案中，可以用不同颜色的结构光以便提高软件运算的效率，同时可以利用光滑的三维表面的二维图像模型来提高采集速度。该系统中，最精细的结构光特征能达到毫米单位。尽管网状结构光能达到目前指纹掌纹采集标准，但是在其他的实施方案里，采用基于初始采集结果的专门的结构光还能给出更好的三维结果，这有利于满足其他的高精度要求。

非接触式的三维人体信息采集技术的优势体现在：1)非接触式采集避免了传统二维接触式采集带来的诸多问题；2)三维人体信息包含了更多的信息量，可以显著提高识别的准确率。然而，现有的人体信息三维采集与识别技术主要采用了光学三维扫描手段来快速获取指纹的三维模型，其主要缺点体现在：1)三维扫描系统需采用高精度投影设备或多个相机，硬件成本高昂；2)体积大，不利于集成。

【发明内容】

针对现有人体信息三维采集技术存在的问题，本发明提供一种低成本、高速度、高精度和便携式的人体信息三维采集方法与装置。

本发明提供一种光源方向标定装置，包括：镜面反射球，其半径r已知；光源，用于从侧面照射所述镜面反射球；摄像单元，位于所述镜面反射球正前方，用于捕获所述镜面反射球的最大截面轮廓，以及所述光源在所述镜面反射球上的光斑；计算单元，与所述摄像单元连接，用于计算所述光源方向。

本发明还提供使用该标定装置进行光源方向标定的方法，包括：

S101以摄像单元为原点o，建立像素坐标系，并依据摄像单元的焦距f确定摄像单元在像素坐标系上的像平面；

S102摄像单元捕获镜面反射球上镜面反射点s在像平面上的像点s’的坐标；

S103计算单元通过椭圆拟合，获得镜面反射球心c在像平面上的像点c’坐标；

S104根据公式计算镜面反射球心c的坐标；

S105依据镜面反射球心c的坐标和镜面反射球半径r，计算球面方程；

S106计算os’与球面方程的交点坐标，为镜面反射点s的坐标；

S107依据镜面反射球心c和镜面反射点s的坐标确定法向量n；

S108依据镜面反射球半径r和法向量n，通过式I＝2(n·r)n-r，计算得到光源方向1。