基于结构光的3D指纹信息采集系统的设计与实现

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在过去的几十年里,指纹识别或者认证一直是生物特征识别里的主要研究方向,我们有足够的理由相信在未来的很长一段时间里,指纹识别或认证也同样拥有主流市场。指纹具有的唯一性、永久不变性、普遍存在性、易被采集性、易被接受性等特点,使其成为使用生物特征进行身份认证及识别技术的首选。  尽管指纹识别作为生物特征识别领域应用场景中的首要选择形式,但是目前的指纹信息采集技术已经限制了指纹认证在更多领域应用的发展。比如,目前的采集技术对手指的适应性比较差,对手指的状态要求比较严格。  随着3D成像和采集技术的成熟,三维指纹信息采集设备为指纹的进一步研究开创了新的途径。三维指纹信息获取设备与传统指纹采集设备相比较有着先天性的优势,其对手指的状态要求相对宽松,非接触式也解决了接触式带来的手指形变问题,同时三维信息极大地降低了信息被伪造和复制的可能性,安全性大幅度提高。这些优点使得对三维指纹信息的采集设备的研究和探索有着重要的价值和意义。  本文基于结构光原理,设计并实现了一套嵌入式三维指纹信息采集系统,用来获取到指纹更多的空间信息,主要研究内容包括以下几个方面。  组建嵌入式平台。三维指纹信息采集系统平台采用的是以DM642为核心的DSP系统开发平台,在平台上实现光栅图像生成、光栅图像投影、图像采集、格雷编解码、四步相移法以及三维数据的重构等功能。  搭建采集结构。基于结构光的三角原理,搭建出一套适合采集指纹三维信息的架构。采集系统整体的构建主要是基于生物计算中心的光学减震平台,通过平台配套的机械设备和已有采集设备,设计相应的中间连接件,组装实现投影仪和相机的支撑、移动和旋转等操作,以便于精确调节和标定投影仪和CCD相机的距离和角度等,使其能够达到实验要求。  系统标定。标定相机的内外参数,参考标定结果,选择适合系统采集的镜头。利用角点提取法标定图像放大比例。使用电动移动导轨,逆向求取系统中的未知参数。使用标准量块和量柱对系统的深度和曲面测量精度进行标定。分析并解决系统遇到的条纹干扰问题。同时进行活体和实物测量实验,对系统的应用效果进行评估。最后,使用这个设备建立了一个小型的三维指纹数据库。
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