掌脈圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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目前的掌脈圖像采集裝置多采用CCD或CMOS攝像機(jī)連接圖像采集卡將圖像傳送至PC機(jī)。PC機(jī)體積龐大、操作繁瑣、成本較高。故設(shè)計(jì)一種以DSP數(shù)字信號處理器為核心的嵌入式掌脈采集裝置可以擺脫P(yáng)C機(jī)的限制，進(jìn)而降低成本，同時(shí)為基于這種新興的生物特征識別相關(guān)的產(chǎn)品提供硬件支持，便于產(chǎn)品的現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用。
本文設(shè)計(jì)了在光照強(qiáng)度恒定的前提下，通過重復(fù)配置TVP5146的光亮度和亮度對比度等寄存器來采集掌脈圖像并方便定位手形圖像。通過該方法可以同時(shí)解決提高靜脈圖像對比度及降低掌脈圖像有效區(qū)域截取算法復(fù)雜度的問題。
1 掌脈圖像取樣裝置及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 掌脈圖像取樣裝置的設(shè)計(jì)
在對手掌靜脈圖像取樣裝置設(shè)計(jì)時(shí)遵循以下原則：
(1)使采集者對采集過程感到舒適；
(2)采集到的手掌圖像方向相對固定不變，方便將來對所采圖像做定位處理；
(3)環(huán)境相對封閉，減少外界環(huán)境所帶來的干擾噪聲。
根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)了手掌靜脈圖像取樣裝置，該裝置由掌入口、光源、紅外濾光片、箱體、勻光板、內(nèi)部反光材料、背景和攝像機(jī)8個(gè)部分所組成。圖1為手掌靜脈圖像取樣裝置的三維立體圖。
該裝置各部分功能說明如下：
(1)掌入口：手平伸后從此入口伸入采樣裝置，手掌與攝像機(jī)距離相對固定，使手掌的方向不會有較大偏差，可定焦拍攝，方便以后對掌脈圖像做定位處理。
(2)光源：加近紅外光。
(3)紅外濾光片：由于攝像機(jī)對可見光的相對光譜響應(yīng)遠(yuǎn)大于對近紅外光相對光譜響應(yīng)，加紅外濾光片可濾除可見光，避免可見光對成像效果造成影響。
(4)箱體：雖然加了紅外濾光片可以濾除可見光，但自然光中的近紅外光很豐富，而箱體使采集環(huán)境相對封閉，可避免外界環(huán)境對采集效果造成影響。
(5)勻光板：將由一組近紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的陣列點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為相對均勻的面光源。
(6)內(nèi)部反光材料：為系統(tǒng)補(bǔ)光。
(7)背景：黑色背景，圖像二值化后便于對掌心圖像做有效區(qū)域截取。
(8)攝像機(jī)：拍攝圖像。
1.2 光源的設(shè)計(jì)
在近紅外區(qū)域，體液和軟組織相對透明，穿透力強(qiáng)。當(dāng)入射光波長在700 nm～1 000 nm時(shí)，可較好地穿透皮膚和肌肉，凸現(xiàn)出靜脈結(jié)構(gòu)。另外，近紅外光線對人體無創(chuàng)傷，人眼不可見，非常適合應(yīng)用于靜脈圖像的采集。
本系統(tǒng)采用以850 nm為主、960 nm為輔的混合光源為系統(tǒng)加光。850 nm的近紅外光可以避免人體其他組織對近紅外光的吸收，可以采集到大多數(shù)人的掌脈圖像。960 nm光源透射深度大，可以拍攝到手掌脂肪層較厚人群的靜脈圖像。如圖2所示，圖2(a)所示為正常手在850 nm光照下的成像，圖2(b)為脂肪層較厚的手在850 nm和960 nm光照下成像對比。近紅外光譜對靜脈成像的影響問題本文不詳細(xì)論述。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
通過對系統(tǒng)控制面板的操作，可以根據(jù)需要控制所采掌脈圖像是登記還是登入等工作狀態(tài)，攝像機(jī)采集模擬圖像，通過視頻解碼芯片TVP5146將模擬信號數(shù)字化，將數(shù)字化后的圖像存入DDR2做預(yù)處理，將預(yù)處理后的圖像存入FLASH，識別結(jié)果由液晶模塊顯示。圖3為系統(tǒng)框圖。
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