CN112232304B - 一种非接触式指掌纹采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式指掌纹采集装置及方法，包括：第一拍摄机构、第二拍摄机构、壳体；第一拍摄机构和第二拍摄机构安装于壳体内的支撑结构上，壳体的外部设有手指放置区域和手掌放置区域；第一拍摄机构包括旋转装置、安装在所述旋转装置上的线阵相机以及预设好角度的第一照明光柱；第二拍摄机构包括移动装置、安装在所述移动装置上的面阵相机以及预设好角度的第二照明光柱。通过线阵相机围绕指纹面旋转来全方位扫描拍摄指纹，直接获得高质量大面积的手指指纹面的2D指纹图像；通过可移动的面阵相机拍摄主掌纹和侧掌纹，不用移动手掌一次性拍摄获得主掌纹和侧掌纹图像；将两种拍摄机构通过壳体集成为一体，提高了指掌纹的综合采集性能。

Description

一种非接触式指掌纹采集装置及方法

技术领域

本发明属于指掌纹采集领域，涉及一种非接触式指掌纹采集装置及方法。

背景技术

用于公安系统、安防、海关和出入境的大多数传统指掌纹图像采集系统依赖于手指和手掌与指掌纹采集设备之间的物理接触。当需要高质量、完整、大面积指掌纹时，手指和手掌需要按在指掌纹采集设备上，从一侧滚动到另一侧，以增加总接触面积。当这样的设备被不熟练和不顺从的被采集人使用时，用于采集的附加力经常导致指纹和掌纹的较大变形和失真，并且被采集人可能在采集过程中有意或无意识的移动手指或手掌导致所采集的指掌纹图像变模糊，从而采集失败。这些问题很大程度上增加了采集大面积和高质量指掌纹的难度和时间，导致用户体验效果差。接触式指掌纹采集仪不仅采集速度慢，同时也引起了人们对卫生方面的顾虑。

一些非接触式指纹和指掌纹采集方法，如通过多部面阵相机或3D深度相机(如双目相机或三目立体相机)与结构光结合拍摄后，图像还需再经大量后期软件处理和调整(如进行3D建模再展开转为2D图像或图像拼接方法等)，其生成的图像还会出现拼接痕迹以及图像与实物匹配存在较大的差异。这些非接触式指纹仪和指掌纹采集仪采集的指掌纹图像质量不够好，所采集的指纹面积有限，并且存在可靠性问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种通过线阵相机围绕指纹面拍摄指纹以及通过面阵相机拍摄主掌纹和侧掌纹的非接触式指掌纹采集装置及方法，对于指纹，通过围绕指纹面旋转可以全方位扫描拍摄指纹，直接获得手指指纹面2D指纹图像，得到更高的图像质量，获得更大面积的指纹图像，对于掌纹，可以不用移动手掌一次性拍摄获取主掌纹和侧掌纹图像，是集成了指纹、主掌纹、侧掌纹的综合采集设备，极大程度提高了指掌纹的综合采集性能。

本发明的技术方案是：

第一方面，一种非接触式指掌纹采集装置，包括：第一拍摄机构、第二拍摄机构、壳体；所述第一拍摄机构和所述第二拍摄机构安装于所述壳体内的支撑结构上，所述壳体的外部设有手指放置区域和手掌放置区域，所述手指放置区域与所述第一拍摄机构的拍摄位置对应，所述手掌放置区域与所述第二拍摄机构的拍摄位置对应；

所述第一拍摄机构包括旋转装置、安装在所述旋转装置上的线阵相机以及预设好角度的第一照明光柱；所述旋转装置带动所述线阵相机和所述第一照明光柱围绕所述手指放置区域旋转，并触发所述线阵相机在旋转过程中对手指指纹面进行扫描拍摄，所述第一照明光柱在旋转过程中对准拍摄的手指指纹面；

所述第二拍摄机构包括移动装置、安装在所述移动装置上的面阵相机以及预设好角度的第二照明光柱；所述移动装置带动所述面阵相机和所述第二照明光柱与所述手掌放置区域平行移动并在两侧停止位置向着所述手掌放置区域倾斜，并触发所述面阵相机在移动至手掌中心位置和两侧停止位置时对手掌掌纹面进行拍摄，所述第二照明光柱对准拍摄的手掌掌纹面。

其进一步的技术方案是：所述旋转装置包括第一安装平台、第一步进电机、第一同步轮、第一同步带、第一编码脉冲触发器；

所述第一步进电机的输出轴安装所述第一同步轮和所述第一编码脉冲触发器，所述第一同步带连接所述第一安装平台和所述第一同步轮；所述第一编码脉冲触发器根据所述第一步进电机的转动发送第一脉冲触发信号，用于触发所述线阵相机进行扫描拍摄；所述第一步进电机带动所述第一同步轮转动，所述第一同步轮带动所述第一同步带传动，所述第一同步带带动所述第一安装平台转动，所述第一安装平台用于安装所述线阵相机和所述第一照明光柱。

其进一步的技术方案是：所述线阵相机的镜头所在平面与手指轴线方向之间预设预定角度，所述线阵相机靠近指尖的一侧向指尖倾斜。

其进一步的技术方案是：所述壳体上的手指放置区域内设有自动弹出定位机构，所述自动弹出定位机构包括能够弹出及自动复位的手指摆放支架以及圆弧形软胶手指卡位装置，所述圆弧形软胶手指卡位装置用于将手指卡在所述手指摆放支架上，所述手指摆放支架上设有与指尖位置对应的活动模板，所述活动模板在所述手指摆放支架自动复位时自动抽离。

其进一步的技术方案是：不同尺寸的环形指套，所述环形指套用于套在手指关节上，不同尺寸的环形指套的外圈与所述自动弹出定位机构匹配，不同尺寸的环形指套的内圈分别匹配不同粗细的手指尺寸，所述环形指套套在手指上的位置对应所述圆弧形软胶手指卡位装置的位置，所述环形指套在所述手指摆放支架复位时对应所述壳体的位置。

其进一步的技术方案是：所述壳体内还包括吸盘安装支架，所述吸盘安装支架上安装有吸盘装置，所述吸盘装置对应手指的指背位置，所述吸盘装置通过负压产生的吸力固定手指指背。

其进一步的技术方案是：所述移动装置包括第二安装平台、第二步进电机、第二同步轮、第二同步带、第二编码脉冲触发器；

所述第二步进电机的输出轴安装所述第二同步轮和所述第二编码脉冲触发器，所述第二同步带连接所述第二安装平台和所述第二同步轮；所述第二编码脉冲触发器根据所述第二步进电机的转动发送第二脉冲触发信号，用于触发所述面阵相机进行拍摄；所述第二步进电机带动所述第二同步轮转动，所述第二同步轮带动所述第二同步带传动，所述第二同步带带动所述第二安装平台移动并在两侧停止位置停止移动，所述第二安装平台用于安装所述面阵相机和所述第二照明光柱。

其进一步的技术方案是：所述移动装置还包括倾斜控制装置，所述倾斜控制装置用于控制所述第二安装平台倾斜到预设倾斜角度。

其进一步的技术方案是：所述壳体上的手掌放置区域为透明支撑平面，所述透明支撑平面与所述第二安装平台上的面阵相机拍摄面平行；

所述手掌放置区域设有按照预定间距排布的光敏管，所述光敏管用于根据手掌遮挡的光敏管数量确定手掌尺寸和位置。

其进一步的技术方案是：所述第二安装平台的两侧停止位置根据手掌尺寸和位置以及所述第二安装平台的预设倾斜角度确定。

其进一步的技术方案是：所述壳体的手掌放置区域的外部设置手掌限位装置，所述手掌限位装置包括对应指缝根部的四个限位杆，用于引导手掌按照预设的位置放置。

其进一步的技术方案是：所述非接触式指掌纹采集装置还包括气囊，所述气囊用于在手掌摆放完毕后自动下降按压在手背上。

第二方面，一种非接触式指掌纹采集方法，应用于如第一方面所述的非接触式指掌纹采集装置中，所述方法包括：

指纹数据采集部分：

通过旋转装置带动线阵相机和第一照明光柱从预设初始位置开始，绕手指放置区域旋转预定角度，同时进行扫描拍摄；

将所述线阵相机采集的手指指纹面图像传输到上位机；

通过上位机对手指指纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的指纹图像进行边缘识别，提取指纹主区域；对区域指纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强指纹纹路，去除指纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D指纹图像；

掌纹数据采集部分：

通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至手掌放置区域的中心位置拍摄主掌纹图像，通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至两侧停止位置并向着手掌放置区域倾斜，分别拍摄两侧的侧掌纹图像；

将所述面阵相机拍摄的主掌纹图像和侧掌纹图像传输到上位机，拼接处理得到手掌掌纹面图像；

通过上位机对手掌掌纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的掌纹图像进行边缘识别，提取掌纹主区域；对区域掌纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强掌纹纹路，去除掌纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D掌纹图像；

数据存储部分；

通过上位机将输出的2D指纹图像和2D掌纹图像与被采集人的身份信息对应存储。

本发明的优点是：

1.通过线阵相机围绕指纹面旋转来全方位扫描拍摄指纹，避免了因采用多部面阵相机或3D深度相机拍摄后，图像还需要再经过大量后期软件处理和调整导致的图像拼接哼唧以及图像与实物匹配的较大差异的问题，可以直接获得手指指纹面的2D指纹图像，得到更高的图像质量，获得更大面积的指纹图像；通过可移动的面阵相机拍摄主掌纹和侧掌纹，可以不用移动手掌一次性拍摄获得主掌纹和侧掌纹图像；将两种拍摄机构通过壳体集成为一体，组合成指纹、主掌纹、侧掌纹的综合采集设备，极大地提高了指掌纹的综合采集性能；

2.通过将线阵相机的镜头所在平面与手指轴线方向之间预设预定角度，向着指尖倾斜，从而可以在线阵相机旋转拍摄过程中兼顾手指指尖的纹路；

3.通过设置不同尺寸的环形指套，由于环形指套的外圈与手指摆放支架匹配，内圈适用于不同粗细的手指尺寸，因此对于不同的手指尺寸，都可以在手指摆放支架上保持固定，避免手指在采集过程中移动，保证了指纹采集的图像质量；

4.通过吸盘装置固定手指指背，可以进一步保持手指的固定不动，保证了指纹采集的图像质量；

5.通过气囊按压手背，可以避免采集过程中手掌悬空，保证了掌纹采集的质量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本申请提供的一种非接触式指掌纹采集装置的结构示意图；

图2是本申请提供的一种非接触式指掌纹采集装置的侧面结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的旋转装置和移动装置的示意图；

图4是本申请另一个实施例提供的旋转装置和移动装置的示意图；

图5是本申请提供的第一拍摄机构的示意图；

图6是本申请提供的指纹采集的示意图；

图7是本申请提供的指纹采集的线阵相机移动示意图；

图8是本申请提供的指纹采集的照明示意图；

图9是本申请提供的指纹采集的自动弹出定位机构的示意图；

图10是本申请提供的掌纹采集的示意图；

图11是本申请提供的掌纹采集的面阵相机移动示意图；

图12是本申请提供的掌纹采集的照明示意图；

图13是本申请提供的掌纹采集的手掌压紧的示意图。

其中：10、第一拍摄机构；11、旋转装置；111、第一安装平台；112、第一步进电机；12、线阵相机；13、第一照明光柱；20、第二拍摄机构；21、移动装置；211、第二安装平台；212、第二步进电机；22、面阵相机；23、第二照明光柱；24、气囊；30、壳体；31、支撑结构；32、手指摆放支架；33、圆弧形软胶手指卡位装置；34、活动模板；35、吸盘安装支架；36、透明支撑平面；37、手掌限位装置。

具体实施方式

实施例：为了解决接触式指掌纹采集方式不便的问题，本申请提供了一种非接触式指掌纹采集装置，结合参考图1至图13，该非接触式指掌纹采集装置包括：第一拍摄机构10、第二拍摄机构20、壳体30；第一拍摄机构10和第二拍摄机构20安装于壳体30内的支撑结构31上，壳体30的外部设有手指放置区域和手掌放置区域，手指放置区域与第一拍摄机构10的拍摄位置对应，手掌放置区域与第二拍摄机构20的拍摄位置对应。

第一拍摄机构10包括旋转装置11、安装在旋转装置11上的线阵相机12以及预设好角度的第一照明光柱13；旋转装置11带动线阵相机12和第一照明光柱13围绕手指放置区域旋转，并触发线阵相机12在旋转过程中对手指指纹面进行扫描拍摄，第一照明光柱13在旋转过程中对准拍摄的手指指纹面。

第一照明光柱13预先根据线阵相机12与手指放置区域的距离以及第一照明光柱13的安装位置调整好角度，使得第一照明光柱13与线阵相机12同步旋转，第一照明光柱13的照明区域始终对准线阵相机12的拍摄区域。如图所示，预设好角度的多个第一照明光柱13与线阵相机12对准同一个拍摄靶位，以增加光照度。第一照明光柱13可以根据实际需求选择安装的位置和数量。

可选的，旋转装置11包括第一安装平台111、第一步进电机112、第一同步轮、第一同步带、第一编码脉冲触发器。

第一步进电机112的输出轴安装第一同步轮和第一编码脉冲触发器，第一同步带连接第一安装平台111和第一同步轮；第一编码脉冲触发器根据第一步进电机112的转动发送第一脉冲触发信号，用于触发线阵相机12进行扫描拍摄；第一步进电机112带动第一同步轮转动，第一同步轮带动第一同步带传动，第一同步带带动第一安装平台111转动，第一安装平台111用于安装线阵相机12和第一照明光柱13。

在实际应用中，可以将第一步进电机112安装在壳体30的底部，通过第一同步轮和第一同步带带动第一安装平台111转动，从而带动线阵相机12和第一照明光柱13整体进行转动。

在实际应用中，可以将第一同步带与第一安装平台111上的弧形机构连接，在第一同步带的传动过程中，带动弧形机构按照弧形路线移动，从而带动第一安装平台111转动。示例性的，第一安装平台111与弧形机构穿过支撑结构31一体连接，分别设置于支撑结构31的两侧，并且可以在第一同步带的带动下绕着支撑结构31上的连接位置同步转动。

第一编码脉冲触发器与第一步进电机112的输出轴安装在一起，示例性的，第一步进电机112的输出轴转动一圈，第一编码脉冲触发器发送2500个脉冲信号，每个脉冲信号触发线阵相机12拍摄一次，从而在第一步进电机112带动线阵相机12转动的同时，线阵相机12可以实现连续的拍摄，通常几秒内即可完成指纹面的全部采集。线阵相机12拍摄一次采集的是线图，在旋转过程中连续拍摄的线最后组成面，得到手指指纹图像。采用线阵相机12旋转围绕指纹面拍摄指纹，不仅具有速度更快的优势，一般连续动作采集速度小于3s，而且可以全方位扫描拍摄完整指纹，直接获得手指指纹面的2D指纹图像，得到更高的图像质量，获得更大面积的指纹图像，对于同一手指指纹的多次采集重复性好，优于捺印滚动式指纹采集方式。

线阵相机镜头的光圈具有4-12的F值，其中F值是线阵相机镜头的焦距与入射光瞳的直径的比率，大的F数对应小光圈，增加了景深，因此适应不同手指的粗细，同时仍可采集指纹的清晰图像，但是若F值太大，则过少的光进入相机，导致不能提供足够的照明，因此使用4-12范围内的F值来平衡大的景深和良好照明。

旋转装置11的转动角度已预设，由第一步进电机细分控制，使得线阵相机12围绕指纹面平稳旋转，并同步触发拍摄。

需要说明的是，在实际应用中，第一拍摄机构还包括必要的电源装置和控制装置，电源装置用于为各个部件的工作供电，控制装置可以用来控制电机的转动，接收触发信号，控制线阵相机12的拍摄，线阵相机12还可以与上位机连接，将采集到的图像上传至上位机进行进一步的图像处理。

可选的，线阵相机12的镜头所在平面与手指轴线方向之间预设预定角度，线阵相机12靠近指尖的一侧向指尖倾斜。

为了兼顾手指指尖纹路的拍摄，将线阵相机12的镜头略微向指尖倾斜，从而可以同时拍摄手指面的纹路和指尖的纹路，获得更大面积的指纹。示例性的，线阵相机12的镜头所在平面与手指轴线方向之间的夹角为10°左右。

可选的，壳体30上的手指放置区域内设有自动弹出定位机构，自动弹出定位机构包括能够弹出及自动复位的手指摆放支架32以及圆弧形软胶手指卡位装置33，圆弧形软胶手指卡位装置33用于将手指卡在手指摆放支架32上，手指摆放支架32上设有与指尖位置对应的活动模板34，活动模板34在手指摆放支架32自动复位时自动抽离。

如图所示，示例性的，圆弧形软胶手指卡位装置33设置在手指摆放支架32上方，当手指摆放在手指摆放支架32上之后，圆弧形软胶手指卡位装置33自动下降压住手指固定手指的位置，保证手指在指纹采集区域内，并且避免了手指在指纹采集过程中移动。

手指摆放支架32上设置的活动模板34，可以在手指摆放支架32复位时自动抽离，使得手指头与线阵相机12之间完全没有遮挡，保证了指纹采集的质量。

可选的，壳体30侧面与手指放置区域对应的位置设有通孔，自动弹出定位机构穿过通孔弹出或复位。

可选的，该非接触式指掌纹采集装置还包括：不同尺寸的环形指套，环形指套用于套在手指关节上，不同尺寸的环形指套的外圈与自动弹出定位机构匹配，不同尺寸的环形指套的内圈分别匹配不同粗细的手指尺寸，环形指套套在手指上的位置对应圆弧形软胶手指卡位装置33的位置，环形指套在手指摆放支架32复位时对应壳体30的位置。

环形指套具有一定厚度，外圈的尺寸一致，可以为椭圆形，与圆弧形软胶手指卡位装置33的圆弧内壁相匹配，内圈设置不同的尺寸，以适应不同的手指粗细。通过环形指套与自动弹出定位机构匹配固定，不仅能够保持手指在采集过程中进一步保持位置固定，而且能够控制手指头悬空，避免设备在不同人的使用过程中造成的病菌交叉传播，在指纹采集过程中，由于手指放置区域狭小，难以清理，通过一次性的环形指套的使用，指纹在采集过程中需要与设备接触的区域通过环形指套间隔开，保持了采集环境的卫生，并且环形指套可以回收消毒，循环使用。

在实际应用中，手指摆放支架32弹出，指纹采集开始，可以通过语言或显示提示采集指定手指的指纹，在手指套上合适的环形指套，摆放到准确位置时，圆弧形软胶手指卡位装置33自动下降定位被采集手指，手指摆放支架32自动复位，活动模板34自动抽离，使得被采集手指与线阵相机12之间无任何遮挡，旋转装置11立即启动，带动线阵相机12开始转动扫描采集指纹。

可选的，壳体30内还包括吸盘安装支架35，吸盘安装支架35上安装有吸盘装置，吸盘装置对应手指的指背位置，吸盘装置通过负压产生的吸力固定手指指背。

由于指掌纹采集装置的使用者通常为犯罪嫌疑人，为了避免使用者在采集过程中不配合乱动手指影响指纹采集，还可以在手指上方加装吸盘装置，用于吸住被采集人的手指，避免手指在采集过程中移动。吸盘装置可以对应吸盘和连接的抽气装置，通过抽气装置在吸盘区域产生负压，从而吸住手指，相应的，为了保持设备的卫生，吸盘也可以是一次性使用后更换的。

第二拍摄机构20包括移动装置21、安装在移动装置21上的面阵相机22以及预设好角度的第二照明光柱23；移动装置21带动面阵相机22和第二照明光柱23与手掌放置区域平行移动并在两侧停止位置向着手掌放置区域倾斜，并触发面阵相机22在移动至手掌中心位置和两侧停止位置时对手掌掌纹面进行拍摄，第二照明光柱23对准拍摄的手掌掌纹面。

通过面阵相机22移动拍摄主掌纹和侧掌纹，改变了手掌与光学设备之间的物理接触方式，降低了采集大面积和高质量掌纹的难度和时间。

第二照明光柱23预先根据面阵相机22与手掌放置区域的距离以及第二照明光柱23的安装位置调整好角度，使得第二照明光柱23与面阵相机22同步移动，第二照明光柱23的照明区域始终对准面阵相机22的拍摄区域。如图所示，预设好角度的多个第二照明光柱23与面阵相机22对准同一个拍摄靶位，以增加光照度。第二照明光柱23可以根据实际需求选择安装的位置和数量。

可选的，移动装置21包括第二安装平台211、第二步进电机212、第二同步轮、第二同步带、第二编码脉冲触发器。

第二步进电机212的输出轴安装第二同步轮和第二编码脉冲触发器，第二同步带连接第二安装平台211和第二同步轮；第二编码脉冲触发器根据第二步进电机212的转动发送第二脉冲触发信号，用于触发面阵相机进行拍摄；第二步进电机212带动第二同步轮转动，第二同步轮带动第二同步带传动，第二同步带带动第二安装平台211移动并在两侧停止位置停止移动，第二安装平台211用于安装面阵相机32和第二照明光柱33。

在实际应用中，可以将第二步进电机212安装在壳体30的底部，通过第二同步轮和第二同步带带动第二安装平台211平移，从而带动面阵相机22和第二照明光柱23整体进行平移。尽管图中未示出，在实际应用中，可以通过齿轮与皮带配合，在第二同步带的传动下拉动齿轮和皮带，控制第二安装平台211的移动。示例性的，第二同步带可以与第二安装平台211的一侧固定连接，穿过第二安装平台211底部的长条形结构，绕过第二同步轮后，与第二安装平台211的另一侧固定连接，这样在第二同步轮带动第二同步带传动时，第二同步带可以带动第二安装平台211平移。可选的，对于第二安装平台211的平移还可以通过丝杠的方式实现。

可选的，在实际应用中，第二安装平台211不仅可以在水平面上进行左右或前后的移动来调整位置，还可以在竖直方向上移动调整高度。

第二编码脉冲触发器与第二步进电机的输出轴安装在一起，示例性的，第二步进电机根据手掌的摆放确定转动圈数，调整面阵相机22的移动距离和位置，第二编码脉冲触发器在面阵相机22移动到对应手掌中心位置时触发面阵相机22拍摄主掌纹，在面阵相机22移动到一侧停止位置时触发面阵相机22拍摄侧掌纹，在面阵相机22移动到另一侧停止位置时触发面阵相机22拍摄侧掌纹。

可选的，移动装置21还包括倾斜控制装置，倾斜控制装置用于控制第二安装平台211倾斜到预设倾斜角度。

示例性的，预设的倾斜角度可以为45°左右。

可选的，倾斜控制装置可以是设置在第二安装平台211上的微电机，微电机可以对第二安装平台211进行移动控制，调整第二安装平台211的转动角度，使得第二安装平台211向对应的手掌侧面倾斜。

第二安装平台211可转动地安装于移动装置21上，当移动装置21带动面阵相机22移动至左侧停止位置时，微电机控制第二安装平台211从水平位置顺时针旋转预设倾斜角度，以拍摄手掌左侧的掌纹，当移动装置21带动面阵相机22移动至右侧停止位置时，微电机控制第二安装平台211从水平位置逆时针旋转预设倾斜角度，以拍摄手掌右侧的掌纹。

可选的，倾斜控制装置可以是设置在第二安装平台211的两侧的两个滑块，用于根据第二安装平台211的预设倾斜角度将滑块与第二安装平台211对应的一侧顶起至预定高度。

第二安装平台211可转动地安装于移动装置21上，当移动装置21带动面阵相机22移动至左侧停止位置时，左侧的滑块顶起第二安装平台211，使得面阵相机22向右倾斜，以拍摄手掌左侧的掌纹，当移动装置21带动面阵相机22移动至右侧停止位置时，右侧的滑块顶起第二安装平台211，使得面阵相机22向左倾斜，以拍摄手掌右侧的掌纹。

可选的，壳体30上的手掌放置区域为透明支撑平面36，透明支撑平面36与第二安装平台211上的面阵相机22的拍摄面平行。

可选的，透明支撑平面36也可以自动弹出或复位，用于支撑手掌进行掌纹的拍摄，为了使面阵相机22拍摄到清晰的手掌掌纹，手掌需要与面阵相机22的拍摄面平行，从而将透明支撑平面36与面阵相机22的拍摄面平行设置。为了保持设备卫生，可以在一次掌纹采集结束后，对透明支撑平面36进行消毒清洁。

可选的，手掌放置区域设有按照预定间距排布的光敏管，光敏管用于根据手掌遮挡的光敏管数量确定手掌尺寸和位置。示例性的，比如按照2mm的间距排列布局光敏管阵列，当手掌放置之后，根据被遮挡住的光敏管数量和位置，可以快速计算出手掌的尺寸和位置，以便确定出面阵相机移动到中心位置和两侧停止位置需要移动的距离。

第二安装平台211的两侧停止位置根据手掌尺寸和位置以及第二安装平台211的预设倾斜角度确定。

若面阵相机22与手掌放置区域之间的距离固定，根据获取的手掌尺寸和位置确定出中心点位置，两侧停止位置可以根据手掌宽度和预设倾斜角计算出，在对主掌纹和侧掌纹拍摄时，需要保持相同的拍摄物距。根据实际的手掌尺寸确定移动面阵相机22的移动距离参数，可以计算不同尺寸手掌的移动距离。

可选的，壳体30的手掌放置区域的外部设置手掌限位装置37，手掌限位装置包括对应指缝根部（拇指与食指之间、食指与中指之间、中指与无名指之间、无名指与小指之间）的四个限位杆，用于引导手掌按照预设的位置放置。限位装置37可以在掌纹采集开始时自动弹出。

可选的，该非接触式指掌纹采集装置还包括气囊24，气囊24用于在手掌摆放完毕后自动下降按压在手背上。

可选的，手掌在摆放之后，掌心可能悬空，导致采集不到清晰的掌纹图像，为了保证采集质量，可以通过气囊24将手掌下压紧贴采集设备。可选的，气囊24可以在使用时充气增大来挤压手背，也可以保持充气状态，通过升降控制来挤压手背。

在实际应用中，当掌纹采集开始时，语音或显示提示采集指定掌纹，手掌摆放区域的支撑平面以及限位装置自动弹出，手掌摆放到位后，手掌摆放区域的支撑平面自动复位，等待气囊下降压住手背，使得手背处于平整状态，同时启动面阵相机进行主掌纹的拍摄，然后移动面阵相机到两侧停止位置，并倾斜面阵相机，保持与主掌纹相同的拍摄物距，对侧掌纹进行拍摄。

需要说明的是，在实际应用中，第二拍摄机构还包括必要的电源装置和控制装置，电源装置用于为各个部件的工作供电，控制装置可以接收光敏管的识别结果，计算面阵相机的移动距离和停止位置，控制设备的工作和复位，控制气囊的下降时机，以及控制面阵相机的倾斜等。

通过限制手指摆放的定位装置，限制手掌摆放的定位装置，手掌尺寸的测量装置和气囊按压手背的机构，使得指掌纹多次采集同一手指的指纹和统一手掌的掌纹的重复性大大提高。并且通过线阵相机可以最真实地还原指纹图像，无需进行图像拼接，无需通过大量后期软件处理和调整。

本申请还提供了一种非接触式指掌纹采集方法，应用于上述非接触式指掌纹采集装置中，该方法包括以下三部分。

指纹数据采集部分：

通过旋转装置带动线阵相机和第一照明光柱从预设初始位置开始，绕手指放置区域旋转预定角度，同时进行扫描拍摄；

将线阵相机采集的手指指纹面图像传输到上位机；

通过上位机对手指指纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的指纹图像进行边缘识别，提取指纹主区域；对区域指纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强指纹纹路，去除指纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D指纹图像。

掌纹数据采集部分：

通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至手掌放置区域的中心位置拍摄主掌纹图像，通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至两侧停止位置并向着手掌放置区域倾斜，分别拍摄两侧的侧掌纹图像；

将面阵相机拍摄的主掌纹图像和侧掌纹图像传输到上位机，拼接处理得到手掌掌纹面图像；

通过上位机对手掌掌纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的掌纹图像进行边缘识别，提取掌纹主区域；对区域掌纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强掌纹纹路，去除掌纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D掌纹图像。

数据存储部分；

通过上位机将输出的2D指纹图像和2D掌纹图像与被采集人的身份信息对应存储。

综上所述，本申请提供的非接触式指掌纹采集装置及方法，通过线阵相机围绕指纹面旋转来全方位扫描拍摄指纹，避免了因采用多部面阵相机或3D深度相机拍摄后，图像还需要再经过大量后期软件处理和调整导致的图像拼接哼唧以及图像与实物匹配的较大差异的问题，可以直接获得手指指纹面的2D指纹图像，得到更高的图像质量，获得更大面积的指纹图像；通过可移动的面阵相机拍摄主掌纹和侧掌纹，可以不用移动手掌一次性拍摄获得主掌纹和侧掌纹图像；将两种拍摄机构通过壳体集成为一体，组合成指纹、主掌纹、侧掌纹的综合采集设备，极大地提高了指掌纹的综合采集性能。

另外，通过将线阵相机的镜头所在平面与手指轴线方向之间预设预定角度，向着指尖倾斜，从而可以在线阵相机旋转拍摄过程中兼顾手指指尖的纹路。

另外，通过设置不同尺寸的环形指套，由于环形指套的外圈与手指摆放支架匹配，内圈适用于不同粗细的手指尺寸，因此对于不同的手指尺寸，都可以在手指摆放支架上保持固定，避免手指在采集过程中移动，保证了指纹采集的图像质量。

另外，通过吸盘装置固定手指指背，可以进一步保持手指的固定不动，保证了指纹采集的图像质量。

另外，通过气囊按压手背，可以避免采集过程中手掌悬空，保证了掌纹采集的质量。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，包括：第一拍摄机构、第二拍摄机构、壳体；所述第一拍摄机构和所述第二拍摄机构安装于所述壳体内的支撑结构上，所述壳体的外部设有手指放置区域和手掌放置区域，所述手指放置区域与所述第一拍摄机构的拍摄位置对应，所述手掌放置区域与所述第二拍摄机构的拍摄位置对应；

所述第一拍摄机构包括旋转装置、安装在所述旋转装置上的线阵相机以及预设好角度的第一照明光柱；所述旋转装置带动所述线阵相机和所述第一照明光柱围绕所述手指放置区域旋转，并触发所述线阵相机在旋转过程中对手指指纹面进行扫描拍摄，所述第一照明光柱在旋转过程中对准拍摄的手指指纹面；

所述旋转装置包括第一安装平台、第一步进电机、第一同步轮、第一同步带、第一编码脉冲触发器；所述第一步进电机的输出轴安装所述第一同步轮和所述第一编码脉冲触发器，所述第一同步带连接所述第一安装平台和所述第一同步轮；所述第一编码脉冲触发器根据所述第一步进电机的转动发送第一脉冲触发信号，用于触发所述线阵相机进行扫描拍摄；所述第一步进电机带动所述第一同步轮转动，所述第一同步轮带动所述第一同步带传动，所述第一同步带带动所述第一安装平台转动，所述第一安装平台用于安装所述线阵相机和所述第一照明光柱；

所述第二拍摄机构包括移动装置、安装在所述移动装置上的面阵相机以及预设好角度的第二照明光柱；所述移动装置带动所述面阵相机和所述第二照明光柱与所述手掌放置区域平行移动并在两侧停止位置向着所述手掌放置区域倾斜，并触发所述面阵相机在移动至手掌中心位置和两侧停止位置时对手掌掌纹面进行拍摄，所述第二照明光柱对准拍摄的手掌掌纹面；

所述移动装置包括第二安装平台、第二步进电机、第二同步轮、第二同步带、第二编码脉冲触发器；所述第二步进电机的输出轴安装所述第二同步轮和所述第二编码脉冲触发器，所述第二同步带连接所述第二安装平台和所述第二同步轮；所述第二编码脉冲触发器根据所述第二步进电机的转动发送第二脉冲触发信号，用于触发所述面阵相机进行拍摄；所述第二步进电机带动所述第二同步轮转动，所述第二同步轮带动所述第二同步带传动，所述第二同步带带动所述第二安装平台移动并在两侧停止位置停止移动，所述第二安装平台用于安装所述面阵相机和所述第二照明光柱。

2.根据权利要求1所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述线阵相机的镜头所在平面与手指轴线方向之间预设预定角度，所述线阵相机靠近指尖的一侧向指尖倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述壳体上的手指放置区域内设有自动弹出定位机构，所述自动弹出定位机构包括能够弹出及自动复位的手指摆放支架以及圆弧形软胶手指卡位装置，所述圆弧形软胶手指卡位装置用于将手指卡在所述手指摆放支架上，所述手指摆放支架上设有与指尖位置对应的活动模板，所述活动模板在所述手指摆放支架自动复位时自动抽离。

4.根据权利要求3所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，还包括：不同尺寸的环形指套，所述环形指套用于套在手指关节上，不同尺寸的环形指套的外圈与所述自动弹出定位机构匹配，不同尺寸的环形指套的内圈分别匹配不同粗细的手指尺寸，所述环形指套套在手指上的位置对应所述圆弧形软胶手指卡位装置的位置，所述环形指套在所述手指摆放支架复位时对应所述壳体的位置。

5.根据权利要求4所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述壳体内还包括吸盘安装支架，所述吸盘安装支架上安装有吸盘装置，所述吸盘装置对应手指的指背位置，所述吸盘装置通过负压产生的吸力固定手指指背。

6.根据权利要求1所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述移动装置还包括倾斜控制装置，所述倾斜控制装置用于控制所述第二安装平台倾斜到预设倾斜角度。

7.根据权利要求6所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述壳体上的手掌放置区域为透明支撑平面，所述透明支撑平面与所述第二安装平台上的面阵相机拍摄面平行；

所述手掌放置区域设有按照预定间距排布的光敏管，所述光敏管用于根据手掌遮挡的光敏管数量确定手掌尺寸和位置。

8.根据权利要求7所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述第二安装平台的两侧停止位置根据手掌尺寸和位置以及所述第二安装平台的预设倾斜角度确定。

9.根据权利要求1、6或7任一所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述壳体的手掌放置区域的外部设置手掌限位装置，所述手掌限位装置包括对应指缝根部的四个限位杆，用于引导手掌按照预设的位置放置。

10.根据权利要求9所述的非接触式指掌纹采集装置，其特征在于，所述非接触式指掌纹采集装置还包括气囊，所述气囊用于在手掌摆放完毕后自动下降按压在手背上。

11.一种非接触式指掌纹采集方法，其特征在于，应用于如权利要求1至10任一所述的非接触式指掌纹采集装置中，所述方法包括：

指纹数据采集部分：

通过旋转装置带动线阵相机和第一照明光柱从预设初始位置开始，绕手指放置区域旋转预定角度，同时进行扫描拍摄；

将所述线阵相机采集的手指指纹面图像传输到上位机；

通过上位机对手指指纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的指纹图像进行边缘识别，提取指纹主区域；对区域指纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强指纹纹路，去除指纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D指纹图像；

掌纹数据采集部分：

通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至手掌放置区域的中心位置拍摄主掌纹图像，通过移动装置带动面阵相机和第二照明光柱移动至两侧停止位置并向着手掌放置区域倾斜，分别拍摄两侧的侧掌纹图像；

将所述面阵相机拍摄的主掌纹图像和侧掌纹图像传输到上位机，拼接处理得到手掌掌纹面图像；

通过上位机对手掌掌纹面图像进行预处理，包括噪声过滤，锐度和饱和度增强；对预处理后的掌纹图像进行边缘识别，提取掌纹主区域；对区域掌纹图像进行归一化灰度值限定，分离前景色和背景色，沿脊线方向增强掌纹纹路，去除掌纹中的空洞和毛刺，将纹理细化后输出2D掌纹图像；

数据存储部分；

通过上位机将输出的2D指纹图像和2D掌纹图像与被采集人的身份信息对应存储。