活体掌纹图像采集仪技术领域
本发明属于生物特征识别和自动身份鉴别技术领域，特别涉及活体掌纹图像采
集技术。
背景技术
如何鉴别个人的身份，是一个越来越为人们所关注的问题。随着社会交往的日
益频繁和社会关系的日益复杂，特别是Internet的发展以及信息社会的来临，这
一问题的重要性更加显而易见。
目前，大多数身份鉴别都是使用密码认证的，也有少数的开始使用IC卡、磁
卡或者硬件加密狗等作为密钥。但是，无论是密码还是IC卡，都容易丢失和被窃
取，而且密码还很容易遗忘。这些都将给管理者和使用者带来很大的不便和损失。
因此，身份的确认仍然是目前困扰许多部门和电子商务(E-business)的重要问
题，这就给生物特征识别技术的研究和应用提供了可能。
所谓生物特征识别(Biometrics)技术是指通过计算机利用人体所固有的生理
特征或行为特征来进行个人身份鉴定。生理特征与生俱来，多为先天性的；行为特
征则是习惯使然，多为后天性的。生理和行为特征统称为生物特征。
目前，应用最广泛的生物特征识别技术主要有指纹识别和虹膜识别。指纹识别
由于采集装置简单、系统较小、速度快，所以是应用最广的生物特征识别技术。
但是，手掌面积大，信息量多，即使不完整的掌纹，其所含的信息量也足够可以
鉴别一个人的身份。虽然掌纹识别技术相对指纹识别技术发展较慢，但是相对于
指纹，掌纹具有如下的优点：其一、掌纹的防伪特性高于指纹，不容易被
盗取或伪造；其二、掌纹的信息远远要比指纹的丰富，具有更高的安全性。
掌纹的这些优点都为掌纹识别技术的研究奠定了一定的基础。
作为生物特征识别技术的重要补充，掌纹识别技术的研究将会越来越被重视，
掌纹身份鉴别技术也将会得到广泛的应用。因此，研究掌纹自动识别技术是具有
重要的现实意义的。
要实现一个自动的掌纹识别系统，首先要解决的是掌纹图像采集的关键技术。
采集到的掌纹图像的质量直接影响到后续的掌纹识别效果。
目前，掌纹采集主要有以下几种方法：
方法一：油墨捺印法。它是先把油墨涂抹在手掌上，然后再将涂了油墨的手掌
捺印在白纸上，最后用扫描设备将白纸上的掌纹输入到计算机，并以二维数字灰
度图像的格式存储起来。这种方法虽然可以采集到质量较好的高清晰度掌纹，但
是由于受到着墨程度和捺印力度的影响，图像的质量不稳定，往往是图像的纹线
粘连和背景噪声都非常严重，这给掌纹的自动鉴别带来了很大的困难。此外，这
种方法无法做到在线实时采集，而且采集不方便，每次都把手掌弄脏。图1(a)为
一幅典型的油墨捺印法采集到的掌纹图像。
方法二：脱机照相扫描法。该方法是先用照相机对掌纹进行拍照，然后再把照
片扫描输入计算机。这种方法采集不方便，也无法做到在线实时采集。另外，该
方法采集到的图像清晰度不够，尤其是乳突纹无法采集清楚。
方法三：在线照相法。此方法和方法二没有原理上的差别。只是用数字摄像头
代替了照相机，可以做到在线实时采集，但是也无法清晰得采集到手掌的乳突纹，
这损失了大量的掌纹信息。例如：专利CN 1387166A公开了这种方法的采集仪器，
该仪器的结构如图2所示。由仪器箱体11和手掌箱体12，安装在仪器箱体内的光
源13、数码摄像头14和反射镜15组成，其工作原理为；光源13经过反射镜15
反射，照亮放入手掌箱体内手掌16，手掌的漫反射光被数码摄像头14接收形成掌
纹图像。其原理上属于上述在线照相法，只是在数码摄像头14与手掌16之间加
了一块反射镜15，改变了一下光路。图1(b)是该仪器采集得到的典型掌纹图像样
本。
综上所述，传统的油墨捺印法由于受到着墨程度和捺印力度的影响，采集到的
图像质量不稳定，而且不方便，无法做到在线实时采集。照相法采集到的掌纹清
晰度不够，尤其是乳突纹信息无法采集清楚。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术采集活体掌纹的不足之处，设计出一种新的活
体掌纹图像采集仪，具有采集的图像清晰度高，采集速度快，可实时采集的优点。
本发明提出的一种活体掌纹图像采集仪，它包括箱体及安装在箱体内的光源、
数字摄像头，其特征在于，还包括安装在该箱体内的曲面棱镜，该箱体的顶盖开
有一窗口，该曲面棱镜的曲面嵌入该顶盖窗口内，使手掌与棱镜表面紧密贴合；
所说的光源与数字摄像头分别置于该曲面棱镜的两底角面的一侧，使光源发出的
光束进入棱镜并在曲面发生全反射后被数字摄像头接收。
上述的曲面棱镜靠光源一侧的底角面最好为磨砂面，使得照射到棱镜曲面的光
更均匀；该棱镜的曲面可为球面或柱面；该棱镜的两底角面的夹角范围可为60°～
120°以保证光在棱镜中实现全反射和全反射后的光能通过靠近数字摄像头的一
个底角面，并被数字摄像头接收。
上述的光源可采用矩形的平面放光二极管构成的平板光源，以使照射的范围内
亮度更均匀。
上述的数字摄像头可接有一与计算机通信的USB接口。
本发明的特点及技术效果：
本发明采用曲面棱镜，是为了使手掌能和棱镜的曲面紧密贴合。以使本发明利
用光的全反射原理。当光源照到按有手掌的玻璃棱镜表面时，入射光经玻璃射到
手掌的掌纹纹谷时，在玻璃与空气的界面发生全反射，反射回数字摄像头的光强
损失很少；而射向掌纹纹脊的光线不发生全反射，被纹脊与玻璃的接触面吸收或
者发生漫反射，这样反射回数字摄像头的光强就大大减弱。因此掌纹纹谷和纹脊
的不同反射光强由数字摄像头捕获。
本发明采集到的图像清晰度比较高，尤其是可以很清晰的采集到掌纹的乳突
纹，乳突纹包含了掌纹的大部分信息。该采集仪还具有采集速度快的优点，满足
实时采集的要求，可应用在实时的掌纹自动识别系统中。
本发明的数字摄像头可通过通信接口和计算机连接，将采集到的掌纹二维数字
图像实时的传输到计算机，以便实时处理。
附图说明
图1(a)为油墨捺印法采集到的掌纹图像。
图1(b)为在线照相法采集到的掌纹图像。
图2为已有的在线照相法仪器的结构示意图。
图3为本发明的结构示意图。
图4为用户手掌平按在本发明曲面棱镜上进行掌纹采集的示意图。
图5为本发明的曲面棱镜的实施例，其中，
(a)为球面直角棱镜；(b)为柱面直角棱镜
图6为利用本发明采集到的两个典型掌纹图像的样本。
具体实施方式
本发明设计的一种活体掌纹图像采集仪结合附图及实施例进一步详细说明如
下：
本发明的总体结构实施例如图3所示，它包括由仪器箱体1和带有窗口的箱体
顶盖2构成的一壳体，安装在该壳体内的曲面棱镜3及棱镜支架4，曲面棱镜的曲
面嵌入顶盖的窗口内构成一体；光源5及光源支架6，数字摄像头7及摄像头支架
8，数字摄像头7和光源5分别置于曲面棱镜的两底角面的一侧，并使光源5发出
的光束通过棱镜后被数字摄像头7能接收到；还包括与数字摄像头7相连的用于
和计算机10进行数据传输的通信接口9。
本实施例各部件的功能分别说明如下：
本实施例的曲面棱镜3和数字摄像头7是核心部件，当手平按在顶盖2上，使
手掌部位处于曲面棱镜3的曲面上，如图4所示。手掌稍微用力下压紧贴在曲面
上，在平板光源5的照射下，形成的掌纹图像由数字摄像头7来捕获，并通过通
信接口9传输到计算机10中。本实施例的数字摄像头7可采用市场上很常见的30
万象素的数字摄像头。本实施例的曲面棱镜3的曲面可采用如图5(a)所示的球面
31或采用如图5(b)所示的柱面34，两底角面32的夹角范围可为60°～120°以保
证光在棱镜中实现全反射和全反射后的光能通过靠近数字摄像头的一个底角面，
并被数字摄像头接收，图中两底角面32的夹角为直角，两侧面33相互平行并垂
直于两底角面32。
本实施例的光源5采用一个矩形的平面放光二极管构成平板光源，球面31或
柱面34棱镜3靠近光源的一个底角面32被加工成磨砂面，两者结合可以保证得
到稳定而又均匀的照明条件。平板光源5的工作电压3.5～5伏，因此可通过计算
机的USB口取电源。
本实施例的数字摄像头7采集到的掌纹图像可实时地传输到计算机10中，数
字摄像头7和计算机10之间的通信接口9采用的是标准的USB 2.0的接口，具有
传输速度快的优点，最快可以达到30帧/秒。
本实施例的仪器箱体1起到固定棱镜支架4、光源支架6和摄像头支架8以及
支撑箱体顶盖2的作用；仪器箱体1和箱体顶盖2装配起来后又起到暗箱的作用；
曲面棱镜3由棱镜支架4支撑和由箱体顶盖2固定；数字摄像头7固定在摄像头
支架8上；平板光源5固定在光源支架6上。
本实施例的工作过程为：首先要确保采集仪和和计算机之间的正确连接，本采
集仪采用的数字摄像头由于是USB接口的，所以具有即插即用的特点，并允许热
插拔。工作之前，先把平板光源5的电源开关打开，用户手掌掌心向下，平按在
曲面棱镜3上，在均匀照明条件，基于全反射原理形成的掌纹图像在数字摄像头7
里面形成掌纹图像，调节数字摄像头7的物距和像距，使得在数字摄像头7内的
图像传感器平面上形成清晰的掌纹图像，并可通过通信接口9实时传输到计算机
10。
图6是用本发明采集到的典型掌纹图像样本，不但可以清晰看到掌纹的屈肌线
61和皱纹62，还可以很清晰的看到掌纹的乳突纹63。