手掌三维轮廓测量技术研究

• 作 者: 杨光
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 手掌三维轮廓测量 结构光 傅里叶变换轮廓术 相位展开

在高速信息化社会中,各行各业对身份识别的速度以及准确度有着很高的要求,如金融、军事、医疗及出行等。快速精确生物特征识别技术识别个人身份十分重要。现代生物特征识别技术主要包括了人脸识别、掌纹识别、手形识别、指纹识别、虹膜识别和声纹识别等技术。其中手形识别技术因其独特的识别过程具有很大的发展潜力,手掌轮廓识别是其中一种识别方法。三维轮廓测量技术在工业、军事、医疗等方面有着极其重要的地位,本文将采用非接触式三维轮廓测量方法对手掌轮廓进行三维重建,非接触式三维轮廓测量方法避免了手掌与测量设备的直接接触,既能保障人的人身安全,又能快速便捷的实现对手掌三维轮廓的重建。论文分别采用激光干涉、线阵激光器和结构光投影的方法来产生均匀条纹。相比于一般的结构光投影,激光干涉条纹具有更高的亮度,受环境光的影响小,在使用高分辨率的相机之后,可以远距离对面积较大的物体进行三维轮廓测量。线激光阵列是线激光器组成的激光阵列产生平行条纹阵列,不仅减少了光路上配件数量的要求,简化了光路,而且避免了激光剪切干涉中出现条纹弯曲的问题。线激光阵列同样满足对面积较大的物体的三维轮廓测量。本文中结构光投影方法主要是利用计算机编码生成条纹阵列,条纹的宽度与密度可以控制,容易产生质量较高的条纹阵列,从而提高实验精度。本文将利用以上几种方法产生的条纹阵列来获取手掌表面的高度信息。在相机采集到参考面条纹和手掌调制条纹图像后,对图像进行预处理,减少图像中环境噪声对实验造成的影响。对图像进行傅里叶变换至频率域,设计带通滤波器对频谱进行带通滤波,能够有效地滤除实验背景成分,同时通过控制滤波器的带宽等参数能够从频谱中获取我们所需要的基频分量。通过对基频分量做一系列计算可以求解得到手掌三维轮廓的相位信息。使用傅里叶变换轮廓术求解的过程中会遇到相位截断的问题,计算结果并不能反映物体真实的三维轮廓信息,采用什么算法对包裹相位进行相位解包裹是本论文中要解决的一个重要问题,文中针对此问题做了相关研究。论文了采用几种不同的条纹阵列来获取手掌三维轮廓信息的结果,得出了每种方法存在的优势与不足,并提出了改进方案。