專利名稱：近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)合圖像采集和圖像處理技術(shù)的設備，具體來說，涉及一種體積小、速度快、成像質(zhì)量好、人性化程度高的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會中，由于照相、影印等技術(shù)的高速發(fā)展，圖像的采集已經(jīng)進入了數(shù)字采集的時代。但對部分圖片特別是過去通過膠卷照相所得的圖像，這些照片往往沒有了底片， 而且往往有著非同尋常的紀念價值和悠久的年代，以及現(xiàn)在有著廣泛應用需求的證件照等，有對其進行數(shù)字化采集及再處理的需要。而目前對這類圖像的采集方法，大多集中在使用數(shù)碼相機或者掃描儀等設備，當需要采集圖像的數(shù)量比較多時，這些采集的方法的速度就會顯得比較慢，而且，使用上的人性化也遠遠不如。目前市面上的圖像數(shù)字化采集設備主要有兩種，即拍攝式的數(shù)字化采集設備和掃描式的數(shù)字化采集設備?；谂臄z方式數(shù)字化采集圖像的設備，由于鏡頭的焦距和拍攝范圍等因素使得設備體積較大(主要體現(xiàn)在高度上)，無法實現(xiàn)設備的小型化。過多的占用原本不多的辦公空間，而且造成設備不便于攜帶。其次，由于受拍攝光源及鏡頭的影響，成像質(zhì)量難以保證，必須輔以較多的人工核對，影響工作效率的提高。再次，此類設備的自動化程度不高，必須要對準照片進行拍攝，以免產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，并且還要對其切割等操作，人性化程度比較低。而采用掃描獲取圖像的方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、高準確率，但掃描證件時間較長，難以提高工作效率。同時由于有機械運動掃描部件，容易造成設備損壞，可靠性較低。此外，工作噪聲也無法避免。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供了一種體積小、速度快、成像質(zhì)量好、人性化程度高的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，它包括用于采集證件圖像信息的圖像采集模塊；用于為證件采集過程中提供照明的光源組；用于對獲取的證件圖像信息進行數(shù)字化處理的圖像處理模塊，所述圖像采集模塊包括魚眼鏡頭，以及驅(qū)動所述魚眼鏡頭動作的CMOS圖像采集
ο所述魚眼鏡頭的焦距為1.65mm、可視角為171°。所述光源組采用方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈。所述圖像處理模塊包括圖像獲取單元、畸變校正單元、色彩校正單元、傾斜校正單兀。
所述圖像獲取單元采用Directa10W開發(fā)圖像采集模塊。所述圖像獲取單元的圖像獲取可以采用從預覽視頻流中捕獲數(shù)據(jù)幀方式，也可以使用靜態(tài)引腳捕獲數(shù)據(jù)幀的方式。所述畸變校正單元采用基于廣角鏡頭的桶形失真校正方法。所述色彩校正單元采用基于完美反射法偏色校正方法。它還包括圖像切割單元和倒置校正單元。所述傾斜校正單元的具體操作流程為a)拷貝一份原圖像并對其按指定的縮放因子實施縮小操作，縮放因子的確定可以按證件照占整個成像區(qū)域的比例而確定；b)將縮小之后的圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換成YCbCr色差空間，轉(zhuǎn)換公式如式
'Y _“0.2990.5870.114"—K
Cb=-0.1687-0.33130.5*GCr0.5-0.4187-0.0813B其中Y表示圖像亮度，Cb表示藍色色差，Cr表示紅色色差；c)使用對Sobel梯度算法對上述亮度分量實施Sobel邊緣檢測，得到一個較粗糙的輪廓描述信息；d)對上述步驟的粗糙輪廓圖像進行細化處理操作，得到只有一個像素寬度的細邊緣輪廓信息；e)將得到細輪廓圖像后使用Hough變換求得證件四條邊框的直線參數(shù)，并進而求得傾斜的角度；f)最后，根據(jù)求得的傾斜角度對原圖像進行反方向旋轉(zhuǎn)，所述倒置校正單元的具體操作流程為a)對原始圖像進行縮小操作；b)將該圖像的RGB色彩空間轉(zhuǎn)換為HIS色彩空間，檢測出人臉的膚色；c)根據(jù)人臉膚色約束條件將圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，0. 003 < H < 0. 1740. 040 < S < 0. 3520. 352 < I < 1其中，H為色度，S為飽和度，I為亮度；d)利用9X9的模板對二值圖像進行中值濾波操作，得到一幅只剩下人臉部分的
二值圖像；e)根據(jù)人臉二值圖將縮小的圖像的人臉部分圖像切割出來；f)利用RGB邊緣提取法，得到人臉的邊緣二值圖像；g)通過圓的幾何性質(zhì)在邊緣圖像的人眼區(qū)域中的兩個圓確定圓心，即人眼中心， 然后憑人眼中心位置判斷圖像是否倒置。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的圖像采集模塊采用魚眼鏡頭，能夠保證近距離拍攝大范圍景物，從而大幅度減小鏡頭與被攝物之間的距離，大大降低了證件信息采集設備的高度和采集設備成本；另外，光源組采用方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈，該設計能夠使捕獲的圖像不會因為光源的方向性問題而產(chǎn)生人為的亮點，也不會因為光源的色溫過于偏離正常范圍而導致色彩過度失真，以獲得更高質(zhì)量的證件圖像及執(zhí)行效率，從而達到提高圖像質(zhì)量的目的，極大提高信息提取的正確率；再有，利用傾斜與倒置校正以及切割單元，給用戶以更高的使用自由度，同時令圖像切割更加精確；最后，在同類系統(tǒng)中率先引入MVC軟件系統(tǒng)架構(gòu)和設計理念，降低設計難度與各軟件模塊的耦合性，修改其中某個模塊不會對其他模塊造成大的影響，甚至可以不用改動其他模塊，從而保證了系統(tǒng)的高可擴展性與通用性。


圖1為本發(fā)明近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)的功能框架圖；圖2為本發(fā)明圖像處理模塊的工作流程圖；圖3本發(fā)明的桶形畸變校正單元工作流程圖；圖4為本發(fā)明的桶形失真校正單元所采用的同心圓；圖5為本發(fā)明的色彩校正單元的工作流程圖；圖6為本發(fā)明的傾斜校正、圖像切割和倒置校正的工作流程圖；圖7為本發(fā)明獲取的證件照原始圖像示意圖；圖8為本發(fā)明桶形失真校正后的證件圖像示意圖；圖9為本發(fā)明按一定縮放因子縮小后的證件圖像示意圖；圖10為本發(fā)明增強對比度后的縮小的證件圖像示意圖；圖11為本發(fā)明邊緣檢測并細化的二值圖像示意圖；圖12為本發(fā)明清除孤立點后的二值圖像示意圖；圖13為本發(fā)明傾斜校正并切割后的證件圖像示意圖；圖14為本發(fā)明對人臉部分圖像進行邊緣檢測的二值圖像示意圖；圖15為本發(fā)明倒置校正后的證件圖像示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步闡述。如圖1所示，本發(fā)明的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)包括圖像采集模塊、光源組和圖像處理模塊，圖像采集模塊用于采集證件圖像信息，光源組用于為證件采集過程中提供照明，圖像處理模塊用于對獲取的證件圖像信息進行數(shù)字化處理。其中，所述圖像采集模塊包括魚眼鏡頭，以及驅(qū)動所述魚眼鏡頭動作的CMOS圖像采集器，所述光源組采用方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈，所述圖像處理模塊包括圖像獲取單元、畸變校正單元、色彩校正單元、傾斜校正單元、圖像切割單元和倒置校正單元。下面對各模塊單元進行詳細闡述一、圖像采集模塊1. 1魚眼鏡頭在本發(fā)明的系統(tǒng)中采用了焦距為1.65mm、可視角為171°的微距魚眼鏡頭，使得證件在鏡頭前方約45mm處可以得到完整取景，加上鏡頭高度，將總厚度控制在60mm左右， 使其成為目前市面上同類設備中最薄的，從而有效的減小了儀器的體積，使產(chǎn)品更為便攜， 甚至可以裝配到通用PC機的機箱中，但由于魚眼鏡頭將帶來桶形失真，此問題將后面處理模塊中進行補償，以復原圖像。1. 2CM0S圖像采集器本模塊是將證件數(shù)字化的必不可少的模塊，本發(fā)明采用了清晰度較高的CMOS傳感器，以降低設備的功耗及成本。二、光源組本模塊的主要作用是為圖像采集提供照明光源。考慮到LED色溫范圍比較廣，而且色溫的高低對圖像的成像質(zhì)量有著直接的影響，因而在該證件信息采集系統(tǒng)中，特意挑選了方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈設計了兩個LED光源組。從系統(tǒng)實際拍攝的效果來看，這種設計能夠使捕獲的圖像不會因為光源的方向性問題而產(chǎn)生人為的亮點， 也不會因為光源的色溫過于偏離正常范圍而導致色彩過度失真。三、圖像處理模塊圖像處理模塊的主要功能是將圖像采集模塊捕獲到的圖像進行畸變校正、色彩校正、傾斜校正、圖像分割和倒置校正等處理，然后輸出圖像。該模塊包括圖像獲取單元、畸變校正單元、色彩校正單元、傾斜校正單元、圖像切割單元和倒置校正單元，圖像處理模塊工作流程如圖2所示，整個系統(tǒng)對圖像的處理起始于對獲取的一幀圖像進行畸變補償進行圖像復原，然后利用偏色校正以去除由于燈光色溫引起的色彩失真，緊接著進行傾斜檢測實現(xiàn)傾斜矯正并切割，然后對圖像進行倒置檢測并校正。3. 1圖像獲取單元為捕獲一幀圖像，本發(fā)明的圖像獲取單元采用Directa10W開發(fā)圖像采集模塊，說明如下CGraph類主要是實現(xiàn)一些對所有與Filter Graph相關(guān)的應用中所必需的操作的封裝，通常作為其他針對特定領(lǐng)域應用的Filter Graph類的父類。如本系統(tǒng)中與采集應用相關(guān)的CCaptureGraph即是繼承于該類。在本系統(tǒng)中，幀數(shù)據(jù)的獲取采用的是Directaiow自身提供的SampleGrabber Filte (對應的類ID為CL SID_SampIeGrabber) 0使用這個Filter時需要對其回調(diào)機制進行設置，其中設置的回調(diào)參數(shù)中就有具有ISampleGrabber接口的類。本系統(tǒng)中實現(xiàn)的 CSampleGrabberCB 類即為一例。CCaptureGraph類繼承于CGraph類，以實現(xiàn)特定于采集應用的FilterGraph工作類的封裝。其工作原理是利用Directaiow中的ICaptureBuilderf接口提供的智能連接功能Rendei^tream進行Filter間互連。智能連接意即客戶只需要根據(jù)不同的應用場景，添加所需要的 Source Filter^ Transform Filter 和 Rendering Filter，系統(tǒng)便會自動實現(xiàn)連接。本發(fā)明設計了兩種圖像獲取方式，任由用戶選擇(1)從預覽視頻流中捕獲數(shù)據(jù)幀，適合系統(tǒng)負載較重的情況；(2)使用靜態(tài)引腳捕獲數(shù)據(jù)幀，類似照像機的快門，適合系統(tǒng)負載較輕的情況，可獲取更高質(zhì)量的證件圖像。3. 2畸變校正單元本模塊的作用是將桶形失真了的圖像還原為正常的圖像，由于本發(fā)明的系統(tǒng)采用了超寬視角、微距的魚眼鏡頭以縮小設備體積，故在解決設備體積過大問題的同時，也帶來一個新的問題——桶形失真，本發(fā)明采集到的原始圖像如圖7所示。圖像的畸變給特征提取、參數(shù)計算帶來困難，甚至導致失敗，故我們必須對捕獲的圖像先進行校正，以恢復圖像。 根據(jù)桶形失真具有圓對稱的特點，本發(fā)明采用三次樣條曲線對魚眼鏡頭的桶形畸變規(guī)律進行擬合失真模型，從而對失真圖像進行校正，桶形失真校正的工作流程如圖3所示基于廣角鏡頭的桶形失真校正方法具體流程為1)制作同心圓模板，獲取模板實測圖像數(shù)據(jù)首先是制作同心圓模板這些同心圓的間距是按事先指定的比例放置的，具體的比例只是用于確定后述中一組理想半徑值，本發(fā)明選取同心圓模板之間圓環(huán)的間距相同， 如圖4所示，即同心圓的半徑成奇數(shù)倍增長，同心圓半徑值為Rtk= (r0,3r0,L, (2n-l)r0), 其中A為同心圓模板的最小半徑值，η為同心圓的圓個數(shù)(一般取15個左右，這里取11 個)，ri，r2, L，rn為同心圓模板的實測值，Γι為實測最小半徑值，rn為實測最大半徑值。然后經(jīng)過同心圓模板的圓心添加一個“十字架”，接著設計一個簡單的圖像采集程序，比如在Windows平臺上，可以利用Directalow進行開發(fā)，該采集程序在采集數(shù)據(jù)時能夠在相應的圖像顯示窗口中心顯示一個虛擬的“十字架”。把廣角鏡頭安裝到圖像傳感器上利用上述采集程序進行同心圓模板成像數(shù)據(jù)采集。本具體實施例中采用的廣角鏡頭焦距為 1.65mm的，視角約為171°。在保證鏡頭與物平面平行的情況下，令采集程序顯示的虛擬 “十字架”與同心圓模板上的“十字架”重合，此時可以認為鏡頭光軸中心近似通過同心圓圓心，并且實現(xiàn)了“對準”。對得到的圖像進行濾波和二值化，然后進行圓擬合和圓檢測，獲取同心圓模板的實測半徑Rsk = (ri; r2，L，rn)，本實施例中的測得的數(shù)據(jù)一組為Rsk = [38. 00,112. 13， 175. 13，225. 00，263. 75，293. 50，316. 25，333. 67，348.12，359.70，369.69]；2)利用模板實測圖像數(shù)據(jù)進行樣條曲線建模首先定義不同采樣半徑位置的壓縮K^t為實測半徑值與理想半徑值的比值，不同采樣半徑位置的逆壓縮比S' rk為理想半徑值與實測半徑值的比值Srk = (Srl, Sr2，L，Srn) = Rs/Rt = (Γι/γ0, r2/r0, L，rn/(2n-l)r0)S' rk=(S' rl, S' r2，L，' rn) = Rt/Rs接下來是畸變規(guī)律的三次樣條曲線擬合，它包括如下三個步驟2. 1)以實測半徑為橫軸，壓縮比為縱軸構(gòu)成坐標系，構(gòu)建桶形及變規(guī)律曲線$ =
f (r)，這樣$ = f (r)必然經(jīng)過點), L，)，可得到三次樣條系數(shù)矩陣A。以理想半徑為橫軸，逆壓縮比為縱軸構(gòu)成坐標系，構(gòu)建桶形及變規(guī)律曲線S' F = f ω，這樣s' F = f 必然經(jīng)過點㈨乂’^^^^丄，^“-^，&；！，得到三次樣條系數(shù)矩陣A'。2. 2)為了使擬合后的三次樣條直線滿足整個定義域0彡r彡max(r)，當Γ(ι較小的時候，修正rQ = T1 = 0，則、=S' = 1，則修正后的兩條三次樣條曲線分別通過(0， D ,(r2,Sr2),u(rn^rn) (0,1), (r2, Sr2),…，(rn, Sj 和(0，1)，( )^), L，((2 -1)γ。,Λ\ )。2. 3)用兩組三次樣條曲線擬合桶形畸變規(guī)律前向樣條曲線Srk對應于$ = f(r),Srk = ak (r-rk) 3+bk (r-rk) 2+ck (r-rk) +dk
其中彡r彡rk+1,1彡k彡n，且巧=0， 、bk、ck、dk為三次樣條系數(shù)矩陣A的行系數(shù)值；后向樣條曲線S' rk對應于S' F = f' (r)，S' rk = a' k(r-Qk-Dr1W i(r-(2k-\)rl)2+c ' HDr1Hd' k 其中 Ok-Dr1 彡 r 彡 Ok+l)ri，l 彡 k 彡 n，且k = 1 時令 Qk-Dr1 = 0，a' k、b' k、c' k、d' k 為三次樣條系數(shù)矩陣A'的行系數(shù)值。三次樣條的確定需要用到光滑條件，即相連曲線在斷點處具有相同的一階導數(shù)和二階導數(shù)，此外第一條三次樣條曲線和最后一條三次樣條曲線需要增加兩個約束條件才能確定下來。在我們的發(fā)明中，使用了令邊界條件中二次導數(shù)均為O的方法，即自然樣條 (Natural Spline)來擬合失真曲線。3)利用樣條曲線建模參數(shù)制作畸變補償映射表通過樣條曲線對失真曲線進行建模后，可以得到一組刻畫桶形失真的模型參數(shù)， 為了實現(xiàn)對失真圖像進行高效、實時復原，可以進一步根據(jù)得到的模型參數(shù)將其制作成一張畸變補償映射表，它包含如下2個步驟3. 1)利用前向投影原理Porward Projection)求得目標圖像的大小設失真圖像的大小為MXN(寬X高)，則圖像的中心為Ov n0)= (M+l) X (N+1V2，過該中心以水平向右直線為χ軸，垂直向下方向為y軸，建立一個坐標系。 值得注意的是，這里的點坐標(m，n)表示y軸分量為m，x軸為n，下同。則不同像素(m，η) 到圖像中心的距離為r = ^{m-m0f +{n-n0f該點與χ軸之間的夾角
權(quán)利要求
1.一種近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，它包括用于采集證件圖像信息的圖像采集模塊；用于為證件采集過程中提供照明的光源組；用于對獲取的證件圖像信息進行數(shù)字化處理的圖像處理模塊，其特征在于，所述圖像采集模塊包括魚眼鏡頭，以及驅(qū)動所述魚眼鏡頭動作的CMOS圖像采集器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述魚眼鏡頭的焦距為1. 65mm、可視角為171°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述光源組采用方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理模塊包括圖像獲取單元、畸變校正單元、色彩校正單元、傾斜校正單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像獲取單元采用Directalow開發(fā)圖像采集模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像獲取單元的圖像獲取可以采用從預覽視頻流中捕獲數(shù)據(jù)幀方式，也可以使用靜態(tài)引腳捕獲數(shù)據(jù)幀的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述畸變校正單元采用基于廣角鏡頭的桶形失真校正方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述色彩校正單元采用基于完美反射法偏色校正方法。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，它還包括圖像切割單元和倒置校正單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述傾斜校正單元的具體操作流程為a)拷貝一份原圖像并對其按指定的縮放因子實施縮小操作，縮放因子的確定可以按證件照占整個成像區(qū)域的比例而確定；b)將縮小之后的圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換成YCbCr色差空間，轉(zhuǎn)換公式如式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種體積小、速度快、成像質(zhì)量好、人性化程度高的近距離數(shù)字化證件信息采集系統(tǒng)，它包括圖像采集模塊、光源組和圖像處理模塊，圖像采集模塊用于采集證件圖像信息，光源組用于為證件采集過程中提供照明，圖像處理模塊用于對獲取的證件圖像信息進行數(shù)字化處理。其中，所述圖像采集模塊包括焦距為1.65mm、可視角為171°的魚眼鏡頭，以及驅(qū)動所述魚眼鏡頭動作的CMOS圖像采集器，所述光源組采用方向性相對較弱，發(fā)光顏色接近白光的LED燈，所述圖像處理模塊包括圖像獲取單元、畸變校正單元、色彩校正單元、傾斜校正單元、圖像切割單元和倒置校正單元。
文檔編號H04N9/04GK102509093SQ20111031743
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者朱雄泳, 林繼東, 董富德, 譚洪舟 申請人:譚洪舟