证件图像信息采集系统的设计与实现

        随着信息技术的不断发展，社会各项规章制度不断完善，人们需要用各种各样的证件来表征有关个人的信息。对这些证件进行信息采集识别是必要的个人信息获取和安全的手段，有利于相关部门对社会进行监管和提供服务。一个完善的证件信息采集系统由证件信息采集设备及相应的配套软件组成。采集设备通过接口与PC机连接，利用运行在PC机上配套的软件实现证件资料信息的自动提取、录入，并通过信息管理系统实现信息的管理与维护。它可以广泛应用于公安、银行、电信、酒店、交通、证券、民政、教育、出入境等部门和行业中，节省大量的人力和物力，保障公共场所的安全。证件信息采集常用的自动化技术包括光学文字识别（OCR）技术和射频标签识别（RFID）技术。目前仅我国第二代居民身份证采用了RFID技术，如护照、驾驶证等其他证件并没有采用RFID技术，因此证件的光学文字识别或图像信息采集识别是通用证件信息采集系统不可缺少的组成部分。

　　一个优秀的证件图像信息采集系统（以下简称证件系统）要具备较短的获取时间、较高的信息采集准确率、较高的成像质量、较长的使用寿命和人性化的系统与外观设计。综合以上因素，本文采用微距广角镜头拍摄的方式对证件图像进行采集，在证件图像信息采集硬件系统中对采集图像进行初步处理后，通过USB2.0这一目前获得最广泛使用的高速外设接口,将数据传送至PC机上位机，由主机中相关处理软件系统对图像信息进行提取和分类。这是一种数据采集设备与基于PC机端应用软件相结合的系统开发模式，它能够利用日常生活中通用PC机高速、强大的计算能力,对需要高算法复杂度的图像进行快速处理计算，为实现复杂的信息处理算法提供了保障，而且在响应速度及实时性方面也能够满足许多应用领域的要求。本证件系统包括硬件部分和软件部分。镜头采用了焦距为1.8 mm、可视角大于140°的微距广角镜头,使得证件在镜头前方约45 mm处可以得到完整取景，以实现系统装置的小型化。证件系统的扩展性和复用性主要表现在能够识别更多类型的证件（如身份证、护照、户口本等）和通用性的图像数据处理算法。针对扩展性和复用性问题，本文采用MVC(Model View Controller)架构[1]设计证件系统软件部分，在软件架构上实现了各模块之间的松耦合。

　　1 系统总体框架

　　证件系统自身是一套独立的数据采集及信息获取系统，由其特有硬件和软件共同组成。硬件部分包括摄像头模块、数据传输模块、LED灯模块和电源供应模块。如果再加上第二代身份证的RFID卡射频感应获取信息的功能，还有一个RFID感应模块。由于身份证RFID模块的使用需要经过公安部门的认证，因而本文中描述的系统不包含RFID模块功能的具体实现，但是该系统在设计时，已经预留了相应的接口。软件部分主要包含运行在PC机上的摄像头驱动子程序，图像采集子程序，图像畸变补偿、色彩增强、分割等处理子程序，信息提取子程序和数据库存储、管理子程序。整个系统框架如图1所示。

　　证件图像信息采集设备与PC机之间通过USB2.0接口进行通信。PC上位机运行的应用软件能够通过该接口向USB摄像头发送控制命令，从而捕获相应的图像或者视频数据。若存在RFID感应模块，则感应后的数据也通过该接口传送到应用程序中进行处理。

　　2 系统硬件

　　证件图像信息采集设备主要由图像获取模块、传输接口模块、电源模块、LED光源模块4部分构成（不考虑RFID感应模块）。硬件框图如图2所示。

　　2.1 CMOS图像采集模块

　　采用CMOS摄像头进行图像采集，图像清晰，功耗较低。利用短焦距广角镜头进行物体成像，在扩大视场的同时还能有效地减小物体与CMOS传感器之间的距离，从而有效地减小了仪器的体积，使产品更为便携，甚至可以装配到通用PC机的机箱中。本文实现的系统中采用了焦距为1.8 mm、可视角大于140°的微距广角镜头，使得证件在镜头前方约45 mm处可以得到完整取景。加上镜头高度，总厚度在60 mm左右。采用广角镜头将带来桶形失真，此问题将在主机程序中通过软件算法进行补偿，尽可能复原图像。