專利名稱：一種反射式手指靜脈特征采集裝置及其個(gè)人身份認(rèn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人體生物身份識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種指靜脈特征采集裝置和利用指 靜脈采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法。
背景技術(shù)：
指紋、面像、虹膜、視網(wǎng)膜、聲紋等生物特征識(shí)別技術(shù)發(fā)展了許多年，指紋識(shí)別技術(shù) 因其使用方便、識(shí)別率高而廣泛應(yīng)用，經(jīng)過實(shí)用發(fā)現(xiàn)，就目前活體指紋采集和識(shí)別技術(shù)而 言，用于身份認(rèn)證還有明顯不足，不論是半導(dǎo)體傳感器還是光學(xué)傳感器的指紋采集設(shè)備，都 面臨著對(duì)仿真手指、疑難指紋、損傷紋線和殘留痕跡不能很好地采集、識(shí)別等適應(yīng)性缺陷， 存在著1 %的拒真率，還有3 10 %的人群不能正常采集指紋，有相當(dāng)一部分人不能正常使 用活體指紋身份認(rèn)證技術(shù)；面相識(shí)別技術(shù)同樣面臨著電腦不能完全替代人腦、不能鑒別出 雙胞胎、環(huán)境光線變化偏轉(zhuǎn)角度過大或運(yùn)動(dòng)速度過快時(shí)匹配成功率明顯降低的技術(shù)難題; 對(duì)于虹膜識(shí)別和視網(wǎng)膜識(shí)別，也存在著克服不了因眼疾帶來(lái)的采集障礙無(wú)法匹配的缺點(diǎn)。隨著生物醫(yī)學(xué)認(rèn)知程度和CMOS器件工藝的發(fā)展，人類對(duì)生物特征識(shí)別技術(shù)的理 解已從指紋等體表特征發(fā)展到指靜脈紋理的內(nèi)在特征，指靜脈識(shí)別比指紋識(shí)別具有明顯優(yōu) 點(diǎn)，如專利號(hào)為CN200820155344. X的實(shí)用新型專利，涉及一種便攜式手背靜脈圖像采集裝 置，屬于人體生物認(rèn)證領(lǐng)域的生物特征采集部分。所述便攜式手背靜脈采集儀在外殼的正 面上嵌有紅外濾鏡和紅外燈，紅外燈均勻分布在紅外濾鏡的周圍，另外還嵌有一個(gè)紅外距 離感應(yīng)模塊；外殼的內(nèi)部設(shè)有光學(xué)鏡頭，光學(xué)鏡頭后部與CMOS圖像傳感器固連，圖像傳感 器成像于成像處理電路，成像處理電路將采集到的手背靜脈圖片傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上；成像處 理電路給以紅外燈控制模塊信號(hào)以調(diào)整紅外燈的工作狀態(tài)。本發(fā)明可以運(yùn)用于手背靜脈識(shí) 別系統(tǒng)，而且體積小，便于攜帶，利用USB的即插即用功能可以在不同的計(jì)算機(jī)手背靜脈識(shí) 別系統(tǒng)上運(yùn)用。但所述便攜式手背靜脈采集儀是對(duì)手背靜脈進(jìn)行采集，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種反射式采集手指靜脈的裝置和利用指 靜脈采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法。所述一種反射式手指靜脈特征采集裝置能識(shí)別出 活體與非活體、而且無(wú)殘留、難仿造、特征內(nèi)藏不易損傷，成為繼指紋識(shí)別之后的新型生物 特征身份認(rèn)證技術(shù)，更適合作為活體生物密碼用于個(gè)人身份認(rèn)證，是生物特征識(shí)別領(lǐng)域的 前沿技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的之一，本發(fā)明專利采用了下述技術(shù)方案所述一種反射式手指靜脈特征采集裝置，包括組合光學(xué)單元、手指感應(yīng)單元和圖 像采集單元，所述組合光學(xué)單元包括近紅外側(cè)光源、濾色片、多棱鏡或反射面，其中，近紅外 側(cè)光源設(shè)置在手指感應(yīng)單元的兩側(cè)，近紅外側(cè)光源從兩邊照射手指使手指靜脈紋理特征圖 像顯現(xiàn)，濾色片設(shè)置在手指感應(yīng)單元的下方，濾色片下方設(shè)置多棱鏡和反射面，通過專門設(shè) 計(jì)的經(jīng)鍍膜特殊處理的多棱鏡多次反射及濾色片組成組合光學(xué)單元改變光路，以減小圖像傳輸直線距離，使圖像效果更為理想、整機(jī)高度進(jìn)一步降低；手指感應(yīng)和紅外線檢測(cè)有無(wú)手 指進(jìn)入組合光學(xué)單元采集窗口，以保證在無(wú)手指進(jìn)入時(shí)將紅外光亮度調(diào)低到最小狀態(tài)，在 有手指進(jìn)入時(shí)將紅外光亮度調(diào)高到工作狀態(tài)，均勻排列的每一個(gè)LED紅外光源亮度可調(diào)， 使整個(gè)手指靜脈圖像顯現(xiàn)平均灰度均勻；圖像采集單元控制紅外光源輸出，其CMOS傳感器 拾取指靜脈紋理特征圖像，由USB 口向運(yùn)行識(shí)別算法的主機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另外一個(gè)目的，利用指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方 法，所述方法的特征在于對(duì)USB端口輸出到主機(jī)的指靜脈圖像進(jìn)行圖像標(biāo)準(zhǔn)化、濾波、二值 化、特征提取等預(yù)處理，再匹配給出結(jié)果，完成身份認(rèn)證管理全過程。因此本發(fā)明采用如下 步驟進(jìn)行步驟一手指靜脈圖像采集。指靜脈圖像采集過程中，手指放置位置定位采用軟件和硬件復(fù)合定位方式，軟件 定位通過圖像信息變化確定手指到位信息。步驟二 通過USB接口將手指靜脈圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)中。步驟三圖像標(biāo)準(zhǔn)化。通過邊緣提取方法，檢測(cè)指靜脈有效圖像采集窗位置信息，根據(jù)位置信息主體數(shù) 據(jù)，對(duì)指靜脈有效區(qū)域進(jìn)行位置及形狀校正，并用多次插值方法完成圖像尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化。步驟四圖像預(yù)處理。對(duì)圖像進(jìn)行灰度均衡處理，并進(jìn)行像素灰度拉伸。步驟五圖像濾波。stepl，使用高斯濾波器對(duì)圖像濾波，濾波器尺寸為5*5 ；step2，通過圖像像素灰度對(duì)比度信息檢測(cè)指靜脈紋路分布信息；step3,對(duì)指靜脈紋路分布信息進(jìn)行有效性濾波。步驟六圖像二值化。根據(jù)最大類間距最小類內(nèi)間距法確定指靜脈與背景分割閾值，完成指靜脈圖像分 割。步驟七圖像特征提取。對(duì)二值化圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提取指靜脈形狀分布信息作為特征量進(jìn)行保存。步驟八匹配并給出結(jié)果。禾Ij用廣義距離計(jì)算方法進(jìn)行兩圖像間相似程度比對(duì)。步驟九完成身份認(rèn)證管理全過程。通過樣本訓(xùn)練方式確定常用相似度閾值，根據(jù)比對(duì)結(jié)果和相似度閾值給出識(shí)別結(jié) 果，完成身份認(rèn)證過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是在反射式手指靜脈采集裝置中，專門設(shè) 計(jì)的紅外側(cè)光源與經(jīng)鍍膜特殊處理的多棱鏡及紅外濾色片在位置結(jié)構(gòu)上合理搭配組合，組 成的組合光學(xué)單元改變了光學(xué)路徑，減小了圖像傳輸?shù)闹本€距離，使指靜脈采集可在日光 照射下完成，血管紋理圖像顯現(xiàn)效果更為理想，使采集裝置體積進(jìn)一步縮小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加 合理，開放的采集窗口使用更加方便。指靜脈識(shí)別算法的身份認(rèn)證方法不但能識(shí)別個(gè)人特 征，還能鑒別活體，利用指靜脈特征內(nèi)藏?zé)o殘留特點(diǎn)杜絕了身份仿冒造假，適合不同年齡人 群使用，提高了管理的安全性和可靠性，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，可滿足高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的安全要求。


圖1為本發(fā)明所述一種反射式手指靜脈特征采集裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述一種反射式手指靜脈特征采集裝置示意圖；圖3為本發(fā)明所述利用指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法的流程圖。其中，1-近紅外側(cè)光源、2-手指感應(yīng)單元、3-濾色片、4-多棱鏡、5-反射面、6_攝 像機(jī)、7-USB接口、8-開放式手指采集窗。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。參見圖1所示，一種反射式手指靜脈特征采集裝置，包括組合光學(xué)單元、手指感應(yīng) 單元2和圖像采集單元，其中所述組合光學(xué)單元、手指感應(yīng)單元2和圖像采集單元集成在一 個(gè)裝置上，如圖2所示。所述組合光學(xué)單元包括近紅外側(cè)光源1、濾色片3、多棱鏡4和反射 面5。所述近紅外側(cè)光源1設(shè)置在手指感應(yīng)單元2的二側(cè)，濾色片3設(shè)置在手指感應(yīng)單元2 的下方，濾色片3下方設(shè)置多棱鏡4，近紅外側(cè)光源1設(shè)置在手指感應(yīng)單元的兩側(cè)，近紅外 側(cè)光源從兩邊照射手指使手指靜脈紋理特征圖像顯現(xiàn)，圖像經(jīng)濾色片3后，經(jīng)過專門設(shè)計(jì) 的經(jīng)鍍膜特殊處理的多棱鏡4及其反射面5的組合光學(xué)單元改變光路，以減小圖像傳輸直 線距離，使圖像效果更為理想、整機(jī)高度進(jìn)一步降低；手指感應(yīng)單元2和近紅外側(cè)光源1利 用紅外線檢測(cè)有無(wú)手指進(jìn)入組合光學(xué)單元開放式手指采集窗8，以保證在無(wú)手指進(jìn)入時(shí)將 紅外光亮度調(diào)低到最小狀態(tài)，在有手指進(jìn)入時(shí)將紅外光亮度調(diào)高到工作狀態(tài)，均勻排列的 每一個(gè)LED紅外光源亮度可調(diào)，使整個(gè)手指靜脈圖像顯現(xiàn)平均灰度均勻；所述圖像采集單 元包括攝像機(jī)6，CMOS傳感器(圖中未示)和USB接口 7，所述CMOS傳感器設(shè)置在攝像機(jī) 6上，當(dāng)CMOS傳感器感應(yīng)到多棱鏡4上的圖像信息，便開啟攝像機(jī)6采集圖像信息，由USB 口 7向運(yùn)行識(shí)別算法的主機(jī)(圖中未示)輸出圖像數(shù)據(jù)。一種利用指靜脈采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法，如圖3所示，按照以下方案 進(jìn)行S201 手指靜脈圖像采集。指靜脈圖像采集過程中，手指放置位置定位采用軟件和硬件復(fù)合定位方式，軟件 定位通過圖像信息變化確定手指到位信息。S202 通過USB接口將手指靜脈圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)中。S203:圖像標(biāo)準(zhǔn)化。通過邊緣提取方法，檢測(cè)指靜脈有效圖像采集窗位置信息，根據(jù)位置信息主體數(shù) 據(jù)，對(duì)指靜脈有效區(qū)域進(jìn)行位置及形狀校正，并用多次插值方法完成圖像尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化。S204:圖像預(yù)處理。對(duì)圖像進(jìn)行灰度均衡處理，并進(jìn)行像素灰度拉伸。S205:圖像濾波。所述圖像濾波包括如下步驟
stepl，使用高斯濾波器對(duì)圖像濾波，濾波器尺寸為5*5 ；step2，通過圖像像素灰度對(duì)比度信息檢測(cè)指靜脈紋路分布信息；step3，對(duì)指靜脈紋路分布信息進(jìn)行有效性濾波。S206:圖像二值化。根據(jù)最大類間距最小類內(nèi)間距法確定指靜脈與背景分割閾值，完成指靜脈圖像分 割。S207:圖像特征提取。對(duì)二值化圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提取指靜脈形狀分布信息作為特征量進(jìn)行保存。S208 匹配并給出結(jié)果。利用廣義距離計(jì)算方法進(jìn)行兩圖像間相似程度比對(duì)。S209 完成身份認(rèn)證管理全過程。通過樣本訓(xùn)練方式確定常用相似度閾值，根據(jù)比對(duì)結(jié)果和相似度閾值給出識(shí)別結(jié) 果，完成身份認(rèn)證過程。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種反射式手指靜脈特征采集裝置，包括組合光學(xué)單元、手指感應(yīng)單元( 和圖像 采集單元，所述組合光學(xué)單元、手指感應(yīng)單元( 和圖像采集單元集成在一個(gè)裝置上，其特 征在于所述組合光學(xué)單元包括近紅外側(cè)光源(1)、濾色片(3)、多棱鏡0)，其中，近紅外側(cè) 光源(1)設(shè)置在手指感應(yīng)單元( 的兩側(cè)，濾色片C3)設(shè)置在手指感應(yīng)單元( 的下方，濾 色片( 下方設(shè)置用于改變光路的多棱鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式手指靜脈特征采集裝置，其特征在于所述反射 式手指靜脈特征采集裝置還包括開放式手指采集窗(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式手指靜脈特征采集裝置，其特征在于多棱鏡(4) 經(jīng)鍍膜處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反射式手指靜脈特征采集裝置，其特征在于所述多棱 鏡⑷用反射面(5)代替。
5.一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法，其特征在于包 括以下步驟，步驟一手指靜脈圖像采集；步驟二 通過USB接口將手指靜脈圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)中；步驟三圖像標(biāo)準(zhǔn)化；步驟四圖像預(yù)處理；步驟五圖像濾波；步驟六圖像二值化；步驟七圖像特征提取；步驟八匹配并給出結(jié)果；步驟九完成身份認(rèn)證管理全過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于在所述步驟一指靜脈圖像采集過程中，手指放置位置定位采用軟件和 硬件復(fù)合定位方式，軟件定位通過圖像信息變化確定手指到位信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于在所述步驟三中，通過邊緣提取方法，檢測(cè)指靜脈有效圖像采集窗位 置信息，根據(jù)位置信息主體數(shù)據(jù)，對(duì)指靜脈有效區(qū)域進(jìn)行位置及形狀校正，并用多次插值方 法完成圖像尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法其特征在于在所述步驟四中，對(duì)圖像進(jìn)行灰度均衡處理，并進(jìn)行像素灰度拉伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于所述步驟五按以下方式進(jìn)行，stepl，使用高斯濾波器對(duì)圖像濾波，濾波器尺寸為5*5 ； step2，通過圖像像素灰度對(duì)比度信息檢測(cè)指靜脈紋路分布信息； step3，對(duì)指靜脈紋路分布信息進(jìn)行有效性濾波。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于所述步驟六根據(jù)最大類間距和最小類內(nèi)間距法確定指靜脈與背景分 割閾值，完成指靜脈圖像分割。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用透射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于所述步驟七對(duì)二值化圖像進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提取指靜脈形狀分布信息作 為特征量進(jìn)行保存。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于所述步驟八利用廣義距離計(jì)算方法進(jìn)行兩圖像間相似程度比對(duì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用反射式手指靜脈特征采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證 的方法，其特征在于所述步驟九通過樣本訓(xùn)練方式確定常用相似度閾值，根據(jù)比對(duì)結(jié)果和 相似度閾值給出識(shí)別結(jié)果，完成身份認(rèn)證過程。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種反射式采集手指靜脈的裝置和利用指靜脈采集裝置進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)證的方法。所述裝置包括組合光學(xué)單元、手指感應(yīng)單元和圖像采集單元，所述組合光學(xué)單元改變光路，以減小圖像傳輸直線距離；所述圖像采集單元控制紅外光源輸出，其CMOS傳感器拾取指靜脈紋理特征圖像，由攝像機(jī)采集后，通過USB口向運(yùn)行識(shí)別算法的主機(jī)輸出圖像數(shù)據(jù)。所述一種反射式手指靜脈特征采集裝置能識(shí)別出活體與非活體、而且無(wú)殘留、難仿造、特征內(nèi)藏不易損傷，成為繼指紋識(shí)別之后的新型生物特征身份認(rèn)證技術(shù)，更適合作為活體生物密碼用于個(gè)人身份認(rèn)證，是生物特征識(shí)別領(lǐng)域的前沿技術(shù)。
文檔編號(hào)G06K9/20GK102117404SQ20101057537
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者任福云, 何蘭, 侯鴻川, 尹德森, 李雪松, 祁衛(wèi)煒 申請(qǐng)人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司