CN101408938A - 基于指部生物特征的身份认证装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于指部生物特征的身份认证装置，包括：握把部、指纹采集部、光源、摄像部、触动开关和处理部；处理部分别与触动开关、指纹采集部、光源和摄像部相连接。该装置一般处于待机状态，当触发触动开关时，系统开始工作：首先启动光源照射手指近侧指关节和远侧指关节之间的位置，利用摄像部获取手指静脉图像，与此同时，通过指纹采集部采集拇指指纹图像；然后分别对两幅图像进行预处理和特征提取，并与储存在数据库中的手指静脉特征和指纹特征进行匹配，最后通过评价它们的相似度得到认证是否成功的最终判断。本发明充分利用了手指部分的两种位于手指不同皮层的生物特征，可提高系统的防伪性、安全性和准确性。

Description

基于指部生物特征的身份认证装置

技术领域

本发明涉及生物识别技术领域，特别涉及利用指部生物特征进行身份认证的技术。

背景技术

人体静脉识别是最新的一种生物识别技术，所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性(如指纹、脸像、红膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。由于人体的生物特征具有人体所固有的不可复制的惟一性，因此这一生物特征密钥无法复制、失窃或遗忘。利用生物特征识别技术，人们开发了指纹识别、语音识别、虹膜识别、静脉识别以及面部特征识别等多种人体生物特征系统，而且许多系统都已经发展成熟并得以应用。可以说，这些系统很好地解决了传统安全保护方式存在的隐患，提供了相对方便、快速、准确的身份识别方法。这些由单一生物特征形成的识别系统也存在着各自的优缺点，例如，指纹识别技术相对比较成熟，识别率和准确率较高，但指纹识别系统要求在按指纹时手指保持洁静、光滑，任何存在于指纹上脏东西或者疤痕都会给识别带来困难，此外指纹易于伪造，因此防伪性相对较低；对静脉识别而言，其由于静脉纹路位于皮下，而且需要近红外光照射活体指定部位才会比较清晰的显示出静脉纹路，因此具有高度防伪性和活体辨别功能，此外，人体的静脉纹路具有长时间的不变性，而且双胞胎的静脉纹路也会不同，但是静脉识别技术的成熟度和准确率低于指纹识别，且静脉纹路的唯一性还未得到证明等等。因此，要综合利用这些生物特征识别的优点，避免单一生物特征识别的缺点，就要求开发出由多个具有互补性的单一生物特征识别技术组成的多生物特征识别认证系统。

发明内容

人体的手部具有多种生物特征，有位于表皮的外部生物特征如：指纹、掌纹、指背皱皮、指腹折痕、手形等；有位于表皮下的内部生物特征如：指静脉，掌静脉和手背静脉等。本发明的目的在于针对手部的这些生物特征，利用指部生物特征中指纹和指静脉具有的优势互补性，设计一种采集装置小、采集便利的新的多生物特征识别装置，该装置同时利用指纹和指静脉来进行人体识别和认证，由于指纹识别具有准确性和唯一性的特点，而静脉识别具有活体辨别和高度防伪的功能，因此使用本装置进行人体识别和认证不但保证了准确性、唯一性而且保证了认证的安全性和防伪性。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种基于指部生物特征的身份认证装置，包括：

具有用手握持的曲率的握把部；

采集拇指指纹的指纹采集部；

直接照射或透过指肚一侧照射握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的光源；

拍摄直接照射或透过指肚一侧照射在握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自上述光源的摄像部，所述摄像部设置在握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的相对的位置上，拍摄握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的指背的一侧；

启动所述光源、指纹采集部和摄像部，并从所述摄像部拍摄的图像及指纹采集部中提取静脉图案和指纹图案进行认证的处理部；

启动所述处理部的触动开关；

所述处理部分别与触动开关、指纹采集部、光源和摄像部相连接。

为了更好地实现本发明，所述握把部设有1～4个用于使所述除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部。这样不但便于四只手指定位，而且可以防止光源发出的透射光泄露出来。

在所述每个凹部设置所述光源，所述光源是指近红外LED。

沿着除拇指外的手指的抓握方向于所述摄像部两侧分别设置1～4个所述光源，所述光源是指近红外LED。

所述指纹采集部设置在指压板上，所述指压板设置在支持所述握把部的握把支持部上。

所述触动开关设置在所述指压板与所述握把支持部的连接处。这样当拇指压下指压板采集指纹时，可以自然舒适的启动触动开关，从而启动认证装置工作。

所述指纹采集部设置于所述握把部上的除拇指外的手指自然抓握握把部时拇指对应的位置上。当使用者的四指抓握握把部时，拇指可以自然舒适地放置在指纹采集部上，因而每次拇指摆放的位置和角度固定，从而使得指纹采集部采集到的指纹图像基本没有位置和角度的偏移，进而提高本发明进行人员认证的准确度，而且还提高了整个装置的集成度。

所述触动开关位于握把部上除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置与握把部的接触处。当手指自然抓握握把部时，手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置就可以自然舒适的启动触动开关，从而启动认证装置工作。

所述摄像部设置在支持所述握把部的握把支持部上，所述摄像部是指高信噪比的黑白数码相机。

所述摄像部与所述握在握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节指背之间的相应位置上还设有滤波装置；所述滤波装置是指近红外滤波片，其可以滤除杂散光，仅仅保留近红外光线进入摄像部，从而保证指静脉图像的清晰度。

本发明有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。在身份认证工作方式之前，需要进行身份注册，完成身份注册之后，一般就只常用到身份认证工作方式了，因此，本发明可以外接一个键盘或其它外接设备，当进行身份注册时，通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式才允许进行身份注册。之后使用者只需触发触动开关就可以实现身份认证了，采取这种方式可以在最大程度上为使用者提供便利。

本发明是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用四只手指自然抓握握把部，拇指对准指纹采集部，启动触动开关，此时处理部开始工作，处理部控制指纹采集部采集拇指指纹，与此同时，处理部点亮光源，光源直接照射或透过指肚一侧照射握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置，通过滤波装置滤出其他波长的光线，送入摄像部，获得手指静脉图像，随后处理部分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册。

2、进行身份认证：用四只手指自然抓握握把部，拇指对准指纹采集部，启动触动开关，此时处理部控制指纹采集部采集拇指指纹，与此同时，处理部点亮光源，光源直接照射或透过指肚一侧照射握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置，通过滤波装置滤出其他波长的光线，送入摄像部，获得手指静脉图像，随后处理部分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败。

相对于现有技术，本发明具有如下的主要优点及效果：

1、本发明基于指部生物特征的身份认证装置充分利用了手指部分的两种位于手指不同皮层的生物特征，相对单一的指纹认证方式而言，多生物特征认证中的静脉认证本身含有活体判别和高度防伪的作用，因此可以提高认证系统的防伪性和安全性，同时相对单一的静脉认证方式而言，由于静脉识别技术的成熟度和准确率低于指纹识别，且静脉纹路的唯一性还未得到证明，因此采用指纹和手指静脉双模态认证能够保证身份认证系统的唯一性，并能提高身份认证系统的准确性。

2、本发明基于指部生物特征的身份认证装置从人体工程学的角度出发，顺应人们常用的抓握握把的方式，将指纹图像和手指静脉图像的采集部设置在五根手指自然抓握握把的位置，当使用者的四指抓握握把部时，拇指可以自然舒适地放置在指纹采集部上，因而每次拇指摆放的位置和角度固定，从而使得指纹采集部采集到的指纹图像基本没有位置和角度的偏移，进而提高本发明基于指部生物特征的身份认证装置进行人员认证的准确度；而且本发明单手操作即可完成，且左右手都可单手操作，无须更改装置及安装位置，十分方便，因此更易于被接受作为身份认证系统。

3、本发明基于指部生物特征的身份认证装置一般都处于待机状态，当四手指握住门把，启动触动开关时系统才开始工作，通过这种方式启动系统比较方便，省力而且省电。

4、本发明基于指部生物特征的身份认证装置采集指纹图像时采用半导体电容式指纹传感器，采集指静脉图像时通过近红外LED透射手指，并经由近红外滤波片滤除其余波长光线，因此不会受光照的影响，可以在强光和弱光下工作，使得系统的抗干扰能力强和稳定性好。

附图说明

图1是实施例1采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的主视图；(c)是该装置的俯视图；(d)是该装置的使用状态图；

图2是使用图1所示装置采集指静脉的示意图；其中(a)是图1所示装置的使用状态图；(b)人体手指的结构示意图；(c)是采集指静脉的部位示意图；(d)是采集到的外侧指关节与内侧指关节之间位置的指背的静脉图；

图3是实施例2采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；

图4是实施例3采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；

图5是实施例4采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的主视图；(c)是该装置的俯视图；(d)是该装置的使用状态图；

图6是实施例5采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；

图7是实施例6采用的基于指部生物特征的身份认证装置的一种结构示意图；其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；

图8是本发明基于指部生物特征的身份认证装置工作时的身份注册流程图；

图9是本发明基于指部生物特征的身份认证装置工作时的身份认证流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图1所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的主视图；(c)是该装置的俯视图；(d)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指压板5，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别连接摄像部2、触动开关4、指纹采集部6和光源8。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3和触动开关4，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄透过指肚一侧照射在握在所述握把部的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，用以获取上述部位的指背静脉图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3是一个主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件工作，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4安装在握把支持部1与指压板5的连接处，由它启动主控电路3。

指压板5安装在握把支持部1上，当拇指按下指压板5时，它会触发触动开关4，从而启动主控电路3。

指纹采集部6安装在指压板5上，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，其主要用途有两个，一是放置四手指，二是安装光源8，握把部7设有四个用于使除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部，这样不但方便四手指的抓握，便于四手指定位，同时可以防止光源8发出的透射光泄露出来，从而保证指静脉图像采集的效果。每个凹部设置有光源8，光源8采用近红外LED，共计4～8盏(即每个凹部1～2盏)，光源8透过指肚一侧照射握在所述握把部7的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间位置，其主要用途是为手指静脉的红外成像提供光源支持，医学研究表明波长在700～1000nm的近红外光谱区的光线对人体组织有较强的穿透能力，人体血液中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白在800～960nm的波长范围内的吸收率相对较高，而人体组织中的其他部分在这个波长范围内吸收率相对较低，所以在近红外光源的照射下，手指静脉部分会因为对光线有较多的吸收而呈黑色，同时其它部分呈现白色，这样就可以得到手指静脉图像，依据上述红外成像原理本装置采用了波长为880nm的近红外LED作为近红外光源，并在光源前安置一片保护LED的透明丙烯酸板。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前，其功能是滤除杂散光，仅仅保留近红外光线进入数字相机，从而保证指静脉图像的清晰度，其采用近红外滤波片。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指压板5上的指纹采集部6，拇指轻压启动触动开关4，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，透过指肚一侧照射手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指压板5上的指纹采集部6，拇指轻压启动触动开关4，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，透过指肚一侧照射手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得近手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

图2是使用图1所示装置采集指静脉的示意图；其中(a)是图1所示装置的使用状态图；(b)人体手指的结构示意图；(c)是采集指静脉的部位示意图；(d)是采集到的外侧指关节与内侧指关节之间位置的指背的静脉图；使用时，用四个手指抓握握把部7，握把部7设有四个使得四手指可以自然抓握的凹部，这样不但便于四手指定位，而且可以防止近红外LED 8发出的透射光泄露出来。四个手指抓握握把部7时，掌指关节屈0度，近侧指关节往内屈90度，远侧指关节往内屈60度，这种抓握方式使得四个手指的内侧指关节与外侧指关节之间的指肚正好朝向近红外LED 8，而近侧指关节与远侧指关节之间的指背正好朝向数码相机2，拇指的指关节内侧指肚接触指压板5上的指纹采集部6。拇指轻轻按下指压板5，指压板5向下转动时触发安装在握把支持部1上的触动开关4，从而启动主控电路3，主控电路3发出控制命令，控制指纹采集部6采集拇指指纹图像，与此同时，主控电路3点亮近红外LED 8，近红外LED8共4盏，设于握把部7的凹部中心，近红外LED 8发出的近红外光线透射过手指，然后经过近红外滤波片9滤除杂散光和可见光，仅仅保留近红外光线，并由数码相机2拍摄手指静脉图像，如(d)所示，可见，采集的指静脉非常清晰。

实施例2

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图3所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指压板5，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别连接摄像部2、触动开关4、指纹采集部6和光源8。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3、指压板5，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部7的食指和中指的近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄透过指肚一侧照射在握在所述握把部7的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，用以获取上述部位的指背静脉图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3为一主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件工作，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4位于握把部7上无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置与握把部7的接触处，由它启动主控电路3。

指压板5安装在握把支持部1上。

指纹采集部6安装在指压板5上，其连接处理部3，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，设有用于使食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部，每个凹部设置有光源8，共2～4盏(即每个凹部1～2盏)，采用波长为880nm的近红外LED，光源8透过指肚一侧照射握在所述握把部7的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压启动触动开关4，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，透过指肚一侧照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压启动触动开关4，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，透过指肚一侧照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

实施例3

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图4所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别连接摄像部2、触动开关4、指纹采集部6和光源8。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部的食指和中指的近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄透过指肚一侧照射在握在所述握把部的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3为一主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件工作，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4位于握把部7上无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置与握把部7的接触处，由它启动主控电路3。

指纹采集部6设于所述握把部7上的除拇指外的手指自然抓握握把部7时拇指对应的位置上，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，设有用于使食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部，每个凹部设置有光源8，共2～4盏(即每个凹部1～2盏)，采用波长为880nm的近红外LED，光源8透过指肚一侧照射握在所述握把部7的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准握把部7上的指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压启动触动开关4，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，透过指肚一侧照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准握把部7上的指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压启动触动开关4，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，透过指肚一侧照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

实施例4

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图5所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的主视图；(c)是该装置的俯视图；(d)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指压板5，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别连接摄像部2、触动开关4、指纹采集部6和光源8。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3、触动开关4、指压板5、光源8，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄直接照射在握在所述握把部的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，用以获取上述部位的手指静脉图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3为一主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4安装在握把支持部1与指压板5的连接处，由它启动主控电路3。

指压板5安装在握把支持部1上，当拇指按下指压板5时，它会触发触动开关4，从而启动主控电路3。

指纹采集部6安装在指压板5上，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，其设有四个用于使除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部。

光源8采用波长为880nm的近红外LED，共8盏，沿着除拇指外的手指的抓握方向分别设置于摄像部2的两侧，每侧4盏。光源8直接照射握在所述握把部7的除拇指外的四只手指近侧指关节与远侧指关节之间的指背的位置。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前，其采用近红外滤波片。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指压在指压板5上的指纹采集部6，拇指轻压启动触动开关4，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，直接照射手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指压板5上的指纹采集部6，拇指轻压启动触动开关4，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，直接照射手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

实施例5

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图6所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指压板5，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别与摄像部2、触动开关4、指纹采集部6、光源8连接。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3、光源8，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部的食指和中指的近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄直接照射在握在所述握把部的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，用以获取上述部位的指背静脉图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3为一主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件工作，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4位于握把部7上无名指和小指内侧指关节与外侧指关节之间的位置与握把部7的接触处，由它启动主控电路3。

指压板5安装在握把支持部1上。

指纹采集部6安装在指压板5上，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，设有用于使食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部。

光源8采用波长为880nm的近红外LED，共4盏，沿着食指和中指的抓握方向分别设置于摄像部2的两侧。光源8直接照射握在所述握把部7的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的指背的位置。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指压在指压板5上的指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压触动开关4，使之启动，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，直接照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指对准指压板5上的指纹采集部6，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压触动开关4，使之启动，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，直接照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

实施例6

基于指部生物特征的身份认证装置的结构如图7所示，其中(a)是该装置的左视图；(b)是该装置的使用状态图；图中，包括握把支持部1，摄像部2，处理部3，触动开关4，指纹采集部6，握把部7，光源8，滤波装置9，处理部3分别与摄像部2、触动开关4、指纹采集部6和光源8相连接。

握把支持部1用来安装摄像部2、处理部3、光源8，并用于固定握把部7。

摄像部2安装在握把支持部1上，镜头朝向握在所述握把部的食指和中指的近侧指关节与远侧指关节之间位置，拍摄直接照射在握在所述握把部的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自光源8的图像，用以获取上述部位的指背静脉图像，本实施例的摄像部2采用了高信噪比的黑白数码相机，能取得高质量的手指静脉图像。

处理部3为一主控电路，其安装在握把支持部1上，由它来控制数码相机2、光源8、指纹采集部6等部件工作，并实现指静脉和指纹图像的采集，预处理和特征提取，匹配和认证。

触动开关4位于握把部7上无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置与握把部7的接触处，由它启动主控电路3。

指纹采集部6设于所述握把部7上的除拇指外的手指自然抓握握把部时拇指对应的位置上，用以采集指纹图像，其采用半导体电容式指纹传感器。

握把部7安装在握把支持部1上，设有用于使食指和中指近侧指关节与外侧指关节之间位置自然抓握的凹部。

光源8采用波长880nm的近红外LED，共4盏，沿着食指和中指的抓握方向分别设置于摄像部2的两侧。光源8直接照射握在所述握把部7的食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的指背的位置。

滤波装置9安装在数码相机2的镜头前。

本发明的装置有两种工作方式，分别是身份注册工作方式和身份认证工作方式。它是这样使用的：

1、进行身份注册：通过键盘或其它外接设备输入密码或通过其它验证方式，被允许进行身份注册，此时用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指压在指纹采集部6上，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压触动开关4，使之启动，此时处理部3开始工作，处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源8，直接照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将得到的指纹特征和手指静脉特征组成指纹-手指静脉特征对，并暂存起来。重复三次上述过程，就能形成3组指纹-手指静脉特征对，对获得的3组指纹-手指静脉特征对计算它们之间的差异值D，如果差异值D大于预设阈值，则表示此次采集的指纹和手指静脉图像总体效果不佳，不宜作为注册数据存入注册数据库，因此注册过程失败，使用者可以选择重新采集或是退出注册；如果差异值D大于预设阈值，表示此次采集和处理获得的3组指纹-手指静脉特征对有效，可以作为注册数据存入注册数据库，因此计算它们的平均值后，并将该组特征存入注册数据库，此时注册成功，使用者可以根据需要退出或是继续注册，其实现流程图如图8所示。

2、进行身份认证：用右手四只手指自然抓握握把部7，拇指压在指纹采集部6上，无名指和小指近侧指关节与远侧指关节之间的位置轻压触动开关4，使之启动，此时处理部3控制指纹采集部6采集拇指指纹，与此同时，处理部3点亮光源，直接照射食指和中指近侧指关节与远侧指关节之间的位置，通过滤波装置9滤出其他波长的光线，送入摄像部2，获得手指静脉图像，随后处理部3分别对采集到的指纹图像和手指静脉图像进行预处理和特征提取，得到指纹特征和手指静脉特征。将新得到的指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的指纹特征和手指静脉特征分别进行匹配：即将指纹特征和手指静脉特征与数据库中注册的第一组指纹-手指静脉特征对分别进行相似度计算，并对二者加权相加，如果该值大于预设阈值，则匹配成功，否则，与数据库中注册的另外一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，直到与最后一组指纹-手指静脉特征对进行匹配，如果匹配成功，则身份认证通过，否则身份认证失败，其实现流程图如图9所示。

上述实施例中均采用右手为例进行说明，用左手进行抓握同样可以实现针对左手的注册和认证，装置不需要做任何改动，十分方便。本发明的装置还可以在上述实施例的安装位置上分别左右旋转90度，以适应不同的安装环境。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，包括：

具有用手握持的曲率的握把部；

采集拇指指纹的指纹采集部；

直接照射或透过指肚一侧照射握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的光源；

拍摄直接照射或透过指肚一侧照射在握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的，来自上述光源的摄像部，所述摄像部设置在握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的相对的位置上，拍摄握在所述握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置的指背的一侧；

启动所述光源、指纹采集部和摄像部，并从所述摄像部拍摄的图像及指纹采集部中提取静脉图案和指纹图案进行认证的处理部；

启动所述处理部的触动开关；

所述处理部分别与触动开关、指纹采集部、光源和摄像部相连接。

2、根据权利要求1所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述握把部设有1～4个用于使所述除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间位置自然抓握的凹部。

3、根据权利要求2所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，在所述每个凹部设置所述光源，所述光源是指近红外LED。

4、根据权利要求1或2所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，沿着除拇指外的手指的抓握方向于所述摄像部两侧分别设置1～4个所述光源，所述光源是指近红外LED。

5、根据权利要求1或2或3所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述指纹采集部设置在指压板上，所述指压板设置在支持所述握把部的握把支持部上。

6、根据权利要求5所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述触动开关设置在所述指压板与所述握把支持部的连接处。

7、根据权利要求1或2或3所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述指纹采集部设置于所述握把部上的除拇指外的手指自然抓握握把部时拇指对应的位置上。

8、根据权利要求1或2或3所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述触动开关位于握把部上除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节之间的位置与握把部的接触处。

9、根据权利要求1或2或3所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述摄像部设置在支持所述握把部的握把支持部上，所述摄像部是指高信噪比的黑白数码相机。

10、根据权利要求1或2或3所述基于指部生物特征的身份认证装置，其特征是，所述摄像部与所述握在握把部的除拇指外的手指近侧指关节与远侧指关节指背之间的相应位置上还设有滤波装置；所述滤波装置是指近红外滤波片。

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