CN101464947A - 基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置。它包括外壳，外壳的上表面中间有一平底凹槽，凹槽的顶部有一斜面，凹槽前后端安装电极，凹槽的两个侧壁安装静脉图像采集红外光源，外壳底部与凹槽的顶部的斜面部分相对应的位置安装有指纹图像采集红光源和指纹图像采集器，外壳底部与凹槽相对应的位置安装有红外接收器和静脉图像采集器，外壳内设置为电极、温度传感器、红光源、红外光源、红外接收器、图像采集器供电或提供信号传递的电源和控制电路。本发明的装置进行图像信息采集的生物特征识别系统，其性能好于仅基于指纹或静脉的单模态生物特征识别系统。采用同时对指纹和手静脉进行图像采集的双光路系统，提高采集速度。

Description

基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置

(一)技术领域

本发明涉及的是一种生物特征身份识别技术领域的图像采集装置，具体地说是一种指纹与手指静脉的一次性图像采集装置。

(二)背景技术

随着信息化时代的到来，基于生物特征的人体身份识别技术越来越受到重视。

指纹识别是根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定。存在易于提取、识别精度高等优点，但必须是接触式提取，而且存在指纹损坏和伪造可能；静脉识别则是识别人体内部的血管特征，很难伪造或者是手术改变，是非接触式的信息采集，但识别精度有待进一步提高。因而，基于指纹和静脉的双模态生物特征识别技术有着极佳的互补性，其性能好于基于指纹或静脉的单模态生物特征识别技术。

对于基于指纹与手指静脉双模态生物特征识别技术而言，指纹与手指静脉图像的采集是其关键的步骤之一。采用单一的指纹图像采集装置与手指静脉图像采集装置分别进行图像采集，不仅采集时间常，而且采集精度低。而经过文献检索还没有找到一种适用的可以同时采集指纹与手指静脉图像等信息的装置。因而为缩短图像采集时间，采用对指纹与手指静脉同时进行图像采集的技术是必要的。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可以缩短图像采集时间，提高图像采集精度，简单实用的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包括外壳，外壳的上表面中间有一平底凹槽，凹槽的顶部有一斜面，凹槽前后端安装电极，凹槽的两个侧壁安装静脉图像采集红外光源，外壳底部与凹槽的顶部的斜面部分相对应的位置安装有指纹图像采集红光源和指纹图像采集器，外壳底部与凹槽相对应的位置安装有红外接收器和静脉图像采集器，外壳内设置为电极、温度传感器、红光源、红外光源、红外接收器、图像采集器供电或提供信号传递的电源和控制电路。

本发明还可以包括：

1、在凹槽的后端安装有温度传感器。

2、所述的静脉图像采集红外光源和指纹图像采集红光源是LED阵列。

3、指纹图像采集器、静脉图像采集器、电可擦除程序存储器EEPROM、可编程逻辑器件CPLD、USB主控传输芯片、活体识别、光源光强检测和控制电路构成硬件系统，其中指纹和静脉图像采集器的控制数据和图像数据经由CPLD作时序逻辑的整理匹配后接入USB主控传输芯片，USB主控芯片的数据接口使用指纹和静脉图像采集器的像素时钟PCLK作为接口数据的传输时序时钟，指纹和静脉图像采集器和EEPROM程序存储器由IIC总线连接至USB主控芯片。

4、所述的指纹及静脉图像采集器的构成包括图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元和数据传输通信单元。图像采集单元获取图像，控制扩展单元接收外部触发采集信号，然后获取的图像和接收到的采集信号分别通过缓冲存储单元和时序逻辑匹配单元进行数据格式化后送到数据传输单元，再由数据传输单元和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

本发明提供了一个可同时针对指纹和手指静脉图像的图像采集装置，可以作为基于指纹和手指静脉的双模态生物特征识别系统的前端图像信息采集部分。主要由手指指纹图像采集装置和手指静脉图像采集装置两部分组成。本发明是一种可同时对指纹和手指静脉图像进行采集的双光路系统。

本发明具有以下优点：

是基于指纹和手指静脉的双模态图像采集装置，以此装置进行图像信息采集的生物特征识别系统，其性能好于仅基于指纹或静脉的单模态生物特征识别系统；

进一步，本装置可同时对手指指纹和静脉进行图像采集，极大地提高对手指指纹和静脉的双模态生物图像的采集速度，缩短采集时间；

进一步，本装置还具有光强检测模块，可根据光强控制光源，以适应不同粗细的手指，保障图像的清晰采集；

进一步，本装置为非遮挡式手指指纹和静脉图像采集装置，可有效减少被采集对象对采集过程的抵触情绪；

进一步，本装置还具有活体检测能力，可有效杜绝被采集对象伪造可能；

进一步，本装置还具有触发开关，可有效减少装置工作时间，提高装置工作寿命。

(四)附图说明

图1是本发明的外形图；

图2-1是本发明的主视图；

图2-2是图2-1的左视图；

图2-3是图2-1的俯视图；

图3是采集装置硬件组成框图；

图4是采集模块原理图；

图5是触发开关和活体检测原理框图；

图6是光强检测与调节原理框图；

图7是采集装置工作流程图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

图1是本发明的采集装置外形图。采集装置的上表面中间有一平底凹槽，槽的顶部有一斜面，用于进行手指定位和图像采集。凹槽前后端有电极和温度传感器，可作为触发开关并进行活体检测。

图2为本发明的采集装置结构图。包括：1红外光源，2电极，3温度传感器，4电源，5控制电路，6红外接收器，7静脉图像采集器，8红光源，9指纹图像采集器。

系统工作时，将手指置于凹槽内，手指顶端紧贴斜面，第一指关节置于前端的电极2上，手指末端与后端的电极2和温度传感器3相接触。当系统检测到两个电极同时接通时，向控制电路5发出触发信号，硬件电路开始工作，首先进行活体识别，活体识别包括温度传感器3测温度和电极2测电阻的方式进行。活体识别通过后，接通红外光源1和红光源8。红光光源8照射手指指尖的指纹部分，由指纹成像器9采集指纹图像。红外光源1照射手指中后部，红外接收器6检测透射光强，通过控制电路5调节透射光强到设定值，光强调整结束后，静脉成像器7采集指静脉图像，电源4为整个系统供电。

单个LED照射手指时，其反射光和投射光在光场内分布并不均匀，后续图像采集时效果很不理想，本发明采用阵列式结构。采集指纹的光源采用红光LED阵列照射，采集指静脉的光源采用红外LED阵列照射。

图3是采集装置硬件组成框图。采集装置硬件中主要使用的硬件包括：指纹采集器，静脉采集器，电可擦除程序存储器EEPROM，可编程逻辑器件CPLD，USB主控传输芯片，活体识别，光源光强检测和控制电路等。硬件系统中，图像采集器的控制数据和图像数据经由CPLD作时序逻辑的整理匹配后接入USB主控传输芯片。USB主控芯片的数据接口使用图像采集器的像素时钟PCLK作为接口数据的传输时序时钟，这样作是为了保证系统在时序上的同步。图像采集器和EEPROM程序存储器由IIC总线连接至USB主控芯片。设计中采用全光通过镜头，这样既保证了图像采集器的光敏特性在恶劣光源条件下的成像质量又可以采集到清晰的静脉图像。

上电后，USB主控芯片按设定方式工作，并将对图像采集器进行初始化编程设定工作状态。图像采集器利用PCLK和HREF作为输出数据同步信号。PCLK为像素时钟信号，每产生一个PCLK上升沿就有一个输出数据。当HREF为高电平时，输出的数据为有效数据。CPLD就是利用PCLK和HREF从图像采集器接收数据。CPLD接收到数据后将数据送到USB主控芯片内。USB主控芯片的高速数据接口可以是GPIF方式或者SLAVE FIFO方式，CPLD可以进行二者之间的格式转换。同时CPLD还可以完成外部的扩展功能，主要包括触发采集一帧图像、接受主机传送过来的控制命令控制图像平台的外部设备。USB主控芯片的启动方式为上电外部载入启动程序，程序保存在EEPROM中。

图4是图像采集模块原理图。图像采集模块由图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元、数据传输通信单元等几部分组成。其中，图像采集单元用于获取图像；控制扩展单元用来接受外部触发采集信号；缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元用来进行数据格式化；数据传输单元负责和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

图5是触发开关和活体检测原理框图。手指在采集装置上定位之后，同时压下前后两个电极，触发内部控制模块。然后控制模块向前端电极施加低直流电压，然后检测后端电极的的电位，以测量两个电极之间的电阻。同时，测定手指的温度，当两个测量值都在规定的范围内时，则表示是生物活体。

图6是光强检测与调节原理框图。红外光LED阵列通电后，红外接收器检测手指透射光的光强，然后将光强信息送回控制芯片CPLD，再通过负反馈电路将其调节到设定置。

图7是整个采集装置工作流程图。当手指置于手指定位装置上时，生物体活体检测模块开始工作，活体确认通过后，点亮照明指纹和手指静脉的双光源。红外光强检测与调节模块根据手指透射光的强度和预设值的差异自动调节红外光的光强，光强调节完成后，指纹采集器和静脉采集器同时采集指纹和手指静脉图像，并将采集到图像传到计算机内。

Claims (9)

1、一种基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，它包括外壳，其特征是：外壳的上表面中间有一平底凹槽，凹槽的顶部有一斜面，凹槽前后端安装电极，凹槽的两个侧壁安装静脉图像采集红外光源，外壳底部与凹槽的顶部的斜面部分相对应的位置安装有指纹图像采集红光源和指纹图像采集器，外壳底部与凹槽相对应的位置安装有红外接收器和静脉图像采集器，外壳内设置为电极、温度传感器、红光源、红外光源、红外接收器、图像采集器供电或提供信号传递的电源和控制电路。

2、根据权利要求1所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：在凹槽的后端安装有温度传感器。

3、根据权利要求1或2所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：所述的静脉图像采集红外光源和指纹图像采集红光源是LED阵列。

4、根据权利要求1或2所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：指纹图像采集器、静脉图像采集器、电可擦除程序存储器EEPROM、可编程逻辑器件CPLD、USB主控传输芯片、活体识别、光源光强检测和控制电路构成硬件系统，其中指纹和静脉图像采集器的控制数据和图像数据经由CPLD作时序逻辑的整理匹配后接入USB主控传输芯片，USB主控芯片的数据接口使用指纹和静脉图像采集器的像素时钟PCLK作为接口数据的传输时序时钟，指纹和静脉图像采集器和EEPROM程序存储器由IIC总线连接至USB主控芯片。

5、根据权利要求3所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：指纹图像采集器、静脉图像采集器、电可擦除程序存储器EEPROM、可编程逻辑器件CPLD、USB主控传输芯片、活体识别、光源光强检测和控制电路构成硬件系统，其中指纹和静脉图像采集器的控制数据和图像数据经由CPLD作时序逻辑的整理匹配后接入USB主控传输芯片，USB主控芯片的数据接口使用指纹和静脉图像采集器的像素时钟PCLK作为接口数据的传输时序时钟，指纹和静脉图像采集器和EEPROM程序存储器由IIC总线连接至USB主控芯片。

6、根据权利要求1或2所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：所述的指纹及静脉图像采集模块的构成包括图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元和数据传输通信单元；图像采集单元获取图像，控制扩展单元接收外部触发采集信号，然后获取的图像和接收到的采集信号分别通过缓冲存储单元和时序逻辑匹配单元进行数据格式化后送到数据传输单元，再由数据传输单元和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

7、根据权利要求3所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：所述的指纹及静脉图像采集模块的构成包括图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元和数据传输通信单元；图像采集单元获取图像，控制扩展单元接收外部触发采集信号，然后获取的图像和接收到的采集信号分别通过缓冲存储单元和时序逻辑匹配单元进行数据格式化后送到数据传输单元，再由数据传输单元和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

8、根据权利要求4所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：所述的指纹及静脉图像采集模块的构成包括图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元和数据传输通信单元；图像采集单元获取图像，控制扩展单元接收外部触发采集信号，然后获取的图像和接收到的采集信号分别通过缓冲存储单元和时序逻辑匹配单元进行数据格式化后送到数据传输单元，再由数据传输单元和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

9、根据权利要求5所述的基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置，其特征是：所述的指纹及静脉图像采集模块的构成包括图像采集单元、控制扩展单元、缓冲存储单元、时序逻辑匹配单元和数据传输通信单元；图像采集单元获取图像，控制扩展单元接收外部触发采集信号，然后获取的图像和接收到的采集信号分别通过缓冲存储单元和时序逻辑匹配单元进行数据格式化后送到数据传输单元，再由数据传输单元和计算机进行信息交流，以将指纹和指静脉图像数据送入计算机。

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