CN101957914A

CN101957914A - 一种手指静脉图像采集装置

Info

Publication number: CN101957914A
Application number: CN2009101088150A
Authority: CN
Inventors: 秦斌; 杜戈果; 曹广忠; 张凡
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2029-07-20
Also published as: CN101957914B

Abstract

本发明公开了一种手指静脉图像采集装置，包括红外光源、手指检测位和红外图像采集单元；所述红外图像采集单元用于对红外光源照射下、放置在手指检测位的被测物进行静脉图像的采集；还包括生命体征检测单元，所述生命体征检测单元用于获取被测物的生命体征信息，从而判断被测物是否为真正的手指。本发明能够避免有人将伪造的手指或静脉图像放在手指检测位，而手指静脉图像采集装置无法判别真伪而使其顺利通过安全认证的情况，因此显著提高了系统的安全性。本发明还能通过调整红外光波的亮度进行光源补偿，并通过使用遮光罩减少了日光、灯光等杂光对图像采集效果的影响，提高了图像采集的精度。

Description

一种手指静脉图像采集装置

技术领域

本发明涉及人体生物认证领域，尤其涉及一种手指静脉图像采集装置。

背景技术

将手指静脉作为人体生物信息进行身份认证具有安全、高效等特点，因此在银行、办公场所或一些信息安全领域得到了广泛的应用。目前，市场上的手指静脉图像采集装置通常仅采集单指的静脉图像，不能对被测物的生命体征进行识别，因而无法判断被测物是否真正的手指，伪造的手指或静脉图像也可能欺骗图像采集装置而顺利通过身份认证，因此，现有的手指静脉图像采集装置仍然存在一定的安全隐患。

一种现有技术如公开日为2007年1月17日、公开号为CN1897042A、发明名称为《生物信息注册装置》的中国专利，揭示了一种由手区摄影摄像机拍摄手指静脉图像，然后判断读取静脉信息的手指是否与预先所选择的手指是否一致的技术方案；然而该发明提供的技术方案不能判断读取静脉信息的手指是否真正的人手，使用该装置进行安全认证容易被欺骗，因而安全性不高。另一种现有技术如公开日为2009年6月24日、公开号为CN101464947A、发明名称为《基于指纹和手指静脉的双模态生物图像采集装置》的中国专利，该专利提供的技术方案不仅包括红外接收器和静脉图像采集器，还设置了电极、温度传感器等装置用于实现活体识别功能；然而仅利用温度进行活体识别准确度显然较低，仍然无法避免伪造的手指或静脉图像通过安全认证的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够获取被测物的生命体征信息、安全性高的手指静脉图像采集装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种手指静脉图像采集装置，包括红外光源、手指检测位和红外图像采集单元；所述红外图像采集单元用于对红外光源照射下、放置在手指检测位的被测物进行静脉图像的采集；其特征在于：还包括生命体征检测单元，所述生命体征检测单元用于获取被测物的生命体征信息，从而判断被测物是否为真正的手指。

所述生命体征检测单元包括设置在手指检测位附近的电容感应器，被测物放置在所述手指检测位时，所述电容感应器用于通过测量电容变化获取被测物的生命体征信息。

所述生命体征检测单元还包括红外光电传感器，所述红外光传感器设置在被测物对所述红外光源的反射光路上，被测物放置在所述手指检测位时，所述红外光电传感器用于通过测量被测物上的红光反射强度获取所述被测物的生命体征信息。

所述红外光源切换提供两种波长的红外光波，其中一种红外光波用于红外图像采集，另一种红外光波用于测量被测物上的红光反射强度。

所述手指静脉图像采集装置还包括控制系统，所述生命体征检测单元和红外图像采集单元都与所述控制系统电连接，所述生命体征检测单元判断所述被测物为手指时，所述控制系统用于启动所述红外图像采集单元进行手指静脉图像的采集。

所述红外光源包括将所述手指检测位容纳在对射区域内的第一红外光源和第二红外光源，所述红外图像采集单元设置在所述第一红外光源或第二红外光源一端；所述手指静脉图像采集装置还包括光控制单元，用于通过控制所述第一红外光源和第二红外光源的亮度进行光源补偿。

还包括壳体，所述红外光源、手指检测位和红外图像采集单元都安装在所述壳体上。

所述壳体还包括一个封闭的光腔，所述第一红外光源和第二红外光源分别设置在所述光腔内的顶部和底部，所述手指检测位设置在所述第一光源和第二光源之间；或所述第一红外光源设置在所述光腔的上方，所述第二红外光源和红外图像采集单元设置在光腔底部，所述手指检测位设置在光腔的顶部。

所述手指静脉图像采集装置还包括与所述控制系统电连接的RFID读卡器，所述RFID读卡器，用于向所述手指静脉图像采集装置提供与手指静脉相对应的身份信息。

所述手指静脉图像采集装置还包括与所述控制系统电连接的控制界面，用于输入或输出检测信息。

本发明的有益效果是，本发明的手指静脉图像采集装置包括生命体征检测单元，能够通过获取的生命体征信息判断被测物是否为真正的手指，避免了有人将伪造的手指或静脉图像放在手指检测位，而手指静脉图像采集装置无法判别真伪而使其顺利通过安全认证的情况，因此显著提高了系统的安全性。

本发明还能通过调整红外光波的亮度进行光源补偿，且减少了瞬时光饱和状况而在手指静脉图像中产生的局部亮斑，并通过使用遮光罩减少了日光、灯光等杂光对图像采集效果的影响，因此显著提高了图像采集的精度。

本发明提供的技术方案还能够在生命体征检测单元判断被测物为手指时启动红外图像采集单元和红外光源对手指静脉图像进行采集，采集完毕自动关闭红外图像采集单元和红外光源，因此起到节能的效果。

附图说明

图1为本发明的手指静脉图像采集装置第一种具体实施方式示意图；

图2为本发明的手指静脉图像采集装置第二种具体实施方式示意图；

图3为本发明的手指静脉图像采集装置控制方式示意图；

图4为本发明的手指静脉图像采集装置的一种具体使用方法流程图。

具体实施方式

下面对照附图结合具体实施方式对本发明进行详细说明：

第一具体实施方式：

如图1所示，本具体实施方式的手指静脉图像采集装置包括壳体1以及安装在壳体1上的(包括壳体1外部以及壳体1内部)手指检测位2、红外光源3、红外图像采集单元4和生命体征检测单元5。红外光源3提供具有一定波长的红外光波，手指或其他被测物放置在手指检测位2时，红外图像采集单元4对红外光源3照射下的被测物进行静脉图像采集。生命体征检测单元5设置在手指检测位2一侧或者直接安装在手指检测位2上，用于获取被测物的生命体征信息从而判断被测物是否为真正的手指。通常生命体征信息指体温、心率、脉搏、血压、呼吸、瞳孔和角膜反射的改变等等，本发明所述的生命体征信息包括人体的电学特性、脉搏和血氧饱和度等。本发明能够通过获取的生命体征信息判断被测物是否为真正的手指，避免了有人将伪造的手指或静脉图像放在手指检测位，而手指静脉图像采集装置无法判别真伪而使其顺利通过安全认证的情况，因此显著提高了系统的安全性。

第二具体实施方式：

如图2所示，本具体实施方式的手指静脉图像采集装置的壳体1为箱体状结构，手指检测位2可为水平设置在壳体1中部的透明支架，具体形状和大小与人的手指相配合，可供三个手指放在其上。红外光源3包括设置在手指检测位2上方的第一红外光源31和手指检测位2下方的第二红外光源32，两者形成一个对射区域并将手指检测位2容纳在其内。红外图像采集单元4设置在第二红外光源32一端(也可根据具体需要设置在第一红外光源31一端)。本实施方式的第一红外光源31或第二红外光源32可都为红外LED阵列，由贴片LED灯组成，第二红外光源32发射出的红外光波作为背景光。本发明可调节第一红外光源31或第二红外光源32发射的红外光波的亮度，从而通过光源补偿达到亮度适宜、均匀传播的效果，由于发光点众多、亮度均匀，且避免了图像采集过程中由于局部区域亮度过高而导致的瞬时光饱和现象，减少了在手指静脉图像中产生的局部亮斑，因此显著提高了检测精度。本发明的壳体1包括一个设置在红外光源3上方的遮光罩11，能够消除日光、灯光等杂光对图像采集效果的影响，进一步提高了检测精度。本发明的壳体1内还包括一个封闭的光腔6，一种实施方式中，第一红外光源31和第二红外光源32分别设置在光腔6内的顶部或底部，手指检测位2设置在第一光源31和第二光源32之间。另一种实施方式中，手指检测位2设置在光腔6的顶部，光腔6的大小与手指检测位2相匹配，保证放置好的被测物成像在光腔6的底部且大小适宜；第一红外光源31设置在光腔6上方，第二红外光源32和红外图像采集单元4都设置在光腔6底部，光腔6除顶部以外的内表面都铺设黑色绒布等吸光材料，用于减少光反射，进一步提高了静脉图像采集效果。

本发明的红外图像采集单元4可为普通的CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合元件))图像传感器，也可采用能够接受红外光波的CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：金属氧化物半导体元件)图像传感器，为了提高光透过率，镜头表面可设置红外增透膜以及可使红外光波透过可见光被吸收的滤光片，透光片对于800nm以上的波长透过率为85％～90％。

本实施方式的手指静脉图像采集装置还包括安装在壳体1上的RFID(Radio Frequency Identification：射频识别)读卡器8，用于向手指静脉图像采集装置提供与手指静脉相对应的身份信息，只有唯一的手指静脉图像才能与RFID读卡器8提供的ID等用户身份信息相匹配；或RFID读卡器8可存储预先注册的静脉图像或处理后的静脉图像模版作为用户的身份信息，红外图像采集单元4采集的静脉图像需要与RFID读卡器8中存储的静脉图像信息相对比进行身份识别。本实施方式的手指静脉图像采集装置还包括安装在壳体1上的控制界面7，该控制界面7可包括显示屏、操作键等，用于输入或输出手指静脉图像采集装置的检测信息。例如显示屏可用于显示检测状态、调试参数(例如红外光源的亮度)、生命体征检测单元5的检测结果、采集到的静脉图像以及身份识别结果等检测信息；操作键可用于输入操作指令(例如选择调试参数)、选择注册、识别或其他功能等检测信息。为了方便用户使用且便于保护装置，操作键可设置为触摸式操作键，显示屏也可设置为触摸式显示屏。

本实施方式的生命体征检测单元5设置在手指检测位2的附近，可封闭设置在玻璃或其他透明材料制成的隔板内避免损坏。生命体征检测单元5包括电容感应器，当被测物放置在手指检测位2时，电容感应器检测到被测物与特定金属元件的非接触感应而引起的电容变化，如果测试结果与人手与特定金属元件的非接触感应引起的电容变化范围相同，证明被测物具有与人手相同的电学特性，进而判断被测物为手指。本发明的生命体征检测单元5也可包括红外光电传感器，或者包括电容感应器和红外光电传感器以便进一步提高检测的准确性。该红外光电传感器设置在被测物对红外光源3的反射光路上，当红外光源3先后提供波长为805nm和940nm的红外光波时，该红外光电传感器能够测量被测物上的红光反射强度，如果被测物为手指，则可通过红外光反射强度获取对应的脉搏、血氧饱和度等，从而进一步确定被测物为手指。本发明通过红光反射强度获取脉搏的一种方式为：当红外光源3发出的恒定光波透过人体皮肤进入人体内组织、血管之后，反射光波到达红外光电传感器，其接收的照度包括本底照度(不变照度)和受动脉血流影响的变化照度；根据红外光电传感器的特性，在其工作区域内，当不同的本底照度附近出现较少的照度变化时，阻值的变化量与照度的变化量呈直线关系，由于使用了恒定光波，红外光电传感器两端电压降的变化量也与照度的变化量呈直线关系，从而使红外光电传感器两端电压变化与血管的博动体现出对应的关系(详见学术论文《光电脉搏传感器研制的初步报告》，作者沈树声、胡宗元、崔铮，《生理科学》杂志，1983年第三卷第1期)，用户可通过示波器等显示装置观察该对应关系，以确认被测物为手指。本发明通过红光反射强度获取血氧饱和度的一种方式为：通过透射式光检测方法确定人体的血氧饱和度是一种常用的检测手段，有研究表明，在反射式血氧饱和度的计算中，可以认为血氧饱和度值与检测到的反射光强度成正比(详见学术论文《反射式血氧饱和度检测系统的研制》，作者王荣芳，北京工业大学硕士学位论文，2002)，因此红外光电传感器可接收红光反射强度，从而判断血氧饱和度的变化规律以确认被测物为手指。由以上可知，通过电容感应器获取的被测物的生命体征信息为被测物的电学特性，通过红外光电光电传感器获取的被测物的生命体征信息为脉搏或血氧饱和度等。生命体征检测单元5通过检测能够自动判断伸入手指检测位2的被测物是否为手指，因此可及时发出报警信息或者停止下一步进行采集静脉图像的程序。

如图3所示，手指静脉图像采集装置一般还包括控制系统9，用于启动红外图像采集单元4、控制图像的处理、识别等过程。本发明中，为了节约电能，当生命体征检测单元5判断被测物为手指时，控制系统9才控制红外图像采集单元4的启动，避免红外图像采集单元4长时间处于启动状态而耗费电能。当生命体征检测单元5中仅包含电容感应器51时，如果电容感应器51判断被测物为手指，控制系统9立即启动红外图像采集单元4采集静脉图像；当生命体征检测单元5中还包括红外光电传感器52时，控制系统9可在电容感应器51初步判断被测物为手指时开始检测脉搏和血氧饱和度，进一步确定被测物为手指，接着启动红外图像采集单元4。红外光电传感器52检测脉搏和血氧饱和度的程序还可在采集静脉图像完成、进行图像处理的时候进行，因此能够节省采集信息的时间，提高工作效率。本装置还包括光控制单元33，需要通过红外图像采集单元4采集静脉图像或者通过红外光电传感器52检测脉搏和血氧饱和度时，控制系统9通过光控制单元33控制红外光源3的启动，同样起到节能的效果；该光控制单元33还可用于通过控制红外光源3的亮度进行光源补偿，第一红外光源31和第二红外光源32都为LED阵列时，可通过调节LED灯的开启数量调节红外光波的亮度。当图像采集完毕时，控制系统9可关闭红外图像采集单元4和红外光源3等待下一次采集，起到节能的作用。

生命体征检测单元5中包括红外光电传感器52时，本实施方式的红外光源3可切换提供两种波长的红外光波，其中一种用于静脉图像采集，通常波长为805nm；另一种用于测量被测物上的红光反射强度，通常波长为940nm，光控制单元33还用于切换两种波长的红外光波。第一红外光源31和第二红外光源32都为LED阵列时，LED阵列中包括一部分波长为805nm的LED灯以及一部分波长为940nm的LED灯，需要采集静脉图像时，控制系统9可向光控制单元33发出控制指令开启波长为805nm的LED灯；需要测量脉搏和血氧饱和度时，控制系统9可向光控制单元33发出控制指令先后开启波长为805nm和940nm的LED灯，因此本实施方式的手指静脉图像采集装置具有节能、高效的特点。为了实现控制系统9对手指静脉图像采集装置各项功能的统一管理和调度，安装在壳体1上的RFID读卡器8和控制界面7都与控制系统9电连接。

图4为本发明的手指静脉图像采集装置的一种具体使用流程图，本实施方式的生命体征检测单元5包括电容感应器51和红外光电传感器52，本流程包括以下步骤：

步骤S100：接通电源后，控制系统初始化。

步骤S101：调节第一红外光源31和第二红外光源32的亮度进行光学补偿，以减少杂光的干扰，提高图像的采集质量，显示屏可显示调试参数便于工作人员进行调节。

步骤S102：用户通过控制界面7选择功能，例如注册、识别等功能，如果不包括控制界面7，则可默认识别功能。

步骤S103：用户将手指放置在手指检测位2，该手指检测位2也可能放置了其他被测物。

步骤S104：生命体征检测单元5中的电容感应器51被触发。

步骤S105：电容感应器51通过电容变化判断被测物是否可能为手指，如果是手指则进入步骤S106，否则进入步骤S113退出操作。

步骤S106：控制系统9通过光控制单元33依次提供波长为805nm和940nm的红外光波。

步骤S107：生命体征检测单元5中的红外光电传感器52被触发进行红光反射强度的测量。

步骤S108：可通过测试红光反射强度计算获取手指对应的脉搏和血氧饱和度并对其进行分析。

步骤S109：进一步对被测物进行判断，如果判断表明被测物是手指，则进入步骤S110，否则进入步骤S114退出操作。

步骤S110：控制系统9通过光控制单元33切换波长为805nm的红外光波。

步骤S111：红外图像采集单元4采集手指的静脉图像，可根据具体需要只采集一次即可直接进行识别，或者连续采集多次从而进行注册或识别。

步骤S112：按照具体需要处理静脉图像，该步骤与步骤S102相对应，可对采集到的静脉图像进行识别、存储或其它相关操作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种手指静脉图像采集装置，包括红外光源、手指检测位和红外图像采集单元；所述红外图像采集单元用于对红外光源照射下、放置在手指检测位的被测物进行静脉图像的采集；其特征在于：还包括生命体征检测单元，所述生命体征检测单元用于获取被测物的生命体征信息，从而判断被测物是否为真正的手指。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述生命体征检测单元包括设置在手指检测位附近的电容感应器，被测物放置在所述手指检测位时，所述电容感应器用于通过测量电容变化获取被测物的生命体征信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述生命体征检测单元还包括红外光电传感器，所述红外光传感器设置在被测物对所述红外光源的反射光路上，被测物放置在所述手指检测位时，所述红外光电传感器用于通过测量被测物上的红光反射强度获取所述被测物的生命体征信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述红外光源切换提供两种波长的红外光波，其中一种红外光波用于红外图像采集，另一种红外光波用于测量被测物上的红光反射强度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：所述手指静脉图像采集装置还包括控制系统，所述生命体征检测单元和红外图像采集单元都与所述控制系统电连接，所述生命体征检测单元判断所述被测物为手指时，所述控制系统用于启动所述红外图像采集单元进行手指静脉图像的采集。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：所述红外光源包括将所述手指检测位容纳在对射区域内的第一红外光源和第二红外光源，所述红外图像采集单元设置在所述第一红外光源或第二红外光源一端；所述手指静脉图像采集装置还包括光控制单元，用于通过控制所述第一红外光源和第二红外光源的亮度进行光源补偿。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于：所述手指静脉图像采集装置还包括壳体，所述红外光源、手指检测位和红外图像采集单元都安装在所述壳体上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述壳体还包括一个封闭的光腔，所述第一红外光源和第二红外光源分别设置在所述光腔内的顶部或底部，所述手指检测位设置在所述第一光源和第二光源之间；或所述第一红外光源设置在所述光腔的上方，所述第二红外光源和红外图像采集单元设置在光腔底部，所述手指检测位设置在光腔的顶部。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述手指静脉图像采集装置还包括与所述控制系统电连接的RFID读卡器，所述RFID读卡器，用于向所述手指静脉图像采集装置提供与手指静脉相对应的身份信息。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述手指静脉图像采集装置还包括与所述控制系统电连接的控制界面，用于输入或输出检测信息。