CN102945363A - 一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置及其采集方法 - Google Patents
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Abstract
一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置及其采集方法，本发明涉及一种手指静脉采集装置及采集方法。它解决了目前的手指静脉采集装置不能根据人手指部位的不同分区调整光强的问题。本装置是由一号长方形箱体和二号长方形箱体组成；所述一号长方形箱体内放置有集成电路板；该集成电路板是由调压电路和N个发光二极管集成的，N个发光二极管是两列错位排列设置的；所述二号长方形箱体内设置有摄像机和变压器，N为大于4的偶数；一种可自动调光的手指静脉采集装置进行静脉采集的方法，该方法的实现步骤为：摄像机每间隔固定时间采集一次视频图像；手指就位检测；获得光强参数；调整光强参数。本发明适用于采集手指静脉。
Description
技术领域
本发明涉及一种手指静脉采集装置及采集方法。
背景技术
随着信息技术飞速发展、人类社会不断进步，对信息技术提出了更新、更高的要求。网络信息化时代对人的身份进行识别的需求应用越来越多，更要求身份的数字化和隐性化，如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全，是信息化时代必须解决的一个关键性问题。
生物特征识别技术所依据的不是传统的标示物或标示知识，而是依靠人体生物特征进行身份认证的一种技术，即通过计算机将人体所固有的生理特征或行为特征收集进行处理，来进行个人身份鉴定的技术。目前，一些用于身份鉴别的生物统计特征主要有声纹、指纹、脸纹、虹膜、笔迹、步态、红外温光谱图等。
第一代生物识别技术如指纹识别、掌纹识别、耳廓识别等都属于人体表面的生物特征。在现有的生物识别技术中，指纹和掌纹容易被破坏和伪造，耳廓在活体检测存在不足。这些识别人的身份的方式仅停留在观察人的生物特征的“表象”上，安全系数较低。
第二代生物特征识别技术如手指静脉识别技术，基于人体内部的生物特征。手指静脉识别以其在速度、稳定性、安全性与隐秘性等方面的优势，已成为众多发达国家的第二代身份认证技术的主流研究方向。
我们研制的是一套通过算法自动调光的精确型手指静脉采集装置。目前的手指静脉采集装置存在以下不足：
1、现有的手指静脉采集装置采集到的图像模糊、分辨率低、静脉与背景分离不明显，不利于后续静脉纹理提取和识别。
2、每个人的手指粗细不同、薄厚不同，就连一根手指的不同区域薄厚也不同，现有的装置不能根据人手指部位的不同分区调整光强，来达到最好的采集效果。
3、有些装置甚至不能自动检测手指就位自动采集图像。
4、现有的手指静脉采集装置都是需要外围硬件(如传感器)的配合来调整光强或实现自动采集，这样装置繁琐。
为了改善上述缺点，我们研制了这套手指静脉采集装置。
发明内容
本发明的目的是针对目前的手指静脉采集装置所采集的图像模糊、分辨率低、静脉与背景分离不明显的问题，提供一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置及其采集方法。
一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，它包括可调光强的光源、摄像装置、手指放置台和遮光罩组成，
可调光强的光源的光输出端正对摄像装置的图像采集端，在可调光强的光源与摄像装置之间设置有手指放置台，所述手指放置台中间设置有通孔；
可调光强的光源、摄像装置和手指放置台均封闭在遮光罩内，并且所述遮光罩与手指放置台对应的位置设置有一个手指孔，用于插入手指至手指放置台上。
一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置进行静脉采集的方法，该方法的实现步骤为：
步骤一、摄像装置每间隔一个固定时间采集一次视频图像，并将当前采集的图像与前一次所采集到的图像进行比较，若图像不一致，则执行步骤二，若否，则继续采集视频图像；
步骤二、手指就位检测，分别对当前采集的图像进行手指轮廓检测和轮廓线内灰度值检测，来判断手指放置的位置是否符合采集的要求；
所述手指轮廓检测是将所述图像利用sobel算子进行手指的边缘检测，然后对手指的轮廓进行平滑处理，并将边缘处狭窄的缺口连接起来形成细长弯口的闭运算，最后进行将轮廓线细化到一个像素的骨骼化造作后获得最终的手指轮廓图像；
获得最终的手指轮廓图像的同时在图像上获得卡槽轮廓线，在所提取的同时带有卡槽轮廓和手指轮廓的图像中，当在图像中卡槽的位置处出现的是两条线时，说明手指没有放到位，返回至步骤一；当在图像中卡槽的位置处出现的是一条线时，说明手指就位；
所述轮廓线内灰度值检测是利用图像中手指的轮廓线内图像的灰度值的平均值低于没放入手指时图像的灰度值这一特征来检测手指是否就位；
步骤三、根据当前采集的图像内的平均灰度值和静脉灰度值两方面来调整可调光强的光源输出光的光强，然后执行步骤四，调整可调光强的光源输出光的光强的方法为：
首先根据平均灰度值调整可调光强的光源输出光的光强，直到摄像装置所采集的图像中手指轮廓内的平均灰度值在所设定的阈值范围内；
然后根据静脉灰度值调整可调光强的光源输出光的光强，直到摄像装置所采集的图像中手指轮廓内的手指静脉的灰度值低于预设的灰度值；
步骤四、通过摄像装置采集手指图像，并将采集的图像信息进行处理获得手指静脉图像。
本发明的优点是：本采集装置能够自动检测手指放置就位，自动分区域调整光强，采集到的手指静脉图像清晰、静脉与背景分离明显，整套流程迅速，在手指放置好后不到1s即可采集到图像。装置采用12V电压供电，红外监控摄像机取像，图像可以通过视频采集卡并配合PC采集软件直接输入计算机存储，采集和存储过程不需要人为操作。
附图说明
图1为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置结构示意图的剖视图；
图2为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置结构示意图的正视图；
图3为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置内壁上手指卡槽的结构示意图
图4为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置中发光二极管错位排列示意图；
图5为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置中集成电路板的电路原理图；
图6为一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置采集到的手指静脉图像。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，它包括可调光强的光源1、摄像装置2、手指放置台3和遮光罩4组成，
可调光强的光源1的光输出端正对摄像装置2的图像采集端，在可调光强的光源1与摄像装置2之间设置有手指放置台3，所述手指放置台3中间设置有通孔5；
可调光强的光源1、摄像装置2和手指放置台3均封闭在遮光罩4内，并且所述遮光罩4与手指放置台3对应的位置设置有一个手指孔，用于插入手指至手指放置台3上。
具体实施方式二：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述可调光强的光源1由控制电路、N个调压电路和2N个发光体组成，所述2N个发光体排成2列，每列N个发光体，位于两列发光体中同一位置的两个发光体组成一组，共有N组，控制电路的控制信号输出端分别连接N个调压电路的控制信号输入端，N个调压电路的电压信号输出端连接N组发光体的电压信号输入端，N为正整数。
具体实施方式三：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述2N个发光体采用2N个发光二极管实现。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的与手指放置台位置对应的遮光罩部分的宽度为2.5至4.5cm。
具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的摄像装置2是采用监控摄像机实现的，所述监控摄像机采用的是CCD感光芯片，监控摄像机的镜头采用红外增透镜头，且在该镜头前放置850nm滤光片。
具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，本实施方式所述的可调光强的光源1与手指放置台3的垂直距离为5.5至7.5厘米，手指放置台3与摄像装置2的图像采集端垂直距离为10至12厘米。
具体实施方式七：下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式所述的是一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置进行静脉采集的方法，该方法的实现步骤为：
步骤一、摄像装置2每间隔一个固定时间采集一次视频图像，并将当前采集的图像与前一次所采集到的图像进行比较，若图像不一致，则执行步骤二，若否，则继续采集视频图像；
步骤二、手指就位检测，分别对当前采集的图像进行手指轮廓检测和轮廓线内灰度值检测，来判断手指放置的位置是否符合采集的要求；
所述手指轮廓检测是将所述图像利用sobel算子进行手指的边缘检测，然后对手指的轮廓进行平滑处理，并将边缘处狭窄的缺口连接起来形成细长弯口的闭运算，最后进行将轮廓线细化到一个像素的骨骼化造作后获得最终的手指轮廓图像；
获得最终的手指轮廓图像的同时在图像上获得卡槽轮廓线，在所提取的同时带有卡槽轮廓和手指轮廓的图像中，当在图像中卡槽的位置处出现的是两条线时，说明手指没有放到位，返回至步骤一；当在图像中卡槽的位置处出现的是一条线时，说明手指就位；所述轮廓线内灰度值检测是利用图像中手指的轮廓线内图像的灰度值的平均值低于没放入手指时图像的灰度值这一特征来检测手指是否就位；
步骤三、根据当前采集的图像内的平均灰度值和静脉灰度值两方面来调整可调光强的光源1输出光的光强，然后执行步骤四，调整可调光强的光源1输出光的光强的方法为：
首先根据平均灰度值调整可调光强的光源1输出光的光强，直到摄像装置2所采集的图像中手指轮廓内的平均灰度值在所设定的阈值范围内；
然后根据静脉灰度值调整可调光强的光源1输出光的光强，直到摄像装置2所采集的图像中手指轮廓内的手指静脉的灰度值低于预设的灰度值；
步骤四、通过摄像装置2采集手指图像，并将采集的图像信息进行处理获得手指静脉图像。
具体实施方式八：下面结合图1至6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式七的进一步说明，本实施方式所述的可调光强的光源1是由控制电路、N个调压电路和2N个发光体组成，所述2N个发光体排成2列，每列N个发光体，位于两列发光体中同一位置的两个发光体组成一组，共有N组，控制电路的控制信号输出端分别连接N个调压电路的控制信号输入端，N个调压电路的电压信号输出端连接N组发光体的电压信号输入端，N为正整数；
步骤三、根据当前采集的图像内的平均灰度值和静脉灰度值两方面来调整可调光强的光源1输出光的光强的方法为：
通过可调光强的光源1中的控制电路控制N个调压电路的电压来调整N组发光体中每组发光体输出光的光强；
首先根据平均灰度值调整可调光强的光源1输出光的光强的方法为，将所述图像根据N组发光体的分布情况划分成N个区域，计算获得每个区域内图像中手指轮廓内的平均灰度值作为该区域对应的平均灰度值，根据每个区域对应的平均灰度值调整相应组发光体输出的光强，直到摄像装置2所采集的图像中每个区域对应的平均灰度值均在所设定的阈值范围内；
然后根据静脉灰度值调整可调光强的光源1输出光的光强的方法为，计算获得当前采集图像中手指静脉的平均灰度值，根据该手指静脉的平均灰度值，通过同步控制全部调压电路调整所有发光体输出的光强，直到摄像装置2所采集的图像中手指静脉的平均灰度值均低于预设的灰度值。
本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。
Claims (8)
1.一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于：它包括可调光强的光源(1)、摄像装置(2)、手指放置台(3)和遮光罩(4)组成，
可调光强的光源(1)的光输出端正对摄像装置(2)的图像采集端，在可调光强的光源(1)与摄像装置(2)之间设置有手指放置台(3)，所述手指放置台(3)中间设置有通孔(5)；
可调光强的光源(1)、摄像装置(2)和手指放置台(3)均封闭在遮光罩(4)内，并且所述遮光罩(4)与手指放置台(3)对应的位置设置有一个手指孔，用于插入手指至手指放置台(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于，所述可调光强的光源(1)由控制电路、N个调压电路和2N个发光体组成，所述2N个发光体排成2列，每列N个发光体，位于两列发光体中同一位置的两个发光体组成一组，共有N组，控制电路的控制信号输出端分别连接N个调压电路的控制信号输入端，N个调压电路的电压信号输出端连接N组发光体的电压信号输入端，N为正整数。
3.根据权利要求2所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于，所述2N个发光体采用2N个发光二极管实现。
4.根据权利要求1所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于，与手指放置台位置对应的遮光罩部分的宽度为2.5至4.5cm。
5.根据权利要求1所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于：摄像装置(2)是采用监控摄像机实现的，所述监控摄像机采用的是CCD感光芯片，监控摄像机的镜头采用红外增透镜头，且在该镜头前放置850nm滤光片。
6.根据权利要求1所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置，其特征在于：可调光强的光源(1)与手指放置台(3)的垂直距离为5.5至7.5厘米，手指放置台(3)与摄像装置(2)的图像采集端垂直距离为10至12厘米。
7.应用权利要求1所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置进行静脉采集的方法，其特征在于：该方法的实现步骤为：
步骤一、摄像装置(2)每间隔一个固定时间采集一次视频图像，并将当前采集的图像与前一次所采集到的图像进行比较，若图像不一致，则执行步骤二，若否，则继续采集视频图像；
步骤二、手指就位检测，分别对当前采集的图像进行手指轮廓检测和轮廓线内灰度值检测，来判断手指放置的位置是否符合采集的要求；
所述手指轮廓检测是将所述图像利用sobel算子进行手指的边缘检测，然后对手指的轮廓进行平滑处理，并将边缘处狭窄的缺口连接起来形成细长弯口的闭运算，最后进行将轮廓线细化到一个像素的骨骼化造作后获得最终的手指轮廓图像；
获得最终的手指轮廓图像的同时在图像上获得卡槽轮廓线，在所提取的同时带有卡槽轮廓和手指轮廓的图像中，当在图像中卡槽的位置处出现的是两条线时，说明手指没有放到位，返回至步骤一；当在图像中卡槽的位置处出现的是一条线时，说明手指就位；
所述轮廓线内灰度值检测是利用图像中手指的轮廓线内图像的灰度值的平均值低于没放入手指时图像的灰度值这一特征来检测手指是否就位；
步骤三、根据当前采集的图像内的平均灰度值和静脉灰度值两方面来调整可调光强的光源(1)输出光的光强，然后执行步骤四，调整可调光强的光源(1)输出光的光强的方法为：
首先根据平均灰度值调整可调光强的光源(1)输出光的光强，直到摄像装置(2)所采集的图像中手指轮廓内的平均灰度值在所设定的阈值范围内；
然后根据静脉灰度值调整可调光强的光源(1)输出光的光强，直到摄像装置(2)所采集的图像中手指轮廓内的手指静脉的灰度值低于预设的灰度值；
步骤四、通过摄像装置(2)采集手指图像，并将采集的图像信息进行处理获得手指静脉图像。
8.根据权利要求7所述的一种可自动调整照射光强的手指静脉图像采集装置进行静脉采集的方法，其特征在于，可调光强的光源(1)是由控制电路、N个调压电路和2N个发光体组成，所述2N个发光体排成2列，每列N个发光体，位于两列发光体中同一位置的两个发光体组成一组，共有N组，控制电路的控制信号输出端分别连接N个调压电路的控制信号输入端，N个调压电路的电压信号输出端连接N组发光体的电压信号输入端，N为正整数；
步骤三、根据当前采集的图像内的平均灰度值和静脉灰度值两方面来调整可调光强的光源(1)输出光的光强的方法为：
通过可调光强的光源(1)中的控制电路控制N个调压电路的电压来调整N组发光体中每组发光体输出光的光强；
首先根据平均灰度值调整可调光强的光源(1)输出光的光强的方法为，将所述图像根据N组发光体的分布情况划分成N个区域，计算获得每个区域内图像中手指轮廓内的平均灰度值作为该区域对应的平均灰度值，根据每个区域对应的平均灰度值调整相应组发光体输出的光强，直到摄像装置(2)所采集的图像中每个区域对应的平均灰度值均在所设定的阈值范围内；
然后根据静脉灰度值调整可调光强的光源(1)输出光的光强的方法为，计算获得当前采集图像中手指静脉的平均灰度值，根据该手指静脉的平均灰度值，通过同步控制全部调压电路调整所有发光体输出的光强，直到摄像装置(2)所采集的图像中手指静脉的平均灰度值均低于预设的灰度值。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190924 Address after: 150001 No. 434, postal street, Nangang District, Heilongjiang, Harbin Co-patentee after: Gao Hui Jun Patentee after: Harbin Institute of Technology Asset Investment Management Co., Ltd. Address before: 150001 Harbin, Nangang, West District, large straight street, No. 92 Patentee before: Harbin Institute of Technology |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20191017 Address after: 315200 No.189, Guangming Road, Zhuangshi street, Zhenhai District, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: Ningbo Intelligent Equipment Research Institute Co., Ltd. Address before: 150001 No. 434, postal street, Nangang District, Heilongjiang, Harbin Co-patentee before: Gao Hui Jun Patentee before: Harbin Institute of Technology Asset Investment Management Co., Ltd. |