CN103258199A

CN103258199A - 一种获取完整的手掌静脉图像的系统及其方法

Info

Publication number: CN103258199A
Application number: CN2013102254332A
Authority: CN
Inventors: 倪旭翔; 高世杰; 王莞舒; 魏科宇
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明公开了一种获取完整的手掌静脉图像系统及其方法，它包括第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED、电路板、聚光筒、毛玻璃、黑色遮光纸、光学成像系统、可见光滤波片、图像传感器；聚光筒的底面上设有第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED，聚光筒的顶面上设有毛玻璃，光学成像系统包括第一透镜和第二透镜，聚光筒、毛玻璃、黑色遮光纸、光学成像系统、可见光滤波片、图像传感器依次放置在同一光轴上。本发明的光源结构简单，成本低廉，方便购买和制作；巧妙设计的聚光筒让出射光多次反射，避免光强损耗，同时获得均匀的照明光，提高静脉血管的成像对比度，获得全手掌的静脉图像。

Description

一种获取完整的手掌静脉图像的系统及其方法

技术领域

本发明涉及红外光成像技术在人体生物识别方面的应用，尤其涉及一种获取完整的人体手掌静脉图像的系统及其方法。

背景技术

手掌静脉识别是一种新的生物特征识别技术，主要应用于个人身份鉴别。同人的指纹相比，手指静脉不仅具有高度唯一性，而且活体性、防伪性和特征稳定性更为突出，在身份认证方面具有更高的安全性。所有人的静脉都是不同的，即使是长相非常相似的双胞胎的静脉图像也不同，而且这种差异在他(她)们一生中都不会消失。

基于手掌静脉的身份识别主要具有以下优点：（1）手掌静脉位于手掌表皮下，难被窃取和伪造，具有很高的安全性；（2）手掌静脉包含丰富的个人信息，具有很高的身份辨别能力；（3）能够通过非接触方式在近红外光下成像，识别方式卫生、安全、易被用户接受。在信息化和网络化的安全上有广泛的应用。目前使用近红外光获取手掌静脉图像的方式有反射法和透射法。

反射法是指近红外光源和图像传感器在手掌的同一侧，近红外光源发出的光照射在手掌表面，反射光和部分散射光沿入射的方向返回，被同一侧的图像传感器接收并传入到显示器。优点是：减小了设备的体积和空间；照明光源的功率相对较小；容易获得全部手掌的静脉图像。缺点是：手掌表面的反射光对静脉成像造成干扰，降低了图像的对比度。

透射法是指近红外光源和图像传感器在手掌的两侧，近红外光源发出的光照射在手掌表面，穿过手掌部分的透射光被另一侧的图像传感器接收并传入到显示器。优点是：克服了反射法中皮肤表面光的影响，局部区域的对比度得到很好的增强。缺点是：手掌的不同区域厚度不一样导致成像不均匀；相对较薄的手指静脉成像的效果较好，整个手掌的静脉成像的效果较差。

但是，这两种利用近红外获取人体手掌静脉图像的方法，存在以下问题：反射法可以获取完整手指静脉图像，但是手掌表面的反射光干扰成像，降低了图像的对比度。透射法可以获取局部较为清晰的静脉图像，但是手掌不同位置厚度不均匀，所以被吸收的大小不一致，导致近红外光照射到手掌之后的光强也不均匀，被图像传感器接收到的图像的对比度下降。无法获取整个手掌静脉，从而特征点少，在生物识别中造成误判。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种获取完整的人体手掌静脉图像的系统及其方法。

获取完整的手掌静脉图像系统包括第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED、电路板、聚光筒、毛玻璃、黑色遮光纸、第一透镜、第二透镜、可见光滤波片、图像传感器；聚光筒的底面上设有第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED，聚光筒的顶面上设有毛玻璃，聚光筒、毛玻璃、黑色遮光纸、第一透镜、第二透镜、可见光滤波片、图像传感器依次放置在同一光轴上。

所述的聚光筒是由高反射率的平面镜组合而成，其长×宽×高为：240mm×150mm×50mm，长度方向上用同样反射率的平面镜平均分成相同的第一区域、第二区域、第三区域，每个区域长度各为80mm。

所述的第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED的波长为850nm。

所述的第一透镜、第二透镜的组合焦距是2.8~12mm，最大光圈数是1.4。

所述的图像传感器为CMOS传感器或CCD传感器。

获取完整的手掌静脉图像的方法是：人体手掌的厚度不均匀，导致透射法在第一区域、第二区域、第三区域得到的图像的对比度相差较大，采用分区曝光方式来获得完整的手掌静脉图像时，对于厚度较小的手指部分，打开第一近红外LED，关闭第二近红外LED、第三近红外LED，此时的光强较弱，近红外光在聚光筒中多次反射，再依次透过毛玻璃和黑色遮光纸，黑色遮光纸能把没有照射在手掌上的近红外光挡住，避免这部分近红外光直接进入图像传感器中并对图像造成干扰，出射的近红外光照在手掌上，从手掌透射的近红外光经过第一透镜、第二透镜之后形成平行光，再经过可见光滤波片的作用，滤除可见光并让近红外光通过，最后被图像传感器接收并显示在显示屏上，同样的方法，对于掌心及手腕处较厚的部分，依次打开第二近红外LED、第三近红外LED，获得依次曝光采集的图像，将第一近红外LED、第二近红外LED、第三近红外LED三种光强得到的图像进行增强处理，提取清晰的局部静脉图像，把图像融合成完整的手掌静脉图像，最后经过加权渐变处理，得到完整清晰的手掌静脉图像。

本发明的有益效果是：设计的光源结构简单，容易实验操作；光源使用波长为850nm的LED，成本低廉同时方便购买；巧妙设计的矩形聚光筒，容易调节光强的大小；密闭的聚光筒近红外光多次反射，最后集中从顶端出射，能够避免光强损耗；矩形聚光筒的另一个作用是获得均匀的照明光，提高静脉血管的成像对比度，获得全手掌的静脉图像。黑色遮光纸能够挡住没有经过手掌的干扰光。

附图说明

图1是获取手掌静脉红外图像的系统的结构示意图；

图2是本发明的聚光筒的结构示意图；

图3(a)是第一红外照明得到的局部静脉图像；

图3(b)是第一红外照明得到的图像后，经过增强处理后的局部静脉图像；

图3(c)是第二红外照明得到的局部静脉图像；

图3(d)是第二红外照明得到的图像后，经过增强处理后的局部静脉图像；

图3(e)是第三红外照明得到的局部静脉图像；

图3(f)是第三红外照明得到的图像后，经过增强处理后的局部静脉图像；

图4(g)是第一、二、三红外图像融合后的手掌静脉图像；

图4(h)是经过加权渐变处理后得到的手掌静脉图像。

图中，第一近红外LED1、第二近红外LED2、第三近红外LED3、电路板4、聚光筒5、毛玻璃6、黑色遮光纸7、第一透镜8、第二透镜9、可见光滤波片10、图像传感器11、第一区域12、第二区域13、第三区域14。

具体实施方式

下面结合附图和实施例子对本发明做进一步的说明。

如图1、2所示，获取完整的手掌静脉图像系统包括第一近红外LED（1）、第二近红外LED2、第三近红外LED3、电路板4、聚光筒5、毛玻璃6、黑色遮光纸7、第一透镜8、第二透镜9、可见光滤波片10、图像传感器11；聚光筒5的底面上设有第一近红外LED1、第二近红外LED2、第三近红外LED3，聚光筒5的顶面上设有毛玻璃6，聚光筒5、毛玻璃6、黑色遮光纸7、第一透镜8、第二透镜9、可见光滤波片10、图像传感器11依次放置在同一光轴上。

所述的聚光筒5是由高反射率的平面镜组合而成，其长×宽×高为：240mm×150mm×50mm，长度方向上用同样反射率的平面镜分成长度相同的第一区域12、第二区域13、第三区域14，每个区域长度大小为80mm。

所述的第一近红外LED1、第二近红外LED2、第三近红外LED3的波长为850nm。

所述的第一透镜8、第二透镜9的组合焦距是2.8~12mm，最大光圈数是1.4。

所述的图像传感器11为CMOS传感器或CCD传感器。

所述的获取完整的手掌静脉图像的方法是：人体手掌的厚度不均匀，导致透射法在第一区域12、第二区域13、第三区域14得到的图像的对比度相差较大，采用分区曝光方式来获得完整的手掌静脉图像时，对于厚度较小的手指部分，打开第一近红外LED1，关闭第二近红外LED2、第三近红外LED3，此时的光强较弱，近红外光在聚光筒5中多次反射，再依次透过毛玻璃6和黑色遮光纸7，黑色遮光纸7能把没有照射在手掌上的近红外光挡住，避免这部分近红外光直接进入图像传感器中并对图像造成干扰，出射的近红外光照在手掌上，从手掌透射的近红外光经过第一透镜8、第二透镜9之后形成平行光，再经过可见光滤波片10的作用，滤除可见光并让近红外光通过，最后被图像传感器接收并显示在显示屏上，同样的方法，对于掌心及手腕处较厚的部分，依次打开第二近红外LED2、第三近红外LED3，获得依次曝光采集的图像，将第一近红外LED1、第二近红外LED2、第三近红外LED3三种光强得到的图像进行增强处理，提取清晰的局部静脉图像，最后经过加权渐变处理，得到完整清晰的手掌静脉图像。

实施例：

将人体手掌放置在黑色遮光纸、第一透镜之间，让掌心落在光轴上，而且掌心的平面和透镜平面平行。将图像传感器连接到电脑上,调整光圈大小，调整焦距大小，打开第一区域中的第一近红外LED，关闭第二区域和第三区域中的LED，控制电压大小，得到该光强下的图像，见图3(a)。同理，依次打开第二区域近红外LED和第三区域的近红外LED，分别得到这两个光强下的图像，见图3(b)、图3(c)。接着对所获得的图像采用自适应均衡化图像增强处理，提高图像的对比度，突出手掌静脉血管。

对经过图像增强后的图像，即图3(a)、图3(b)、图3(c)用线性相加融合成一幅图像，见图4(g)，再利用加权渐变拼接技术把所得到的图像叠加部分去掉，得到完整清晰的手掌静脉图像，见图4(h)。

Claims

1.一种获取完整的手掌静脉图像系统，其特征在于：包括第一近红外LED（1）、第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3）、电路板（4）、聚光筒（5）、毛玻璃（6）、黑色遮光纸（7）、第一透镜（8）、第二透镜（9）、可见光滤波片（10）、图像传感器（11）；聚光筒（5）的底面上设有第一近红外LED（1）、第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3）三种不同的LED光源，聚光筒（5）的顶面上设有毛玻璃（6），聚光筒（5）、毛玻璃（6）、黑色遮光纸（7）、第一透镜（8）、第二透镜（9）、可见光滤波片（10）、图像传感器（11）依次放置在同一光轴上。

2.根据权利1所述的一种获取完整的手掌静脉图像的系统，其特征在于：所述第一近红外LED（1）、第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3）的波长为850nm。

3.根据权利1所述的一种获取完整的手掌静脉图像的系统，其特征在于：所述的聚光筒（5）是由高反射率的平面镜组合而成，其长×宽×高为：240mm×150mm×50mm，长度方向上用同样反射率的平面镜分成长度相同的第一区域（12）、第二区域（13）、第三区域（14），每个区域长度大小为80mm。

4.根据权利1所述的一种获取完整的手掌静脉图像的系统，其特征在于：第一透镜（8）、第二透镜（9）的组合焦距是2.8~12mm，最大光圈数是1.4。

5.根据权利1所述的一种获取完整的手掌静脉图像的系统，其特征在于：所述的图像传感器（11）为CMOS传感器或CCD传感器。

6.一种使用如权利1要求所述系统的获取完整的手掌静脉图像的方法，其特征在于：人体手掌的厚度不均匀，导致透射法在第一区域（12）、第二区域（13）、第三区域（14）得到的图像的对比度相差较大，采用分区曝光方式来获得完整的手掌静脉图像时，对于厚度较小的手指部分，打开第一近红外LED（1），关闭第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3），此时的光强较弱，近红外光在聚光筒（5）中多次反射，再依次透过毛玻璃（6）和黑色遮光纸（7），黑色遮光纸（7）能把没有照射在手掌上的近红外光挡住，避免这部分近红外光直接进入图像传感器中并对图像造成干扰，出射的近红外光照在手掌上，从手掌透射的近红外光经过第一透镜（8）、第二透镜（9）之后形成平行光，再经过可见光滤波片（10）的作用，滤除可见光并让近红外光通过，最后被图像传感器接收并显示在显示屏上，同样的方法，对于掌心及手腕处较厚的部分，依次打开第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3），获得依次曝光采集的图像，将第一近红外LED（1）、第二近红外LED（2）、第三近红外LED（3）三种光强得到的图像进行增强处理，提取清晰的局部静脉图像，把图像融合成完整的手掌静脉图像，最后经过加权渐变处理，得到完整清晰的手掌静脉图像。