CN103279733A - 可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，包括：一红外线发光单元、一可见光发光单元、一影像撷取单元及一电连接至该影像撷取单元的计算单元；其中该影像撷取单元采集由该红外线发光单元与该可见光发光单元照射至手指所形成的手指外观影像与手指采样影像；又该计算单元储存有一定位边界及多个标准静脉影像，并依据该定位边界先对该手指外观影像进行校正，于校正完毕后该手指采样影像亦一并完成校正，而与对应的标准静脉影像进行相似性的比对；如此，即可减少因手指摆放位置偏斜导致辨识率不佳的问题。

Description

可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置

技术领域

本发明涉及一种手指静脉辨识装置，特别涉及一种可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置。

背景技术

随着时代的变化以及科技的进步，现代人的周遭充斥着许许多多的的科技产品，例如个人数字助理器(PDA)、智能型手机(Smart Phone)或是笔记型计算机(Notebook)；并且通过这些科技产品的使用，使得人们的生活更加的便利。

然而，上述的科技产品一方面除了带给人们更便利的生活之外，在另一方面亦带给人们更多的关于安全性的隐忧；例如，当使用者遗失上述科技产品或是上述科技产品遭宵小偷窃时，其内部所储存的具有使用者个人数据的数据夹大多会被恶意的打开，进而令使用者的隐私权受到侵犯；因此，为保障个人资料的安全性，目前大多科技产品均内建有身份辨识装置。

其中应用最广泛的即是利用每个人均不相同的生物特征进行辨识的身份辨识装置，例如早期所使用的语音辨识装置、指纹辨识装置、人脸辨识装置或虹膜辨识装置，以及目前最新提出采用手指静脉辨识技术的手指静脉辨识装置；其中所谓的手指静脉辨识技术指先利用波长为700-1000纳米的红外线照射使用者的手指一段时间，此时流经该手指静脉的红血蛋白能充分吸收红外线，之后停止照射时，该手指静脉的红血蛋白会发散红外线；藉此，即可以红外线撷取镜头撷取该手指内静脉纹路影像，由于每个人的手指内静脉纹路一定且不同，故藉由静脉纹路影像分析即可进行身份识别。

由于上述手指静脉辨识装置可以改善语音辨识装置容易被外在环境的杂音所影响的缺失、指纹辨识装置容易被使用者的手汗所影响的缺失、人脸辨识装置容易被不法分子用模具所破解的缺失以及虹膜辨识装置容易令使者眼睛受伤的缺失，故逐渐的被人们所采用。

请参照图8所示，目前一种现有的手指静脉辨识装置，包含：

一架体60，于其内部横向设置有一透光底板61；

一红外线发光单元70，设置于该架体60的顶部，并包含多个红外线光源71；其中上述红外线光源71向下照射且穿透该透光底板61；

一影像撷取单元80，设置于该架体60的底部，并朝向该透光底板61，且包含一红外线撷取镜头81，其中上述红外线撷取镜头81撷取经由上述红外线光源71照射过后所形成的一手指采样影像，如图9所示；及

一计算单元90，电连接至该影像撷取单元80，并读取上述手指采样影像，且预先储存有多个待识别个人的标准静脉影像；其中该计算单元90令该手指采样影像与各标准静脉影像进行相似性的比对；若该手指采样影像与其中一标准静脉影像相似的话，则辨识成功；反之则辨识失败。

由上述结构可知，现有的手指静脉辨识装置令上述红外线光源71向下照射放置于该透光底板61上使用者的手指，并且利用其波长为700-1000纳米的红外线，使流经该手指静脉的红血蛋白于充分吸收红外线后，令该影像撷取单元80通过红外线撷取镜头81撷取该手指内静脉纹路的手指采样影像；最后藉由该计算单元90逐一比对该手指采样影像与多个标准静脉影像，并确认是否相似于任何一标准静脉影像，藉此确认上述使用者的身分。

然而，由于现有的手指静脉辨识装置藉由逐一比对静脉纹路的方式，确认使用者的身分；因此，一但使用者的手指因放置于架体60内相对该影像撷取单元80已偏斜，会导致拍摄的手指采样影像相较标准静脉影像亦呈偏斜，于相似性比对的辨识成功率差，甚至出现无法辨识的情形；是以，有必要针对此一情形进一步提出更好的解决方案。

发明内容

有鉴于上述现有的手指静脉辨识装置容易因使用者的手指其左右偏移或前后偏移，而导致有辨识错误的情形发生；故本发明主要目的是提供一种可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置。

欲达上述目的所使用的主要技术手段为令该可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置包含：

一架体，于其内部横向设置有一透光底板；

一红外线发光单元，设置于该架体的顶部，且其红外线向下照射且穿透该透光底板；

一可见光发光单元，设置于该架体的底部，且其可见光向上照射且穿透该透光底板；

一影像撷取单元，设置于该架体的底部，并朝向该透光底板，其包含一红外线撷取镜头及一可见光撷取镜头；其中该红外线撷取镜头撷取经由上述红外线照射过后所形成的一手指采样影像；又该可见光撷取镜头撷取经由上述可见光照射且反射回来所形成的一手指外观影像；及

一计算单元，电连接至该影像撷取单元，并储存有一定位边界及多个标准静脉影像，且读取上述手指采样影像与手指外观影像；其中该计算单元包含下列步骤：

一校正过程，令该手指外观影像与上述定位边界进行边界比对；若该手指外观影像与上述定位边界存在有误差并且产生偏离时，对该手指外观影像进行校正，接着再依据相同误差同样地对该手指采样影像进行校正；反之则无需校正；及

一辨识过程，令校正后的该手指采样影像与上述标准静脉影像进行相似性的比对；若该手指采样影像与其中一标准静脉影像相似的话，则辨识成功；反之则辨识失败。

由上述结构可知，本发明先读入该手指外观影像，且令该手指外观影像与该计算单元所储存的定位边界进行边界比对；一旦该手指外观影像偏离于上述定位边界时，对该手指外观影像连同该手指采样影像进行校正，直到外观影像未偏离该定位边界即完成校正，再取校正后的手指采样影像进行相似性的比对；如此，本发明不会因为使用者的手指摆放偏斜而导致有辨识错误或辨识失败的情形发生。

附图说明

图1：本发明可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置的结构示意图；

图2A：红外线照射过后所形成的一手指采样影像示意图；

图2B：可见光照射且反射回来所形成的一手指外观影像示意图；

图3：本发明其辨识模式的流程图；

图4A：本发明手指外观影像旋转偏移的示意图(一)；

图4B：本发明手指外观影像旋转偏移的示意图(二)；

图5A：本发明手指外观影像上下位移的示意图(一)；

图5B：本发明手指外观影像上下位移的示意图(二)；

图6A：本发明手指外观影像左右位移的示意图(一)；

图6B：本发明手指外观影像左右位移的示意图(二)；

图7：本发明的新增过程的流程图；

图8：现有的手指静脉影像装置的结构示意图；

图9：手指静脉影像的示意图。

主要组件符号说明:

10架体            11透光底板

20红外线发光单元  21红外线光源

30可见光发光单元  31可见光光源

40影像撷取单元    41红外线撷取镜头

42可见光撷取镜头  50计算单元

60架体            61透光底板

70红外线发光单元  71红外线光源

80影像撷取单元    81红外线撷取镜头

90计算单元

具体实施方式

请参照图1所示，其为本发明可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其包含：

一架体10，于其内部横向设置有一透光底板11；

一红外线发光单元20，设置于该架体10的顶部，且其红外线向下照射且穿透该透光底板11；于本实施例中，该红外线发光单元20包含多个红外线光源21，且各红外线光源21均向下照射；

一可见光发光单元30，设置于该架体10的底部，且其可见光向上照射且穿透该透光底板11；于本实施例中，该可见光发光单元30包含多个可见光光源31，且各可见光光源31均向上照射；

一影像撷取单元40，设置于该架体10的底部，并朝向该透光底板11，其包含一红外线撷取镜头41及一可见光撷取镜头42；其中该红外线撷取镜头41撷取经由上述红外线照射过后所形成的一手指采样影像，请参照图2A所示；又该可见光撷取镜头42撷取经由上述可见光照射且反射回来所形成的一手指外观影像，请参照图2B所示；于本实施例中，上述红外线撷取镜头41及可见光撷取镜头42整合为一可撷取红外线和可见光的双镜头；及

一计算单元50，电连接至该影像撷取单元40，并储存有一定位边界及多个标准静脉影像，且读取上述手指采样影像与手指外观影像，其中该计算单元50包含一校正过程s10及一辨识过程s20；请再次参照图2B所示，于本实施例中，该定位边界预设有一中央基准线L1、二上下边界线L2以及二左右边界线L3；并且上述手指外观影像经由影像处理过后，依据其手指轮廓的两侧产生二垂直轮廓定位线K3，并且通过平均该二垂直轮廓定位线K3进而产生一轮廓中心线K1；又依据其手指折痕产生二水平手指折痕定位线K2；请参照图3所示，其中：

上述校正过程s10令该手指外观影像与上述定位边界进行边界比对；若该手指外观影像与上述定位边界存在有误差并且产生偏离时，对该手指外观影像进行校正,其中是否有误差是针对预设的基准线L与手指轮廓产生的定位线K，计算K与L的旋转角度与位移距离而得出（这在下面参照图4A-6B详述）。如果旋转角度与位移距离大于一阈值，则认为有误差，需要进行校正，接着再依据相同误差同样地对该手指采样影像进行校正；反之则无需校正；于本实施例中，该校正过程s10包含以下步骤：

判断手指外观影像是否偏离于定位边界s11，藉由比较该轮廓中心线K1与该中央基准线L1之间的角度差、二水平手指折痕定位线K2与二上下边界线L2之间的偏移以及二垂直轮廓定位线K3与二左右边界线L3之间的偏移，进而判断手指外观影像是否偏离于该定位边界；其中若该手指外观影像偏离于该定位边界时，则进行下一个步骤,其中是否有偏离是针对预设的基准线L与手指轮廓产生的定位线K，计算K与L的旋转角度与位移而得出（这在下面参照图4A-6B详述）。如果旋转角度与位移大于一阈值，则认为有偏离，需要进行校正；反之则跳至该辨识过程s20；

旋转校正s12，请参照图4A及图4B所示，旋转该手指外观影像，并令该手指外观影像的轮廓中心线K1与该定位边界的中央基准线L1一致，接着再一并对应旋转该手指采样影像；

垂直校正s13，请参照图5A及图5B所示，上下位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二水平手指折痕定位线K2与该定位边界的二上下边界线L2一致，接着再一并对应上下位移该手指采样影像；于本实施例中，若该二水平手指折痕定位线K2的间距与该二上下边界线L2的间距不相同，则令该二水平手指折痕定位线K2与该二上下边界线L2保持有最小误差，例如图5A所示，向上移动手指外观影像，使得第一节手指折痕线K2与第一条水平基准线L2对齐，计算第二节手指折痕线K2与第二条水平基准线L2的误差，反之以第二条折痕线/基准线对齐，计算第一条折痕线/基准线误差，取这两条最小的误差，即为最小误差；及

水平校正s14，请参照图6A及图6B所示，左右位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二垂直轮廓定位线K3与该定位边界的二左右边界线L3一致，接着再一并对应左右位移该手指采样影像于本实施例中，若该二垂直轮廓定位线K3的间距与该二左右边界线L3的间距不相同，则令该二垂直轮廓定位线K3与该二左右边界线L3保持有最小误差。

上述辨识过程s20于校正过程s10完成后始执行，意即，令校正后的该手指采样影像与上述标准静脉影像进行相似性的比对；若该手指采样影像与其中一标准静脉影像相似的话，则辨识成功，其中标准静脉影像是已注册的该人员手指静脉影像，判断相似的标准为下节所述的模板匹配；反之则辨识失败；于本实施例中，该辨识过程s20包含下列步骤：

相似性比对s21，令校正后的该手指采样影像与该多个标准静脉影像逐一地进行模板匹配，判断是否相似；

输出匹配结果s22，若该手指采样影像与其中一标准静脉影像相似的话，则辨识成功；反之则辨识失败。

前述的模板匹配有多种方法，例如假定手指静脉影像S宽为W，高为H,S(i,j)是影像S在(i,j)位置的的像素（Pixel）值，若此点为静脉，则为1；不为静脉，则为0。

标准静脉影像T宽为W，高为H,T(i,j)是影像T在(i,j)位置的像素（Pixel）值，若此点为静脉，则为1；不为静脉，则为0。

Match(i,j)=1如果S(i,j)=T(i,j)=1；否则的话，

Match(i,j)=0。

匹配率： $\mathrm{RatchRatio}=\frac{\underset{i,j}{\overset{w,h}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Match}}{\underset{i,j}{\overset{w,h}{\mathrm{\Σ}}}S\×\underset{i,j}{\overset{w,h}{\mathrm{\Σ}}}T}$

当匹配率高于选定的阀值，则影像S与影像T相似。

再者，于本实施例中，该计算单元50进一步包含一新增过程，且该新增过程用以提供上述标准静脉影像或是进一步增加上述标准静脉影像的数量，其包含下列步骤：

开启可见光发光单元发亮s31；

撷取手指外观影像s32；

关闭可见光发光单元s33；

开启红外线发光单元发亮s34；

撷取手指采样影像s35；

关闭红外线发光单元s36；

通过校正过程校正该手指采样影像s37；及

将该手指采样影像转换为标准静脉影像并储存至该计算单元s38。

由上述说明可知，本发明通过上述新增过程储存有多个标准静脉影像；并且由于本发明于使用时先通过该可见光撷取镜头读入经该可见光发光单元照射且反射过后所形成的该手指外观影像以及经该红外线发光单元照射所形成的该手指采样影像；接着令上述的手指外观影像与该计算单元所储存的定位边界进行边界比对；一旦判断出该手指外观影像偏离于该定位边界时，通过校正该手指外观影像一并调整该手指采样影像，藉以使得该手指采样影像定位至适当的位置；进而使得本发明于执行辨识过程时，不会因使用者的手指其左右偏移或前后偏移，而导致有辨识错误的情形发生。

Claims (12)

1.一种可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，包含：

一架体，于其内部横向设置有一透光底板；

一红外线发光单元，设置于该架体的顶部，且其红外线向下照射且穿透该透光底板；

一可见光发光单元，设置于该架体的底部，且其可见光向上照射且穿透该透光底板；

一影像撷取单元，设置于该架体的底部，并朝向该透光底板，其包括有一红外线撷取镜头及一可见光撷取镜头；其中该红外线撷取镜头撷取经由上述红外线照射过后所形成的一手指采样影像；又该可见光撷取镜头撷取经由上述可见光照射且反射回来所形成的一手指外观影像；及

一计算单元，电连接至该影像撷取单元，并储存有一定位边界及多个标准静脉影像，且读取上述手指采样影像与手指外观影像；其中该计算单元包含：

一校正过程，令该手指外观影像与上述定位边界进行边界比对；若该手指外观影像与上述定位边界存在有误差并且产生偏离时，对该手指外观影像进行校正，接着再依据相同误差同样地对该手指采样影像进行校正；反之则无需校正；及

一辨识过程，令校正后的该手指采样影像与上述标准静脉影像进行相似性的比对；若该手指采样影像与其中一标准静脉影像相似的话，则辨识成功；反之则辨识失败。

2.如权利要求1所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述定位边界预设有二上下边界线及二左右边界线；

上述手指外观影像经由影像处理过后，依据其手指轮廓的两侧产生二垂直轮廓定位线，又依据其手指折痕产生二水平手指折痕定位线；上述校正过程包含：

判断手指外观影像是否偏离于定位边界，藉由比较该二水平手指折痕定位线与二上下边界线之间的偏移以及二垂直轮廓定位线与二左右边界线之间的偏移，进而判断手指外观影像是否偏离于该定位边界；其中若该手指外观影像偏离于该定位边界时，则进行下一个步骤；反之则跳至该辨识过程；

垂直校正，上下位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二水平手指折痕定位线与该定位边界的二上下边界线一致，接着再一并对应上下位移该手指采样影像；及

水平校正，左右位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二垂直轮廓定位线与该定位边界的二左右边界线一致，接着再一并对应左右位移该手指采样影像。

3.如权利要求1所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述定位边界预设有二上下边界线及二左右边界线；

上述手指外观影像经由影像处理过后，依据其手指轮廓的两侧产生二垂直轮廓定位线，又依据其手指折痕产生二水平手指折痕定位线；

上述校正过程包含：

判断手指外观影像是否偏离于定位边界，藉由比较该二水平手指折痕定位线与二上下边界线之间的偏移以及二垂直轮廓定位线与二左右边界线之间的偏移，进而判断手指外观影像是否偏离于该定位边界；其中若该手指外观影像偏离于该定位边界时，则进行下一个步骤；反之则跳至该辨识过程；

水平校正，左右位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二垂直轮廓定位线与该定位边界的二左右边界线一致，接着再一并对应左右位移该手指采样影像；及

垂直校正，上下位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二水平手指折痕定位线与该定位边界的二上下边界线一致，接着再一并对应上下位移该手指采样影像。

4.如权利要求1所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述定位边界预设有一中央基准线、二上下边界线以及二左右边界线；

上述手指外观影像经由影像处理过后，依据其手指轮廓的两侧产生二垂直轮廓定位线，并且通过平均该二垂直轮廓定位线进而产生一轮廓中心线；又依据其手指折痕产生二水平手指折痕定位线；

上述校正过程包含：

判断手指外观影像是否偏离于定位边界，藉由比较该轮廓中心线与该中央基准线之间的角度差、二水平手指折痕定位线与二上下边界线之间的偏移以及二垂直轮廓定位线与二左右边界线之间的偏移，进而判断手指外观影像是否偏离于该定位边界；其中若该手指外观影像偏离于该定位边界时，则进行下一个步骤；反之则跳至该辨识过程；

旋转校正，旋转该手指外观影像，并令该手指外观影像的轮廓中心线与该定位边界的中央基准线一致，接着再一并对应旋转该手指采样影像；

垂直校正，上下位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二水平手指折痕定位线与该定位边界的二上下边界线一致，接着再一并对应上下位移该手指采样影像；及

水平校正，左右位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二垂直轮廓定位线与该定位边界的二左右边界线一致，接着再一并对应左右位移该手指采样影像。

5.如权利要求1所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述定位边界预设有一中央基准线、二上下边界线以及二左右边界线；

上述手指外观影像经由影像处理过后，依据其手指轮廓的两侧产生二垂直轮廓定位线，并且通过平均该二垂直轮廓定位线进而产生一轮廓中心线；又依据其手指折痕产生二水平手指折痕定位线；

上述校正过程包含：

判断手指外观影像是否偏离于定位边界，藉由比较该轮廓中心线与该中央基准线之间的角度差、二水平手指折痕定位线与二上下边界线之间的偏移以及二垂直轮廓定位线与二左右边界线之间的偏移，进而判断手指外观影像是否偏离于该定位边界；其中若该手指外观影像偏离于该定位边界时，则进行下一个步骤；反之则跳至该辨识过程；

旋转校正，旋转该手指外观影像，并令该手指外观影像的轮廓中心线与该定位边界的中央基准线一致，接着再一并对应旋转该手指采样影像；

水平校正，左右位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二垂直轮廓定位线与该定位边界的二左右边界线一致，接着再一并对应左右位移该手指采样影像；及

垂直校正，上下位移该手指外观影像，并令该手指外观影像的二水平手指折痕定位线与该定位边界的二上下边界线一致，接着再一并对应上下位移该手指采样影像。

6.如权利要求2至5中任一项所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

若该二水平手指折痕定位线的间距与该二上下边界线的间距不相同，则上述水平校正令该二水平手指折痕定位线与该二上下边界线保持有最小误差；及

若该二垂直轮廓定位线的间距与该二左右边界线的间距不相同，则上述垂直校正令该二垂直轮廓定位线与该二左右边界线保持有最小误差。

7.如权利要求1至5中任一项所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，该计算单元进一步包含一新增过程，其包含下列步骤：

开启可见光发光单元发亮；

撷取手指外观影像；

关闭可见光发光单元；

开启红外线发光单元发亮；

撷取手指采样影像；

关闭红外线发光单元；

通过校正过程校正该手指采样影像；及

将该手指采样影像转换为标准静脉影像并储存至该计算单元。

8.如权利要求6所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，该计算单元进一步包含一新增过程，其包含下列步骤：

开启可见光发光单元发亮；

撷取手指外观影像；

关闭可见光发光单元；

开启红外线发光单元发亮；

撷取手指采样影像；

关闭红外线发光单元；

通过校正过程校正该手指采样影像；及

将该手指采样影像转换为标准静脉影像并储存至该计算单元。

9.如权利要求1至5中任一项所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述红外线发光单元包含多个红外线光源，且各红外线光源均向下照射；

上述可见光发光单元包含多个可见光光源，且各可见光光源均向上照射；及

上述红外线撷取镜头及可见光撷取镜头整合为一可撷取红外线和可见光的双镜头。

10.如权利要求6所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述红外线发光单元包含多个红外线光源，且各红外线光源均向下照射；

上述可见光发光单元包含多个可见光光源，且各可见光光源均向上照射；及

上述红外线撷取镜头及可见光撷取镜头整合为一可撷取红外线和可见光的双镜头。

11.如权利要求7所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述红外线发光单元包含多个红外线光源，且各红外线光源均向下照射；

上述可见光发光单元包含多个可见光光源，且各可见光光源均向上照射；及

上述红外线撷取镜头及可见光撷取镜头整合为一可撷取红外线和可见光的双镜头。

12.如权利要求8所述的可提高辨识成功率的手指静脉辨识装置，其中：

上述红外线发光单元包含多个红外线光源，且各红外线光源均向下照射；

上述可见光发光单元包含多个可见光光源，且各可见光光源均向上照射；及

上述红外线撷取镜头及可见光撷取镜头整合为一可撷取红外线和可见光的双镜头。

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