CN106570492A - 皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法 - Google Patents

皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法，包括激发光源、探测光源、分光镜、二维扫描振镜、扫描透镜、平板、下层玻璃板、震动薄膜、上层玻璃板、光电探测器以及中央处理器。本发明采用纯光学的方法探测超声信号，替代了传统采用压电陶瓷探头的方法，光声的激发和传感易于设置成背向模式，且快速的光学扫描极大的提高了装置成像速度，装置实用性和使用便捷度更强。

Description

皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法
技术领域
本发明涉及生物特征识别领域，具体为一种皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法。
背景技术
随着电子信息的快速发展，人们对身份识别的产品需求越来越多。相对于传统的身份识别方法，基于生物特征识别技术的方案越来越受到重视，如静脉、声音、虹膜、面相等生物特征。其中，静脉识别技术发展最为快速和广泛，但红外血管图像受人体温度、手掌皮厚等因素的影响较大，且只能识别直径相对较大的血管，对于几十微米水平的微动脉和微静脉的无能为力。对于现在静脉手掌模的伪造技术越来越高，各类二维和三维的高精细度伪造掌模已经出现，仅静脉血管结构一个生物特征指标已经难以判定是否为活体本人了，发展多重生物指标融合识别技术是未来主要的发展方向。
文献1(CN 101251889 B)公开了一种基于手掌静脉与掌纹的近红外成像设备与身份识别方法，通过近红外成像获得手掌的掌纹信息和静脉血管结构信息做综合匹配判定，双重图像有助于提高识别率。不足之处在于对于表面带有掌纹信息的静脉手掌模，仍无法判定是否为活体的本人。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种识别准确度高且难以人工伪造的皮下血管网络的光声成像身份识别装置及其识别方法。
本发明皮下血管网络的光声成像身份识别装置，包括激发光源1、探测光源3、分光镜4、二维扫描振镜5、扫描透镜6、平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9、上层玻璃板10、光电探测器11以及中央处理器12，所述下层玻璃板8的上表面与震动薄膜9的一面紧贴，所述上层玻璃板10的下表面与震动薄膜9的另一面紧贴，所述平板7的一面与下层玻璃板8的下表面紧贴，所述扫描透镜6位于平板7的下方，所述二维扫描振镜5位于扫描透镜6的下方，所述激发光源1发射的激光束通过光纤2射向平板7，所述激发光源1、探测光源3和光电探测器11均通过导线与中央处理器12相连，所述分光镜4位于二维扫描振镜5和光电探测器11之间，所述分光镜4位于和探测光源3之间，所述探测光源3发射的激光束射向分光镜4。
一种所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其识别方法包括以下步骤：
第一步，激发光源1发射的激光束通过光纤2射出，经平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9和上层玻璃板10后照射进手掌的皮下血管网络上，激发出光声信号，光声信号穿过上层玻璃板10引起震动薄膜9的震动，导致上层玻璃板10和下层玻璃板8之间的间距产生变化；
第二步，探测光源3发射激光束依次经过分光镜4、二维扫描振镜5、扫描透镜6、平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9和上层玻璃板10，并由下层玻璃板8和上层玻璃板10的高反膜引起多次反射相干涉，相干光经原路返回并由分光镜4反射到光电探测器11上，光电探测器11将接收到的相干光信号转换成电信号；
第三步，中央处理器12接收到光电探测器11的电信号；
第四步，二维扫描振镜5带动探测光源3的激光束扫描下一个位置，并最终完成二维或三维的空间扫描；
第五步，中央处理器12对接收到的所有信号通过算法反演出手掌的皮下血管网络的二维或三维空间几何结构、血氧饱和度和血液流速，再分别与数据库中已有的特征予以匹配识别，并做出最终的身份判定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明利用人体皮下内部的结构与功能特征进行认证，每个人的皮下血管网络是唯一的，并不会像指纹和掌纹一样存在磨损的可能。
(2)本发明利用光声技术对皮下血管网络进行空间几何结构的成像，其成像分辨率最高可达几十微米，主要由超声传感的震动薄膜的主频和带宽决定，高精度的二维或三维血管网络结构图像可使身份识别的准确度大大提高。
(3)本发明利用光声技术对皮下血管网络进行血氧饱和度和血液流速的成像，其血氧饱和度参数可区分动脉和静脉血管，而血液流速亦是活体生物的特征之一，增加了人工伪造模型的难度通过。
(4)本发明采用纯光学的方法探测超声信号，替代了传统采用压电陶瓷探头的方法，光声的激发和传感易于设置成背向模式，且快速的光学扫描极大的提高了装置成像速度，装置实用性和使用便捷度更强。
附图说明
图1本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
实施例：一种皮下血管网络的光声成像身份识别装置，包括激发光源1、探测光源3、分光镜4、二维扫描振镜5、扫描透镜6、平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9、上层玻璃板10、光电探测器11以及中央处理器12，所述下层玻璃板8的上表面与震动薄膜9的一面紧贴，所述上层玻璃板10的下表面与震动薄膜9的另一面紧贴，可以通过改变震动薄膜9的厚度来调整其频带宽度的范围，所述平板7的一面与下层玻璃板8的下表面紧贴，所述扫描透镜6位于平板7的下方，所述二维扫描振镜5位于扫描透镜6的下方，所述激发光源1发射的激光束通过光纤2射向平板7，所述激发光源1、探测光源3和光电探测器11均通过导线与中央处理器12相连，所述分光镜4位于二维扫描振镜5和光电探测器11之间，所述分光镜4位于和探测光源3之间，所述探测光源3发射的激光束射向分光镜4。所述平板7的下表面形状为楔形。所述下层玻璃板8的上表面和上层玻璃板10的下表面分别镀有高反膜。所述探测光源3为美国Thorlabs公司L1550P5DFB型连续激光二极管，波长为1550nm，输出功率为5mW。所述震动薄膜9为40μm厚的聚对二甲苯高分子薄膜，其频带宽度范围为350KHz-22MHz。
作为实施方式一，所述激发光源1采用德国GWU公司的versaScan120型OPO可调谐激光器，波长调谐范围为410-2500nm，脉宽为3ns，重复频率为100Hz。
作为实施方式二，激发光源1为双波长脉冲激光二极管(型号PL520，欧司朗；型号ML101J23，三菱)，波长分别为520nm和650nm，输出功率分别为50mW和150mW，可调脉宽均为10-1000ns，可调重复频率均为1-30KHz。
所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其识别方法包括以下步骤：
第一步，激发光源1发射的激光束通过光纤2射出，经平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9和上层玻璃板10后照射进手掌的皮下血管网络上，激发出光声信号，光声信号穿过上层玻璃板10引起震动薄膜9的震动，导致上层玻璃板10和下层玻璃板8之间的间距产生变化；
第二步，探测光源3发射激光束依次经过分光镜4、二维扫描振镜5、扫描透镜6、平板7、下层玻璃板8、震动薄膜9和上层玻璃板10，并由下层玻璃板8和上层玻璃板10的高反膜引起多次反射相干涉，相干光经原路返回并由分光镜4反射到光电探测器11上，光电探测器11将接收到的相干光信号转换成电信号；
第三步，中央处理器12接收到光电探测器11的电信号；
第四步，二维扫描振镜5带动探测光源3的激光束扫描下一个位置，并最终完成二维或三维的空间扫描；
第五步，中央处理器12对接收到的所有信号通过算法反演出手掌的皮下血管网络的二维或三维空间几何结构、血氧饱和度和血液流速，再分别与数据库中已有的特征予以匹配识别，并做出最终的身份判定。
本发明利用光声技术对皮下血管网络进行空间几何结构的成像，其空间分辨率最高可达几十微米，主要由超声传感的震动薄膜的主频和带宽决定，高精度的二维或三维血管网络结构图像可使身份识别的准确度大大提高；对皮下血管网络进行血氧饱和度和血液流速的成像，其血氧饱和度参数可区分动脉和静脉血管，而血液流速亦是活体生物的特征之一，增加了人工伪造模型的难度通过；通过纯光学的方法探测超声信号，替代了传统采用压电陶瓷探头的方法，光声的激发和传感易于设置成背向模式，且快速的光学扫描极大的提高了装置成像速度，装置实用性和使用便捷度更强。

Claims (7)

1.一种皮下血管网络的光声成像身份识别装置，包括激发光源(1)、探测光源(3)、分光镜(4)、二维扫描振镜(5)、扫描透镜(6)、平板(7)、下层玻璃板(8)、震动薄膜(9)、上层玻璃板(10)、光电探测器(11)以及中央处理器(12)，其特征在于所述下层玻璃板(8)的上表面与震动薄膜(9)的一面紧贴，所述上层玻璃板(10)的下表面与震动薄膜(9)的另一面紧贴，所述平板(7)的一面与下层玻璃板(8)的下表面紧贴，所述扫描透镜(6)位于平板(7)的下方，所述二维扫描振镜(5)位于扫描透镜(6)的下方，所述激发光源(1)发射的激光束通过光纤(2)射向平板(7)，所述激发光源(1)、探测光源(3)和光电探测器(11)均通过导线与中央处理器(12)相连，所述分光镜(4)位于二维扫描振镜(5)和光电探测器(11)之间，所述分光镜(4)位于和探测光源(3)之间，所述探测光源(3)发射的激光束射向分光镜(4)。
2.根据权利要求1所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其特征在于所述平板(7)的下表面形状为楔形。
3.根据权利要求2所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其特征在于所述下层玻璃板(8)的上表面和上层玻璃板(10)的下表面分别镀有高反膜。
4.根据权利要求3所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其特征在于所述激发光源(1)采用德国GWU公司的versaScan120型OPO可调谐激光器，波长调谐范围为410-2500nm，脉宽为3ns，重复频率为100Hz或者采用日本三菱公司的双波长脉冲激光二极管。
5.根据权利要求4所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其特征在于所述探测光源(3)为美国Thorlabs公司的L1550P5DFB型连续激光二极管，波长为1550nm，输出功率为5mW。
6.根据权利要求5所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其特征在于所述震动薄膜(9)为40μm厚的聚对二甲苯高分子薄膜，其频带宽度范围为350KHz-22MHz。
7.根据权利要求1-6任一项所述的皮下血管网络的光声成像身份识别装置，其识别方法包括以下步骤：
第一步，激发光源(1)发射的激光束通过光纤(2)射出，经平板(7)、下层玻璃板(8)、震动薄膜(9)和上层玻璃板(10)后照射进手掌的皮下血管网络上，激发出光声信号，光声信号穿过上层玻璃板(10)引起震动薄膜(9)的震动，导致上层玻璃板(10)和下层玻璃板(8)之间的间距产生变化；
第二步，探测光源(3)发射激光束依次经过分光镜(4)、二维扫描振镜(5)、扫描透镜(6)、平板(7)、下层玻璃板(8)、震动薄膜(9)和上层玻璃板(10)，并由下层玻璃板(8)和上层玻璃板(10)的高反膜引起多次反射相干涉，相干光经原路返回并由分光镜(4)反射到光电探测器(11)上，光电探测器(11)将接收到的相干光信号转换成电信号；
第三步，中央处理器(12)接收到光电探测器(11)的电信号；
第四步，二维扫描振镜(5)带动探测光源(3)的激光束扫描下一个位置，并最终完成二维或三维的空间扫描；
第五步，中央处理器(12)对接收到的所有信号通过算法反演出手掌的皮下血管网络的二维或三维空间几何结构、血氧饱和度和血液流速，再分别与数据库中已有的特征予以匹配识别，并做出最终的身份判定。
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