CN106650711B - 一种微型化的指静脉识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型化的指静脉识别装置，包括内部为黑色、不反射的支撑框架和控制器，支撑框架的底部设有小孔阵列成像板，小孔阵列成像板上按矩阵阵列设有若干小孔；小孔阵列成像板的底部设有小孔成像过滤板，小孔成像过滤板上按矩阵阵列设有与若干小孔相配合的若干圆锥孔；小孔成像过滤板的底部设有传感器，支撑框架的内两侧分别设有红外发光二极管；支撑框架上设有手指到位传感器；支撑框架上设有静脉识别区；本发明利用小孔成像原理，代替了体积较大的光学透镜等部件，大大缩短了物距和相距，让静脉识别设备体积变小，可以很容易的嵌入到手机等便携设备上使用；成像过滤板，解决了成像畸变，并简化了成像算法，提高了静脉识别速度。
Description
技术领域
本发明涉及身份识别技术领域，尤其涉及到一种微型化的指静脉识别装置。
背景技术
指纹识别的应用越来越多，现在的智能手机很多都配有指纹身份识别了，因此用手机支付中也普遍使用了指纹识别作为支付密码。但是由于5％左右的人群无法使用指纹识别，同时各种原因如手干、手湿导致指纹认证拒真率偏高，因此人们认证时候，往往还是需要记住密码，预防指纹识别不通过。因此部分厂家开始研发并推出手指静脉识别的手机。
目前静脉识别的手机，一般会在手机屏幕上提示手指需要悬空的位置，用户用手指靠近手机的摄像头，实际上对用户来说，手指放到合适的位置是不容易的，也会让认证时间变长。同时由于这类手机，容易受到灯光、阳光的影响，容易导致认证失败。这个是因为现有的静脉识别设备采用的光学设计的原因，摄像头有光学镜头组加CMOS/CCD传感器组成，受限于光学成像条件，需要一定的物距和相距才能采集到手指静脉图像，因此目前的静脉识别设备较大，为了能够安装到手机及其类似的设备上，只会将远红外光LED阵列和摄像头集成在手机上，而手指即被拍摄物悬空了，如此造成识别率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种结构简单，实用的微型化的指静脉识别装置。
本发明是通过如下方式实现的：
一种微型化的指静脉识别装置，其特征在于：包括内部为黑色、不反射的支撑框架1和控制器，所述支撑框架1的底部设有小孔阵列成像板2，所述小孔阵列成像板2上按矩阵阵列设有若干小孔21；所述小孔阵列成像板2的底部设有小孔成像过滤板3，所述小孔成像过滤板3上按矩阵阵列设有与若干小孔21相配合的若干圆锥孔31；所述小孔成像过滤板3的底部设有CMOS/CDD传感器4，所述CMOS/CDD传感器4与控制器相连接；小孔成像过滤板3上设有圆锥孔31，上孔直径设计为0.05mm；下孔直径设计成0.02mm；
所述支撑框架1的内两侧分别设有850nm红外发光二极管5；所述850nm红外发光二极管5与控制器相连接；所述支撑框架1内设有850nm带通滤光片6；所述850nm带通滤光片6位于小孔阵列成像板2的上方；所述支撑框架1上设有静脉识别区9；所述静脉识别区9位于850nm带通滤光片6的上方；所述控制器内设有储存器；工作时，当手指放在静脉识别区9时，触发手指到位传感器8，手指到位传感器8发送手指放到静脉识别区9的信号给控制器，控制器向850nm红外发光二极管5发出闪光指令，850nm红外发光二极管5按照指令发出850nm红外光，850nm红外光经过手指投射，在经过850nm带通滤光片6时滤掉非红外光，利用所述小孔阵列成像板2进行小孔成像，并用所述小孔成像过滤板3来控制成像所需要的广角，并排除因物距过大导致的成像模糊问题，在CMOS/CDD传感器4上形成了手指轮廓图像。
进一步的，所述支撑框架1上设有透光片7，所述850nm红外发光二极管5通过透光片7进行光线投射的处理。
进一步的，所述支撑框架1上设有手指到位传感器8；手指到位传感器8与控制器相连接，手指到位传感器8位于静脉识别区9的侧边。
本发明的有益效果在于：利用小孔成像原理，代替了体积较大的光学透镜等部件，同时与传统摄像头透镜比较大大缩短了物距和相距的，让静脉识别设备体积大大缩小，可以很容易的嵌入到手机等便携设备上使用；手指可以直接放在手机静脉识别区进行识别，大大提高了识别效率。
附图说明
图1本发明结构主视图；
图2本发明结构侧视图；
图3本发明小孔阵列成像板结构示意图；
图4本发明小孔成像过滤板结构示意图；
图5本发明光学成像几何图。
具体实施方式
现结合附图，详述本发明具体实施方式：
如图1至图4所示，一种微型化的指静脉识别装置，包括内部为黑色、不反射的支撑框架1和控制器，支撑框架1的底部设有小孔阵列成像板2，小孔阵列成像板2上按矩阵阵列设有若干小孔21；小孔阵列成像板2的底部设有小孔成像过滤板3，小孔成像过滤板3上按矩阵阵列设有与若干小孔21相配合的若干圆锥孔31；小孔成像过滤板3的底部设有CMOS/CDD传感器4，CMOS/CDD传感器4与控制器相连接；支撑框架1的内两侧分别设有850nm红外发光二极管5；850nm红外发光二极管5与控制器相连接；支撑框架1内设有850nm带通滤光片6；850nm带通滤光片6位于小孔阵列成像板2的上方；支撑框架1上设有静脉识别区9；静脉识别区9位于850nm带通滤光片6的上方；控制器内设有储存器；工作时，当手指放在静脉识别区9时，触发手指到位传感器8，手指到位传感器8发送手指放到静脉识别区9的信号给控制器，控制器向850nm红外发光二极管5发出闪光指令，850nm红外发光二极管5按照指令发出850nm红外光，850nm红外光经过手指投射，在经过850nm带通滤光片6时滤掉非红外光，利用所述小孔阵列成像板2进行小孔成像，并用所述小孔成像过滤板3来控制成像所需要的广角，并排除因物距过大导致的成像模糊问题，在CMOS/CDD传感器4上形成了手指轮廓图像。
本发明支撑框架1上设有透光片7，所述850nm红外发光二极管5通过透光片7进行光线投射的处理。
本发明支撑框架1上设有手指到位传感器8；手指到位传感器8与控制器相连接，手指到位传感器8位于静脉识别区9的侧边。
本发明小孔成像过滤板3上设有圆锥孔31，上孔直径设计为0.05mm；下孔直径设计成0.02mm。
本发明850nm带通滤光片6，对高于或低于850nm的光线进行很大的衰减，大大减少非850nm的光线进入CMOS/CDD传感器4，为了正确识别静脉的脉络，需要让手指放松，避免挤压，这样每次静脉的脉络基本不变，因此850nm带通滤光片6位置不能让手指的指腹压到。
本发明手指到位传感器8：一般设计两个，也有设计一个，即检测手指放到设备上时候，手指到位传感器8会通知控制器手指到位；采用2个手指到位传感器8的好处，是可以让指尖和指根都到位，那么这样让手指可以相关稳定的放到设备设定的位置，手指位置相对固定，获得的指静脉也相对一致。
本发明850nm红外发光二极管5：发出850nm的远红外光二，朝上并偏手指方向射出，850nm光照下，CMOS/CDD传感器4感应到静脉血管设黑色的，而其它如骨骼、肌肉等是很浅的灰色，因此采用该波长光学可以照成清晰的静脉图像。
本发明小孔阵列成像板2：为了让指静脉每个小孔成像组成完成的一副相对一致的静脉图像而设计；可以摆脱目前指静脉设备过大无法使用在手机等较小终端的问题。
本发明小孔成像过滤板3：对于小孔成像来说，小孔的位置是固定的，相距也固定了。由于手指静脉是立体的，手指的厚度可能在5mm-20mm不等，当两个特征点平面纬度上看位置是相同的，仅仅高度不同。如果仅仅用小孔阵列成像板2，两个特征点由于高度的差异会产生角度和物距的变化，呈现在CMOS/CDD传感器4上的位置大大不同，会出现手指在静脉识别区9上的位置略微改变则导致指静脉图像的特征点改变。而且由于小孔成像的广角接近于180度，所以多个小孔之间成的像会相互干扰，无法真实的将静脉信息拍摄出来。采用小孔成像过滤板3可以解决这个问题，解决由于手指厚度产生的静脉图像畸变问题。
本发明小孔成像过滤板3其上设有圆锥孔31，上孔直径设计较大，下孔直径较小。每个小孔的圆心位置与小孔成像阵列板2上的小孔圆心一一对应，用于接收上方阵列板小孔成像的光线。由于小孔成像过滤板3直接放置CMOS/CDD传感器4上方，下孔所接收到的光即为传感器上感应到的光，即我们可以通过控制下孔的直径来控制小孔成像阵列板2上小孔成像的广角。这样可以使每个孔位的成像区域限定在一个范围，并且不会产生小孔成像之间的相互干扰。当过滤板下孔选定一个合适的范围时，成像范围就是孔位所对应正上方的一小部分特征点的分布位置，且不会由于高度差异而产生畸变。
使用时，用户的手指放置到静脉识别区9；当指尖和指根都接触到手指到位传感器8，手指到位传感器8将手指到位信号发给控制器；控制器发出1个或多个几十毫秒周期脉冲，启动850nm红外发光二极管5，即让850nm红外发光二极管5发光二极管亮暗1次或多次；CMOS/CDD传感器4通过小孔成像系统可以拍照1张或多张指静脉的图像；指静脉成像后将拍摄的相片传给控制器；如果是采集应用：控制器会将所拍摄的静脉图像进行算法处理后，生成该用户的特征码并保存下来，给下次验证使用；如果是验证应用：控制器根据静脉识别算法进行比对，实现了身份认证功能。
如图3所示，小孔阵列成像板2的设计：本说明以7mm厚度的模组为例进行说明，也可以实现其它厚度。小孔成像阵列的目的是要让需要成像的物体全部能够成像到CMOS/CDD传感器4上，因此阵列的密疏和设备的尺寸设计有关，还和小孔成像的原理有关。
如图4所示，小孔成像过滤板3的设计：由于静脉不是平面的，是立体的，因此物距范围会在4mm-20mm(设手指厚度16mm)，因此在CMOS/CDD传感器4上成像同样的尺寸的静脉成的图像变成大小不一样了，同时还存在不同成像之间的重叠，导致了图像不清晰等问题。为了解决该问题，我们设计了一个小孔成像过滤板3；小孔成像过滤板3的圆锥孔31孔位跟小孔阵列成像板2的小孔21的孔位相对应，小孔成像过滤板3的作用是接收小孔21的成像的光，并取0.02mm直径的有效区域传给CMOS/CDD传感器4。
采用了创新设计，减小了静脉(立体的)通过小孔成像畸变问题(原因是物距不同导致成像大小变化)。
以一个案例来进行说明：
a、设计一个整体采样框尺寸为35*24mm，厚度为7mm的模块，支
撑框架1的高度为4mm，CMOS/CDD传感器4、小孔阵列成像板2、
小孔成像过滤板3的厚度均为1mm；小孔阵列成像板2的厚度不
限1mm，可以更薄或更厚；
b、对于指静脉来说成像350*240像素就可以正确使用了，因此可以将采样框35mm*24mm分割成350*240的小格子，那么每个格子的最小单位为0.1mm，即每平方毫米上面将有100个格子。因此我们设计的每个点直径为0.1mm或略大些即可，下面设计按照每格0.1mm设计，即小孔成像公式中的U＝0.1mm；小孔21的圆心相互之间间距为0.1mm，小孔21上下两面直径都为0.01mm；
其中：小孔成像公式为：V＝[UX+Φ(W+X)]/W
V为像的大小
U为被成像物的大小
Φ为孔的直径
W为物距
X为像距
c、小孔阵列成像板2设计为：考虑到目前的工艺能力，小孔21的直径设计成0.01mm；为了能够全部采集到采样框的信息，小孔阵列成像板2的小孔21尺寸也是35*24mm，间隔为0.1mm；
d、小孔成像的广角设计：
从理论上说，小孔成像的广角可以达到180°全广角，但是广角太大，拍照到太大的物体，根据几何光学计算(如图5光学成像几何图)：
CE为靠近设备的最小格子半径，即CE＝0.05mm；
OB＝0.05mm；
根据几何知识我们可以算出，AO＝0.25mm
因此广角角度可以设计成10°即可；
e、小孔阵列成像板2的小孔21间距设计：
为了拍摄到指静脉全部图像，因此需要一个小孔阵列，一个小孔拍摄相当于距离小孔4mm的直径为0.1mm物体，因此小孔的间隔0.1mm；
f、小孔成像过滤板3设计为：
1)小孔成像过滤板3设计成圆锥形，其上设有圆锥孔31，
上孔直径设计为0.05mm；下孔直径设计成0.02mm；
下孔直径取值是这么计算的，按照该设计物相缩小比是2.5，按照最近的4mm近处的直径0.05mm成像到传感器上的图像是0.02mm，因此设计成下孔0.02mm；
2)圆锥孔31间距的设计同小孔阵列成像板2的设计
间距同小孔阵列成像板2间距，都采用0.1mm；
g、设计数据汇总如下表：
总结：
综上所述，CMOS/CDD传感器4接收到图像后，为每个像素点正上方小范围区域的静脉特征信息图，CMOS/CDD传感器4是通过每个像素点感应到指静脉是否有图像，只会给出0或者1的数字，因此是很容易辨别出静脉图案。这样的好处是可以减少由图像向静脉特征图转换的算法，只需要根据传感器传出的0或者1的数字来进行简单处理便可以形成静脉特征信息；经过工程试验验证，该方案可行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种微型化的指静脉识别装置，其特征在于：包括内部为黑色、不反射的支撑框架(1)和控制器，所述支撑框架(1)的底部设有小孔阵列成像板(2)，所述小孔阵列成像板(2)上按矩阵阵列设有若干小孔(21)；所述小孔阵列成像板(2)的底部设有小孔成像过滤板(3)，所述小孔成像过滤板(3)上按矩阵阵列设有与若干小孔(21)相配合的若干圆锥孔(31)；所述小孔成像过滤板(3)的底部设有CMOS/CDD传感器(4)，所述CMOS/CDD传感器(4)与控制器相连接；所述小孔成像过滤板(3)上设有圆锥孔(31)，上孔直径设计为0.05mm；下孔直径设计成0.02mm；
所述支撑框架(1)的内两侧分别设有850nm红外发光二极管(5)；所述850nm红外发光二极管(5)与控制器相连接；所述支撑框架(1)内设有850nm带通滤光片(6)；所述850nm带通滤光片(6)位于小孔阵列成像板(2)的上方；所述支撑框架(1)上设有静脉识别区(9)；所述静脉识别区(9)位于850nm带通滤光片(6)的上方；所述控制器内设有储存器；工作时，当手指放在静脉识别区(9)时，触发手指到位传感器(8)，手指到位传感器(8)发送手指放到静脉识别区(9)的信号给控制器，控制器向850nm红外发光二极管(5)发出闪光指令，850nm红外发光二极管(5)按照指令发出850nm红外光，850nm红外光经过手指投射，在经过850nm带通滤光片(6)时滤掉非红外光，利用所述小孔阵列成像板(2)进行小孔成像，并用所述小孔成像过滤板(3)来控制成像所需要的广角，并排除因物距过大导致的成像模糊问题，在CMOS/CDD传感器(4)上形成了手指轮廓图像。
2.根据权利要求1所述的一种微型化的指静脉识别装置，其特征在于：所述支撑框架(1)上设有透光片(7)，所述850nm红外发光二极管(5)通过透光片(7)进行光线投射的处理。
3.根据权利要求1所述的一种微型化的指静脉识别装置，其特征在于：所述支撑框架(1)上设有手指到位传感器(8)；手指到位传感器(8)与控制器相连接，手指到位传感器(8)位于静脉识别区(9)的侧边。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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