CN107092885B - 一字形光源手指静脉图像采集装置及其采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一字形光源手指静脉图像采集装置及其采集方法，包括外壳、红外光源组件、液晶透射板组件、静脉图像采集器和微控制器；所述外壳的上端面设有用于放置手指的弧面槽，弧面槽底部设有透光孔；所述静脉图像采集器设于所述外壳内部并且位于所述透光孔的正下方；所述红外光源组件设有两个并且分布于所述外壳的左上方和右上方，进而形成所述红外光源组件不遮挡所述透光孔的正上方并且红外光源组件发射的一字形红外激光沿着所述透光孔的前后方向照射的结构。本发明的有益效果降低了红外光源的光束宽度，提高光束的集中度，减少过度曝光和欠曝光的情况；便于观察手指放置的位置，提高正确放置手指的准确率，缓解用户的抵触情绪；提高静脉图像质量。

Description

一字形光源手指静脉图像采集装置及其采集方法

技术领域

本发明涉及手指静脉图像采集技术，具体涉及一种一字形光源手指静脉图像采集装置及其采集方法。

背景技术

近红外静脉造影成像方法是利用静脉血管中的血红蛋白对近红外光的吸收率强于其他生理组织如皮肤、脂肪等，近红外光透射手指时，近红外光束在手指指体内产生漫反射，大部分被手指生理组织吸收，而浅表皮下静脉吸收了较多的近红外光线，形成造影，可由光学传感器捕获成像。

目前的手指静脉采集装置设有多颗近红外发光二极管灯珠并排列成一列组成光源，灯珠封装为草帽头直插或表贴平装封装，当有手指放入静脉采集器位置时，打开光源，使近红外光源发出的光束照射到手指指背，再透射过手指指体，手指下方的光学传感器捕获静脉造影成像，获得手指静脉图像，为使光强自适应手指厚度，通过调节每颗灯珠的驱动电流占空比，使每颗灯珠发光亮度适应下方手指的厚度，通过获取的手指静脉图像的灰度分布来调节每颗灯珠的发光强度，最终采集一幅合适光强下的手指静脉图像。

使用现有静脉采集装置，用户需要放置手指在光源正下方的采集器正中，由于光源板在手指的正上方，遮挡住了用户看自己手指的视线，用户在使用时手指容易偏离采集器的正中位置，造成手指静脉图像采集失败。此外，对于纤细的手指，由于普通近红外发光二极管灯珠发出的光束为发散型，且发散角度较大，该光源透射到手指的光束宽度大于手指宽度，造成漏光，使放置在手指下方的光学传感器过曝光，也容易造成手指静脉图像采集失败，手指静脉图像采集失败后往往需要用户再次将手指放置在正确的采集器位置上，由于用户难以看到手指位置，容易产生抵触情绪，降低了该类型采集方法的方便性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一字形光源手指静脉图像采集装置及其采集方法，以收缩红外光源的光束宽度，提高光束的集中度，减少漏光造成过度曝光和欠曝光的情况；便于观察手指放置的位置，提高正确放置手指的准确率，缓解用户的抵触情绪；提高静脉图像质量，降低采集失败的概率。

一种一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于，包括外壳、红外光源组件、液晶透射板组件、静脉图像采集器和微控制器；所述外壳的上端面设有用于放置手指的弧面槽，弧面槽底部设有透光孔；所述静脉图像采集器设于所述外壳内部并且位于所述透光孔的正下方；所述红外光源组件设有两个并且分布于所述外壳的左上方和右上方，进而形成所述红外光源组件不遮挡所述透光孔的正上方并且红外光源组件发射的一字形红外激光沿着所述透光孔的前后方向照射的结构；所述液晶透射板组件设于所述红外光源组件的发射端用于控制一字形红外激光的光照强度分布；所述微控制器分别与所述静脉图像采集器、红外光源组件和液晶透射板组件电性连接。

优选的，所述红外光源组件包括红外光源发射器以及用于驱动和控制所述红外光源发射器的第一电路板，所述红外光源发射器的发射端口为矩形。利用第一电路板控制红外光源发射器的光照强度，实现光照强度的可调性，有利于调节静脉图像的灰度值。

优选的，所述红外光源发射器发出的一字型激光的散开角度是120°，发射出的光平面与外壳上端面透光孔的夹角为60°或120°。并且一字形红外激光的投影宽度为2mm，波长为850nm，波谱宽度为5nm。使红外光源全部照射在手指的侧上方，即使对于纤细的手指，也能减少过度曝光和欠曝光的情况，提高采集成功率。

优选的，所述液晶透射板组件包括多个液晶透射板组件块，并且每个液晶透射板组件块独立控制相应的一字形红外激光区域的照强度分布。由于手指有厚有薄，透射手指体较厚部分的光束段需要较强的光强，而透射手指体较薄部分的光束段则需要较弱的的光强，液晶透射板组件块对手指体的较厚部分和较薄部分的透射率进行独立控制，提高光强的自适应，有利于光强的分布。

优选的，每个所述液晶透射板组件块包括液晶透射板和用于驱动和控制所述液晶透射板的第二电路板。利用第一电路板控制液晶透射板的透射率，实现透射率的可调性，有利于调节静脉图像的灰度值。

优选的，所述液晶透射板覆盖于所述红外光源发射器的发射端口。使发射出来的红外光源均可控制，有利于调节静脉图像的灰度值。

优选的，所述透光孔内还设有用于引导放置手指的指示灯。引导用户正确地放置手指，使用方便。

优选的，通过所述微控制器将每块所述液晶透射板组件的透射率设为常量，两个红外光源组件分别照射一次，同时所述静脉图像采集器相应的采集两组静脉图像并且传向所述微控制器，微控制器通过处理将判定所述静脉图像的灰度值是否在设定的灰度值范围内，如果在设定的灰度值范围内，所述微控制器将两组静脉图像进行融合，最终获得一组静脉图像；如果不在设定的灰度值范围内，则所述微控制器通过控制所述液晶透射板组件和红外光源组件使灰度值改变，从而使所述静脉图像采集器重新采集的静脉图像的灰度值调整在设定的灰度值范围内，再将重新采集的静脉图像进行融合并重新获得最终的一组静脉图像。

优选的，所述微控制器将静脉图像分为多段，并对每段静脉图像的灰度值进行是否在设定的灰度值范围内的判定，如果存在不满足判定要求的一段或者多段的静脉图像，则微控制器发出调整灰度值的并传向所述液晶透射板组件和红外光源组件的信号。将静脉图像分为多段进行处理，调节灰度，使静脉图像的对比度更高，动态范围更广，有利于提高静脉图像质量。

优选的，通过改变所述液晶透射板组件块的透射率和红外光源组件的光照强度使不满足判定要求的一段或者多段的静脉图像的灰度值调整在设定的灰度值范围内。增加静脉图像的灰度值的调节方式，使灰度值的可调性的范围提高，有利于提高静脉图像质量。

本发明的有益效果：

本发明包括外壳、红外光源组件、液晶透射板组件、静脉图像采集器和微控制器，所述红外光源组件设有两个并且分布于所述外壳上端面的左上方和右上方，进而形成所述红外光源组件不遮挡弧面槽的正上方并且红外光源组件发射的一字形红外激光沿着所述弧面槽的前后方向照射的结构。红外光源组件不遮挡放置手指的弧面槽，用户在使用时，能看见手指的情况下将手指放置在正确的位置上，提高了使用的便利性，增加了静脉图像采集的成功率，减缓了用户因采集失败而多次操作的抵触心情。所述液晶透射板组件设于所述红外光源组件的发射端用于控制一字形红外激光的光照强度分布；液晶透射板组件提高了红外光源自动适应手指体的不同厚度部位，有利提高静脉图像采集的对比度，减少采集失败的概率。两个红外光源组件分别照射一次，同时所述静脉图像采集器相应的采集两组静脉图像并且传向所述微控制器，微控制器通过处理将判定所述静脉图像的灰度值是否在设定的灰度值范围内，如果在设定的灰度值范围内，所述微控制器将两组静脉图像进行融合，最终获得一组静脉图像。通过两组图像的融合，使图像的动态范围较宽，形成对比度较高，灰度分布较均匀的手指静脉图。如果不在设定的灰度值范围内，则所述微控制器通过控制所述液晶透射板组件和红外光源组件使灰度值改变，从而使所述静脉图像采集器重新采集的静脉图像的灰度值调整在设定的灰度值范围内，再将重新采集的静脉图像进行融合并重新获得最终的一组静脉图像。通过微控制器对静脉图像的灰度值的判定，筛选出合适的静脉图像，进一步提高图像的分辨率提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的等轴视图。

附图中，1-外壳；2-红外光源组件；3-液晶透射组件，4-静脉图像采集器，5-弧面槽

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1和图2所示，本实施例中，a方向表示上方，b方向表示下方，c方向表示左方，d方向表示右方，e方向表示前方，f方向表示后方。一字形光源手指静脉图像采集装置包括外壳1、红外光源组件2、液晶透射板组件3、静脉图像采集器4和微控制器，静脉图像采集器4通常采用CCD传感器，红外光源组件2包括红外光源发射器以及用于驱动和控制红外光源发射器的第一电路板，红外光源发射器为一字形近红外激光器，其功率为120mw，红外光源发射器的发射端的直径为12mm，其发射端口为矩形，发射的红外光源的波长为850nm，波谱宽度为5nm，投影到手指上时长度为40mm，宽度为2mm。利用第一电路板控制红外光源发射器的光照强度，实现光照强度的可调性，有利于调节静脉图像的灰度值。外壳1的上端面设有用于放置手指的弧面槽5，弧面槽5底部设有透光孔，实施时透光孔为矩形槽孔，透光孔内还设有用于引导放置手指的指示灯；引导用户正确将手指放在玻璃上，使用方便。静脉图像采集器4设于外壳1内部并且位于透光孔的正下方，静脉图像采集器4为近红外光学传感器的摄像头。红外光源组件2设有两个并且分布于外壳1上端面的左上方和右上方，进而形成红外光源组件2不遮挡透光孔的正上方并且红外光源组件2发射的一字型红外激光沿着透光孔的前后方向照射的结构。所述红外光源发射器发出的一字型激光的散开角度是120°，发射出的光平面与外壳上端面透光孔的夹角为60°或120°，使红外光源全部照射在手指的上方，即使对于纤细的手指，也能减少漏光情况，提高采集成功率；这里的夹角是指外壳1的上端水平面与一字型红外激光形成的光面之间的钝角。液晶透射板组件设于红外光源组件2的发射端用于控制一字型红外激光的光照强度分布；液晶透射板组件3包括多个液晶透射板组件3块，一字形红外激光经多个液晶透射板组件块3透射后形成多个一字形红外激光区域，并且每个液晶透射板组件3块独立控制相应的一字型红外激光区域的照强度分布。由于手指有厚有薄，透射手指体较厚部分的光束段需要较强的光强，而透射手指体较薄部分的光束段则需要较弱的的光强，液晶透射板组件3块对手指体的较厚部分和较薄部分的透射率进行独立控制，提高光强的自适应，有利于光强的分布。每个液晶透射板组件3块包括液晶透射板和用于驱动和控制括液晶透射板的第二电路板。利用第一电路板控制液晶透射板的透射率，实现透射率的可调性，有利于调节静脉图像的灰度值。液晶透射板覆盖于红外光源发射器的发射端口，使发射出来的红外光源均可控制，有利于调节静脉图像的灰度值。微控制器为微控制器，微控制器分别与静脉图像采集器4、红外光源组件2和液晶透射板组件3电性连接，微控制器还设有与电脑连接的接口。

如图1和图2所示，一字形光源手指静脉图像采集装置的采集方法为：

第一步，手指放在弧面槽5上，信号控制器准备采集，微控制器发出传向位于弧面槽5左上方的左液晶透射板组件3的信号，并且使左液晶透射板组件3的透射率为常量。

第二步，微控制器再发出传向左液晶透射板组件3所对应的左红外光源组件2的信号，左红外光源组件2发射的一字型红外激光通过过左液晶透射板后斜射在手指的背面上。

第三步，微控制器发出传向静脉图像采集器4的信号，静脉图像采集器4采集手指的静脉影像并将静脉影像传向处理器。

第四步，微控制器将静脉影像分为多段，并计算出每段灰度值的平均值，如果这些平均值都小于Gray_H并且大于Gray_L，则进入下一步；如果这些平均值中有一个或者多个大于Gray_H，则判定该段或者多段的静脉影像过曝光，微控制器发出并传向使该段或者多段对应的左液晶透射板组件3块的透射率下降的信号，通过升高左液晶透射板组件3块的负极电压，使其透射率下降。并重复步第二步至第四步，直到这三段的静脉影像的平均值都小于Gray_H并且大于Gray_L，则进入下一步。如果这些平均值中有一个或者多个小于Gray_L，则判定该段或者多段的静脉影像欠曝光，微控制器发出并传向使该段或者多段对应的左液晶透射板组件3块的透射率增加的信号，通过降低左液晶透射板组件3块的负极电压，使其透射率增加；如果左液晶透射板组件3块的负极电压降到了零，仍然欠曝光，则微控制器发出并传向第一电路板的信号，使第一电路板的驱动电流增大，进而使左红外光源发射器的光照强度变强。并重复步第二步至第四步，直到这三段的静脉影像的平均值都小于Gray_H并且大于Gray_L，则进入下一步。

第五步，微控制器发出传向静脉图像采集器4的信号，静脉图像采集器4采集手指的静脉影像并将静脉影像传向处理器。

第六步，对获得采集到的静脉图像进行分析，如果获得灰度分布适合手指静脉图像image-left，则进入下一步，否则返回第四步。

第七步，微控制器发出传向左红外光源组件2和左液晶透射板组件3的信号，使左红外光源组件2和左液晶透射板组件3关闭；采用第一步至第六步同样的方法获得灰度分布适合的手指静脉图像image-right。

第八步，微控制器将手指静脉图像image-left和手指静脉图像image-right进行平均值融合法，最终获得一副灰度均匀的，无亮斑的手指静脉图像。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于，包括外壳、红外光源组件、液晶透射板组件、静脉图像采集器和微控制器；所述外壳的上端面设有用于放置手指的弧面槽，弧面槽底部设有透光孔；所述静脉图像采集器设于所述外壳内部并且位于所述透光孔的正下方；所述红外光源组件设有两个并且分布于所述外壳的左上方和右上方，进而形成所述红外光源组件不遮挡所述透光孔的正上方并且红外光源组件发射的一字形红外激光沿着所述透光孔的前后方向照射的结构；所述液晶透射板组件设于所述红外光源组件的发射端用于控制一字形红外激光的光照强度分布；所述微控制器分别与所述静脉图像采集器、红外光源组件和液晶透射板组件电性连接；

所述红外光源组件包括红外光源发射器以及用于驱动和控制所述红外光源发射器的第一电路板，所述红外光源发射器为一字形近红外激光器，其发射端口为矩形；

所述液晶透射板组件包括多个液晶透射板组件块，并且每个液晶透射板组件块独立控制相应的一字形红外激光区域的照强度分布。

2.根据权利要求1所述的一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于：所述红外光源发射器发出的一字型激光的散开角度是120°，发射出的光平面与外壳上端面透光孔的夹角为60°或120°，并且一字形红外激光的投影宽度为2mm，波长为850nm，波谱宽度为5nm。

3.根据权利要求1所述的一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于：每个所述液晶透射板组件块包括液晶透射板和用于驱动和控制所述液晶透射板的第二电路板。

4.根据权利要求3所述的一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于：所述液晶透射板覆盖于所述红外光源发射器的发射端口。

5.根据权利要求1所述的一字形光源手指静脉图像采集装置，其特征在于：所述透光孔内还设有用于引导放置手指的指示灯。

6.一字形光源手指静脉图像采集装置的采集方法，其特征在于：应用于权利要求1至5中的任一项所述的一字形光源手指静脉图像采集装置，通过所述微控制器将每块所述液晶透射板组件的透射率设为常量，两个红外光源组件分别照射一次，同时所述静脉图像采集器相应的采集两组静脉图像并且传向所述微控制器，微控制器通过处理将判定所述静脉图像的灰度值是否在设定的灰度值范围内，如果在设定的灰度值范围内，所述微控制器将两组静脉图像进行融合，最终获得一组静脉图像；如果不在设定的灰度值范围内，则所述微控制器通过控制所述液晶透射板组件和红外光源组件使灰度值改变，从而使所述静脉图像采集器重新采集的静脉图像的灰度值调整在设定的灰度值范围内，再将重新采集的静脉图像进行融合并重新获得最终的一组静脉图像。

7.根据权利要求6所述的一字形光源手指静脉图像采集装置的采集方法，其特征在于：所述微控制器将静脉图像分为多段，并对每段静脉图像的灰度值进行是否在设定的灰度值范围内的判定，如果存在不满足判定要求的一段或者多段的静脉图像，则微控制器发出调整灰度值的并传向所述液晶透射板组件和红外光源组件的信号。

8.根据权利要求7所述的一字形光源手指静脉图像采集装置的采集方法，其特征在于：通过改变所述液晶透射板组件块的透射率和红外光源组件的光照强度使不满足判定要求的一段或者多段的静脉图像的灰度值调整在设定的灰度值范围内。