CN107220631A - 掌静脉采集装置及掌静脉识别系统 - Google Patents

掌静脉采集装置及掌静脉识别系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种掌静脉采集装置及掌静脉识别系统，所述掌静脉采集装置通过照明模块照亮掌静脉采集区域，由近红外摄像头模块完成掌静脉图像采集，并通过图像传输模块将所述掌静脉图进行上传。所述装置还可以通过控制模块控制所述照明模块的工作状态及近红外摄像头模块的工作状态。其中，所述照明模块套设于所述近红外摄像头模块上，包括多个近红外LED灯，所述多个近红外LED灯均匀分布在所述近红外摄像头模块的四周，从而照亮图像采集区域。所述近红外摄像头模块设置在内盒中，所述内盒嵌设在外盒中。由此，降低了成本，同时可以实时稳定地采集掌静脉图像。

Description

掌静脉采集装置及掌静脉识别系统
技术领域
本发明涉及生物识别技术领域，具体而言，涉及一种掌静脉采集装置及掌静脉识别系统。
背景技术
现有技术中，基于口令和知识的认证系统(如，基于手机号、密码等)容易被人窃取或者破解。因而，基于生物特征的认证系统越来越受到人们的青睐。生物特征包括指纹、静脉等。现在，大多数设备都是通过指纹解锁。相对于指纹识别技术而言，静脉生物特征识别技术的安全性更好。现目前的静脉生物特征识别技术主要分为：手指静脉识别技术、手背静脉识别技术和手掌静脉识别技术。与手指静脉相比，手掌静脉网络更复杂，拥有更多的纹理特征信息；比手背静脉而言，手掌静脉位于皮下较深的位置，更难伪造。因此手掌静脉识别技术更具有发展前景。
现在，掌静脉采集装置成本比较高，而且性能主要受到发射光源以及摄像头两大要素的制约，在不同的环境下采集的掌静脉图像会出现阴影、亮斑以及图像模糊等问题。而采集的掌静脉图像会严重影响整个手掌静脉识别系统的准确度。如何获取具有较高质量生物特征的掌静脉图像，提供一种成本低，并且适用于在不同采集环境下能够实时稳定的掌静脉采集装置是一个亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种掌静脉采集装置及掌静脉识别系统，其价格低，并且能够在不同采集环境下实时稳定的获取掌静脉图像。
就采集装置而言，本发明较佳的实施例提供了一种掌静脉采集装置，所述装置包括：
用于照亮掌静脉采集区域的照明模块；
用于对所述掌静脉采集区域进行掌静脉图像采集的近红外摄像头模块；
用于将近红外摄像头模块采集的掌静脉图像进行上传的图像传输模块；
用于控制所述照明模块工作状态及近红外摄像头模块工作状态的控制模块；
用于为所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块供电的电源；
所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块、控制模块以及电源相互电性连接；
所述照明模块套设于所述近红外摄像头模块上；
所述照明模块包括多个近红外LED灯，所述多个近红外LED灯均匀分布在所述近红外摄像头模块的四周；
所述近红外摄像头模块设置在内盒中，所述内盒嵌设在外盒中。
在本发明较佳的实施例中，所述装置还包括：
用于感应手掌接近所述近红外摄像头模块的传感器，所述传感器设置在所述近红外摄像头模块上。
在本发明较佳的实施例中，所述控制模块在所述传感器感应到手掌时开启所述照明模块，并控制所述近红外摄像头模块进行掌静脉图像采集。
在本发明较佳的实施例中，所述控制模块通过调节所述电源提供给所述照明模块电流的大小以改变所述照明模块的亮度。
在本发明较佳的实施例中，所述近红外摄像头模块采用广角摄像头，所述近红外摄像头模块包括：
用于将光信号转化为电信号的对预设波段的近红外光敏感的CMOS传感器。
在本发明较佳的实施例中，所述内盒远离所述近红外摄像头模块的一面嵌设有只允许红外光透过的透红外滤光片，经手掌反射的红外光经由所述透红外滤光片进入所述近红外摄像头模块以形成所述掌静脉图像。
在本发明较佳的实施例中，所述多个近红外LED灯为贴片式LED灯，所述照明模块还包括与所述多个近红外LED灯电性连接用于保护所述多个近红外LED灯的保护电阻。
在本发明较佳的实施例中，所述照明模块还包括，设置在所述多个近红外LED灯上，用于将所述多个近红外LED灯发出的光进行均匀处理的匀光片。
在本发明较佳的实施例中，所述多个近红外LED灯为850nm、880nm、940nm的近红外LED灯中的一种。
就掌静脉识别系统而言，本发明较佳的实施例还提供了一种掌静脉识别系统，所述系统包括上述任意一项所述的掌静脉采集装置以及与所述掌静脉采集装置连接的计算设备，所述计算设备对所述掌静脉采集装置采集的所述掌静脉图像进行图像处理提取出手掌的轮廓，进而提取所述掌静脉图像中的掌静脉特征，并将其与预先存储的掌静脉特征进行比对，判断是否与预先存储的掌静脉图像匹配。
相对于现有技术而言，本发明提供的掌静脉采集装置及识别系统，具有以下有益效果：
本发明实施例提供了掌静脉采集装置及掌静脉识别系统，所述掌静脉采集装置包括照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块，电源为所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块供电。照明模块用于照亮掌静脉采集区域，近红外摄像头模块用于进行掌静脉图像采集，图像传输模块用于将近红外摄像头模块采集的掌静脉图像进行上传，控制模块用于控制所述照明模块、近红外摄像头模块的工作状态。其中，套设于所述近红外摄像头模块上的照明模块包括多个近红外LED灯，所述多个近红外LED灯均匀分布在所述近红外摄像头模块的四周。所述近红外摄像头模块设置在内盒中，所述内盒嵌设在外盒中。由此，降低了成本，同时可以实时稳定地采集到清晰的掌静脉图像。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的掌静脉采集装置的方框示意图。
图2为本发明实施例提供的掌静脉采集装置的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的掌静脉采集装置的局部示意图。
图4为图3中的近红外摄像头模块的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的掌静脉采集装置的示例图。
图6为本发明实施例提供的850nm波段的采集效果图。
图7为本发明实施例提供的880nm波段的采集效果图。
图8为本发明实施例提供的940nm波段的采集效果图。
图9为本发明实施例提供的掌静脉识别系统的结构示意图。
图10为本发明实施例提供的计算设备的方框示意图。
图标：10-掌静脉识别系统；100-掌静脉采集装置；110-照明模块；112-LED灯；114-连接线；116-保护电阻；118-匀光片；120-近红外摄像头模块；122-CMOS传感器；124-镜头；130-图像传输模块；140-控制模块；150-传感器；160-电源；170-内盒；174-透红外滤光片；180-外盒；200-计算设备；210-存储器；220-存储控制器；230-处理器；300-手掌。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如何提供一种在不同环境下能够实时稳定采集掌静脉图像的掌静脉采集装置及掌静脉识别系统，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下面的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
请参照图1，图1是本发明较佳实施例提供的掌静脉采集装置100的方框示意图。所述掌静脉采集装置100包括照明模块110、近红外摄像头模块120、图像传输模块130、控制模块140以及电源160。
所述照明模块110套设于所述近红外摄像头模块120上。在本发明的一种实施方式中，所述近红外摄像头模块120的主体高于底板，所述照明模块110中心区域设置有通孔。将所述照明模块110垫高至于所述近红外摄像头模块120的主体底部所在平面。通过一圆环将所述近红外摄像头模块120与所述照明模块110隔离。
所述图像传输模块130将近红外摄像头模块120采集的掌静脉图像进行上传。所述控制模块140控制所述照明模块110的工作状态及近红外摄像头模块120的工作状态。
所述电源160为所述照明模块110、近红外摄像头模块120、图像传输模块130以及控制模块140供电。所述照明模块110、近红外摄像头模块120、图像传输模块130及控制模块140相互电性连接。
可以理解的是，图1所示的结构仅为掌静脉采集装置100的一种方框示意图，所述掌静脉采集装置100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
请参照图2，图2是本发明较佳实施例提供的掌静脉采集装置100的结构示意图。所述掌静脉采集装置100还包括内盒170及外盒180。所述内盒170嵌设在所述外盒180中。所述照明模块110以及所述近红外摄像头模块120设置在所述内盒170中。在本发明的一种实施方式中，所述外盒180由塑料材质制成。通过封装，所述掌静脉采集装置100的结构更为简洁、紧凑。
所述内盒170远离所述近红外摄像头模块120的一面嵌设有只允许红外光透过的透红外滤光片174。所述近红外摄像头模块120设置在所述透红外滤光片174下。
请参照图3，所述照明模块110用于照亮掌静脉采集区域。所述照明模块110包括多个近红外LED(light emitting diode，发光二极管)灯112，所述多个近红外LED灯112均匀分布在所述近红外摄像头模块120的主体的四周。所述多个LED灯112通过连接线114与电源160相连形成回路。
所述控制模块140通过调节所述电源160提供所述照明模块110电流的大小以改变所述照明模块110的亮度。
在本发明的一种实施方式中，在所述多个LED灯112与电源160形成的回路中还可以包括用于保护所述多个近红外LED灯112的保护电阻116。
LED灯112可分为贴片式LED灯、直插式LED灯。优选地，本发明较佳的实施例中，所述多个近红外LED灯112为贴片式LED灯。
请再次参照图3，所述掌静脉采集装置100还包括传感器150。在本发明的一种实施方式中，所述传感器150设置在所述近红外摄像头模块120上，用于感应手掌300接近所述近红外摄像头模块120。
所述传感器150在感应到手掌300时，向控制模块140发送信号。所述控制模块140接收信号后，开启所述照明模块110，并控制所述近红外摄像头模块120进行掌静脉图像采集。
请参照图4，所述照明模块110还包括匀光片118，所述匀光片118设置在所述多个近红外LED灯112上。所述匀光片118将所述多个近红外LED灯112发出的红外光进行均匀处理。
请参照图5，图4为图1中的近红外摄像头模块120的结构示意图。近红外相机将手掌300反射回来的光信号转换为图像信息，所述近红外相机的性能直接影响所述掌静脉图像的质量。近红外相机包括用于对掌静脉采集区域进行掌静脉图像采集的所述近红外摄像头模块120。在本发明的一种实施方式中，所述近红外摄像头模块120的像素为30W，采用广角摄像头(如，90度)，使得焦距变小，进而所述掌静脉采集装置100体积变小。所述近红外摄像头模块120包括CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器122、及镜头124。
所述CMOS传感器122将光信号转化为电信号。CMOS传感器122分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。所述CMOS传感器122成像的核心是感光二极管。感光二极管又叫光电二极管、光敏二极管。所述感光二极管的管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，工作时加的是反向电压。
无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时感光二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流增加，形成光电流，饱和反向漏电流随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。感光二极管独特的结构使其PN结接收光子之后实现光信号到电信号的转变，而电信号的强弱则与进行转换的光子的数量有关。
请参照图4及图5，所述多个近红外LED灯112发出红外光，红外光经过所述匀光片118对其进行均匀处理，然后照射至手掌300。经手掌300反射回来的红外光依次穿过所述内盒170上的透红外滤光片174及镜头124、，进入所述CMOS传感器122中形成所述掌静脉图像。
所述多个近红外LED灯112为850nm、880nm、940nm的近红外LED灯中的一种。请参照图6、图7及图8，分别是将峰值波长为850nm、880nm、940nm的多个近红外LED灯112作为光源时，所述近红外摄像头模块120采集的掌静脉图像。
经发明人试验发现，在850nm、880nm波段，近红外LED灯112均发生红暴现象，造成图像局部过亮。其中，红暴现象是指滤光不净、有少量红光被人眼看到的现象。虽然设置匀光片118、透红外滤光片174可以消除过亮的问题，但会导致图像变模糊。
在940nm波段，近红外LED灯112没有发生红暴现象，采集的掌静脉图像比较清晰，可以满足要求。优选地，本发明较佳实施例中，所述多个近红外LED灯112为940nm的近红外LED灯。
请参照图9，本发明的较佳实施例还提供了一种掌静脉识别系统10。所述掌静脉识别系统10包括上述掌静脉采集装置100及与所述掌静脉采集装置100连接的计算设备200。所述计算设备200对所述掌静脉采集装置100采集的所述掌静脉图像进行图像处理提取出手掌300的轮廓，进而提取所述掌静脉图像中的掌静脉特征，并将其与预先存储的掌静脉特征进行比对，判断是否与预先存储的掌静脉图像匹配。
所述掌静脉采集装置100通过图像传输模块130将采集的掌静脉图像传输给所述计算设备200。传输的方式可以是，但不限于，所述掌静脉采集装置100可以通过无线网络将所述掌静脉图像发送给计算设备200。也可以是掌静脉采集装置100上设置有USB接口，通过USB接口与所述计算设备200进行连接，从而将所述掌静脉图像发送给计算设备200。
请参照图10，图10是本发明较佳实施例提供的计算设备200的方框示意图。所述计算设备200包括存储器210、存储控制器220以及处理器230。
所述存储器210、存储控制器220及处理器230各元件之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。存储器210中存储对掌静脉图像进行图像处理的处理系统，所述处理系统包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器210中的软件功能模块。所述处理器230通过运行存储在存储器210内的软件程序以及模块，从采集到的掌静脉图像中提取手掌300的轮廓，并基于提取的手掌300的轮廓，提取所述掌静脉图像中的掌静脉特征，并将其与预先存储的掌静脉特征进行比对，判断是否与预先存储的掌静脉图像匹配。
其中，所述存储器210可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器210用于存储程序及数据(比如，本实施例中预先存储的掌静脉特征)，所述处理器230在接收到执行指令后，执行所述程序。所述处理器230以及其他可能的组件对存储器210的访问可在所述存储控制器220的控制下进行。
所述处理器230可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器230可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
综上所述，本发明实施例提供了掌静脉采集装置及掌静脉识别系统，所述掌静脉采集装置包括照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块，电源为所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块供电。所述照明模块套设于近红外摄像头模块上。所述照明模块包括多个近红外LED灯，所述多个近红外LED灯均匀分布在所述近红外摄像头模块的四周。所述控制模块通过控制所述照明模块的工作状态以及所述近红外摄像头模块的工作状态，从而达到降低成本、实现实时稳定地采集到清晰的掌静脉图像的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种掌静脉采集装置，其特征在于，所述装置包括：
用于照亮掌静脉采集区域的照明模块；
用于对所述掌静脉采集区域进行掌静脉图像采集的近红外摄像头模块；
用于将近红外摄像头模块采集的掌静脉图像进行上传的图像传输模块；
用于控制所述照明模块工作状态及近红外摄像头模块工作状态的控制模块；
用于为所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块以及控制模块供电的电源；
所述照明模块、近红外摄像头模块、图像传输模块、控制模块以及电源相互电性连接；
所述照明模块套设于所述近红外摄像头模块上；
所述照明模块包括多个近红外LED灯，所述多个近红外LED灯均匀分布在所述近红外摄像头模块的四周；
所述近红外摄像头模块设置在内盒中，所述内盒嵌设在外盒中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
用于感应手掌接近所述近红外摄像头模块的传感器，所述传感器设置在所述近红外摄像头模块上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制模块在所述传感器感应到手掌时开启所述照明模块，并控制所述近红外摄像头模块进行掌静脉图像采集。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块通过调节所述电源提供给所述照明模块电流的大小以改变所述照明模块的亮度。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述近红外摄像头模块采用广角摄像头，所述近红外摄像头模块包括：
用于将光信号转化为电信号的对预设波段的近红外光敏感的CMOS传感器。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述内盒远离所述近红外摄像头模块的一面嵌设有只允许红外光透过的透红外滤光片，经手掌反射的红外光经由所述透红外滤光片进入所述近红外摄像头模块以形成所述掌静脉图像。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述多个近红外LED灯为贴片式LED灯，所述照明模块还包括与所述多个近红外LED灯电性连接用于保护所述多个近红外LED灯的保护电阻。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述照明模块还包括，设置在所述多个近红外LED灯上，用于将所述多个近红外LED灯发出的光进行均匀处理的匀光片。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个近红外LED灯为850nm、880nm、940nm的近红外LED灯中的一种。
10.一种掌静脉识别系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-9中任意一项所述的掌静脉采集装置以及与所述掌静脉采集装置连接的计算设备，所述计算设备对所述掌静脉采集装置采集的所述掌静脉图像进行图像处理提取出手掌的轮廓，进而提取所述掌静脉图像中的掌静脉特征，并将其与预先存储的掌静脉特征进行比对，判断是否与预先存储的掌静脉图像匹配。
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