CN111767758A - 手指静脉识别系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及手指静脉识别系统。手指静脉识别系统包括IR相机、具有传感器和IR LED阵列的把手，以及用于控制LED阵列并处理从相机接收的图像信号的微处理器。可以基于用户手指的位置和环境来改变LED阵列中的每个LED的发光，这改善了由IR相机捕获的图像的质量。传感器检测用户的接近度并激活系统。

Description

手指静脉识别系统

技术领域

本发明一般地涉及图像获取系统，并且更具体地说，涉及一种用于手指静脉图像获取和识别的装置。

背景技术

生物特征识别或简称为生物识别涉及使用例如指纹、掌纹、面部、虹膜、声音和步态之类的独特的解剖学和行为学特征，用于个人辨识。生物识别不仅用于辨识，还用于安全系统中以允许进入或访问诸如计算机文件和数据库、实验室和办公室以及甚至家庭和汽车之类的安全区域，这是因为生物识别比传统方法(如钥匙或ID卡或密码和PIN)更方便，而其中传统方法需要携带物理物体或要记住短语或代码。

在生物识别中，手指静脉辨识变得越来越流行，这是因为它比其它识别系统(手指或掌纹、面部和虹膜)更安全。在手指静脉识别系统中，不可见光通过手指并且相机用于捕获由光照亮的静脉的图像。然后将所捕获的图像与已知的图案进行比较以进行辨识。与其它生物识别不同，静脉图案隐藏在皮肤下方，这使得更难以更改或欺骗。

因此，具有准确且可靠的手指静脉识别系统将是有利的。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解本发明的优选实施例的以下详细描述。通过示例的方式说明了本发明，并且本发明不受附图的限制，在附图中相似的附图标记指示相似的元件。

图1A示出了静脉识别系统的示例，其中系统的图像传感器安装在汽车门中，并且图1B示出了设置在图1A的汽车的门把手的内侧上的静脉识别系统的照明系统；

图2A示出了图1A的静脉识别系统的示例，其中系统的图像传感器安装在办公楼的门上，并且图2B示出了设置在图2A的门的门把手的内侧上的静脉识别系统的照明系统；

图3A说明了放置在图1B或图2B的任一系统的门把手上的手指；并且图3B说明了检测到的手指位置；

图4是根据本发明的实施例的静脉识别系统的示意框图；和

图5是根据本发明的实施例的识别手指静脉的方法的流程图。

具体实施方式

附图的详细描述旨在作为对本发明的当前优选实施例的描述，而不旨在表示可以实践本发明的唯一形式。应当理解，相同或等同的功能可以通过旨在包含在本发明的精神和范围内的不同实施例来实现。

在一个实施例中，本发明提供了一种手指静脉识别系统，该系统包括图像捕获装置、灯阵列和微处理器。图像捕获装置附着到第一表面，并且灯阵列以与第一表面和图像捕获装置面对的布置附着到第二表面。微处理器电连接到图像捕获装置和灯阵列，并且被配置为单独地调节灯阵列中的每个灯的强度。微处理器从图像捕获装置接收图像数据并处理图像数据以检测其中的手指静脉图案。

在另一个实施例中，触摸传感器与第二表面和灯阵列中的至少一个相关联。触摸传感器感测用户的存在并向微处理器传送指示用户存在的触摸信号。然后，微处理器响应于触摸信号产生唤醒信号并将唤醒信号发送到图像捕获装置和灯阵列。唤醒信号接通灯阵列和图像捕获装置。

在又一个实施例中，本发明提供了一种识别用户的一个或多个手指中的静脉的方法。该方法包括接通整个灯阵列的步骤，其中灯阵列位于门把手的内侧上并照亮用户的一个或多个手指；并且该方法包括接通图像捕获装置，其中图像捕获装置位于与门把手相关联的门上，并且与灯阵列处于面对关系。然后，图像捕获装置捕获一个或多个手指的图像。所捕获的图像被分析以确定一个或多个手指的位置，并且响应于确定一个或多个手指的位置，调节灯阵列中的各个灯的亮度。在调节亮度之后捕获一个或多个手指的附加图像，并且附加图像被分析以确定一个或多个手指的手指静脉图案。将所确定的手指静脉图案与存储在数据库中的一个或多个已知的手指静脉图案进行比较。如果图案匹配，则可以打开门，而如果没有匹配，则门将维持关闭。

本发明的各个实施例提供了一种手指静脉识别系统，该系统包括唤醒图像捕获装置和灯阵列的传感器，例如触摸或运动传感器。可以通过微处理器调节灯阵列的各个灯的强度，这允许图像捕获装置获得高质量的手指静脉图像。

现在参考图1A，示出了与汽车门12和门把手14集成的手指静脉识别系统10的示例。图1A示出了系统10的图像捕获装置16安装在门12中，使得图像捕获装置16聚焦在门把手14的背侧。在当前优选实施例中，图像捕获装置16包括电荷耦合装置(CCD)。

图1B示出了设置在门把手14的背侧上的手指静脉识别系统10的照明系统18，使得照明系统18与图像捕获装置16处于面对关系。在当前优选实施例中，照明系统图18包括发射近红外光的发光二极管(LED)阵列。手指静脉识别系统10使用由LED阵列发射的近红外光来照明人的一个或多个手指，其中来自LED的光穿透手指并被血液中的血红蛋白吸收。并且由于血红蛋白位于静脉中，静脉的图像被图像捕获装置16捕获。来自LED的光可以具有740nm和960nm之间的波长，并且优选地是大约850nm。然而，如本领域技术人员将理解的，也可以使用远红外光。因此，图像捕获装置16包括滤光器，该滤光器被配置为仅允许从照明系统18入射的具有特定波长(例如，850nm)的光。图像捕获装置16和照明系统18都使用设置在门12内的现有的线束接收电力。并且如下面将更详细讨论的，图像捕获装置16和照明系统18也可以使用现有的线束与微处理器通信。

图2A示出了图1A的手指静脉识别系统10的示例，其中图像捕获装置16安装在办公室、房间、实验室或建筑物的门20上，并且图2B示出了附着到与门20相关联的门旋钮或把手22的照明系统18。

图3A说明了放置在门把手32上的四个手指30，门把手32可以是图1B和图2B中所示的门把手12或22中的一个，并且图3B说明了由图像捕获装置检测到的手指位置，然后特定的LED 34被照亮以便捕获手指30中的静脉图像。LED被单独地控制以允许足够的亮度来捕获一个或多个手指中的高质量的静脉图像。

图4是根据本发明的实施例的手指静脉识别系统40的示意框图。系统40包括CCD42、触摸传感器44、LED阵列46和微处理器48。如图1A和图2A中所示的，CCD 42以与门把手的背侧面对的关系设置，并且LED阵列46设置在门把手的背侧，使得当用户将他或她的手指缠绕在门把手周围时，手指横越LED阵列46。LED阵列46照亮手指静脉，并且CCD 42捕获手指静脉的图像。

微处理器48电连接到CCD 42和LED阵列46，并控制灯阵列的每个灯的强度。微处理器48从CCD接收图像数据并处理图像数据以检测其中的手指静脉图案。微处理器48可以是可从荷兰埃因霍温的恩智浦半导体公司(NXP Semiconductors)获得的S32OR I.MX系列微控制器。在一个实施例中，微处理器48包括

MCIMX8QXP MPU，其通常用于汽车应用中。如将参考图5更详细地讨论的，微处理器48包括用于存储已知图像数据的本地存储器，已知图像数据用于与CCD 42捕获的图像数据进行比较以检测匹配条件。如果捕获的图像数据与预先存储的图像数据匹配，则可以由用户打开门。本地存储器应足够大以存储至少一个授权用户的已知手指静脉图像，但是在大多数实施例中，多个用户的手指静脉图像数据可以存储在存储器中。也就是说，存储器包括用户图像数据的数据库。本领域技术人员将理解，所存储的图像数据可以是表示图像的数学模板或矢量的形式，并且矢量的大小被设定为适当的大小，例如256或512字节，如果存储器大小有限，则可以有效利用存储器空间。

虽然优选的是授权用户的图像数据存储在微处理器48的本地存储器中，但是本领域技术人员将理解，微处理器48可以连接到网络以访问存储在非本地存储器中(例如在云中)的图像数据。在一个实施例中，匹配条件使微处理器48向门传送解锁信号，然后门被解锁。

手指静脉识别系统40还包括靠近门把手的传感器44。在一个实施例中，传感器44包括触摸传感器，当触摸传感器(由用户)触摸时，触摸传感器向微处理器48发送触摸信号。在其它实施例中，可以使用其它类型的传感器，例如运动传感器或检测从钥匙链(例如，用户佩戴的IOT装置)等传送的RFID信号的RFID传感器。如果微处理器48处于睡眠、空闲或低功率模式，则触摸信号用于唤醒处理器48。处理器48然后向CCD 42和LED阵列46发送唤醒信号以激活CCD 42和LED阵列46。传感器44优选地与门把手和LED阵列46中的至少一个相关联，用于检测用户的手的存在。

图5是根据本发明的实施例的识别手指静脉的方法50的流程图。在空闲或待机状态52开始，如上所述，系统被检测用户的存在的传感器(例如，触摸传感器)唤醒。在步骤54，如果触摸传感器检测到用户的存在，则执行步骤56，否则，系统维持待机状态。在步骤56，微处理器向CCD和LED阵列发送唤醒信号。在步骤58，LED阵列被接通，并且在步骤60，当用户将他或她的手指放在LED阵列之上时，CCD捕获手指的图像并将该初始图像数据发送到微处理器。

在步骤62，微处理器分析初始图像数据以确定相对于LED阵列的手指位置，然后在步骤64，微处理器调节位于手指下方的二极管的亮度(如图3B中所示的)。以这种方式，用户的手指以及因此手指静脉将被良好地照明，使得CCD可以捕获高质量的图像数据。此外，通过单独地调节LED亮度，可以捕获手指中较深处的那些静脉以及更接近皮肤的静脉，从而形成非常安全的系统。

在步骤66，CCD捕获用户的两个或更多个手指的静脉的图像。在步骤70和72，由CCD捕获的图像数据由微处理器处理，以将数据转换成可以与预先存储在数据库中的图像数据进行比较的形式。也就是说，CCD在步骤66连续收集N帧图像，并在步骤68同时调节各个LED的亮度，使得手指区域的灰度直方图均匀地分布。然后对具有更高质量的图像进行平均，并且使用与手指位置数据的AND运算来处理平均图像以获得获取图像。

在步骤74，将处理后的图像数据与存储在数据库中的一个或多个图像进行比较。例如，对于汽车，可能只有2或3个授权用户，因此微处理器仅需要存储2或3个不同用户的手指静脉数据。因此，可以非常快速地进行比较。在当前优选的实施例中，系统捕获两个或更多个手指的图像，然后将捕获的数据与两个或更多个手指的已知图像进行比较。例如，系统可以使用来自食指和中指的数据，这将使系统比仅仅使用食指的数据更安全。可替换地，可以捕获并比较两个手指的图像数据，但是匹配可能仅需要捕获的手指静脉图像中的一个用于匹配。如果匹配，则在步骤76，门被解锁(即，微处理器向门锁模块发送解锁信号)，并且如果没有匹配，则门将维持锁定并且系统将继续收集图像改善图片质量或将超时并返回待机状态。

系统100提供睡眠或空闲直到被传感器信号激活的优点。另一个优点是配置微处理器以单独地调节LED的亮度以获得高质量的图像，其中可以对皮肤下方更深的静脉成像，而不仅仅是接近皮肤表面的静脉，这得到安全准确的系统。

虽然已经说明和描述了本发明的各种实施例，但是很明显，本发明不仅限于这些实施例。在不脱离如权利要求中所述的本发明的精神和范围的情况下，对于本领域技术人员来说，许多修改、改变、变化、替换和等同物将是明显的。

Claims (9)

1.一种手指静脉识别系统，包括：

附着到第一表面的图像捕获装置；

附着到第二表面的灯阵列，所述第二表面与所述第一表面和所述图像捕获装置面对布置；

微处理器，电连接到所述图像捕获装置和所述灯阵列，其中(i)所述灯阵列中的每个灯的强度能够由所述微处理器调节，以及(ii)所述微处理器从所述图像捕获装置接收图像数据并处理所述图像数据以检测其中的手指静脉图案；和

触摸传感器，与所述第二表面和所述灯阵列中的至少一个相关联，其中：(i)所述触摸传感器电连接到所述微处理器并向所述微处理器传送触摸信号，(ii)所述微处理器响应于所述触摸信号产生唤醒信号并向所述图像捕获装置和所述灯阵列发送所述唤醒信号，以及(iii)所述唤醒信号接通所述灯阵列和所述图像捕获装置。

2.根据权利要求1所述的手指静脉识别系统，其中，所述图像捕获装置包括CCD相机。

3.根据权利要求2所述的手指静脉识别系统，其中，所述图像捕获装置包括滤光器，所述滤光器被配置为仅允许从灯阵列入射的具有特定波长的光通过。

4.根据权利要求3所述的手指静脉识别系统，其中，所述灯阵列包括发射近红外光的发光二极管LED阵列。

5.根据权利要求1所述的手指静脉识别系统，其中，所述第一表面包括门，并且所述第二表面包括门把手或旋钮。

6.一种识别用户的一个或多个手指中的静脉的方法，包括以下步骤：

接通灯阵列中的所有灯，其中所述灯阵列位于门把手的内侧并照亮用户的所述一个或多个手指；

接通图像捕获装置，其中所述图像捕获装置位于与所述门把手相关联的门上，并且与所述灯阵列处于面对关系并捕获所述一个或多个手指的图像；

分析所捕获的图像以确定所述一个或多个手指的位置；

响应于确定所述一个或多个手指的位置，调节所述灯阵列的各个灯的亮度；

在调节亮度之后捕获所述一个或多个手指的附加图像；

分析所述附加图像以确定用户的所述一个或多个手指的手指静脉图案；

将所确定的手指静脉图案与存储在数据库中的一个或多个已知的手指静脉图案进行比较；以及

响应于比较，阻止和允许门打开。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

传感器检测用户的存在并产生触摸信号；

所述微处理器接收来自所述传感器的所述触摸信号并产生唤醒信号；以及

所述图像捕获装置和所述灯阵列接收所述唤醒信号并响应于此而被激活。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述图像捕获装置捕获用户的两个或更多个手指的静脉的图像，并且所述微处理器将所捕获的所述两个或更多个手指的图像与存储在数据库中的手指静脉图像进行比较。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述数据库包括存储在所述微处理器的本地存储器中的图像数据。

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