CN203192002U - 一种手指静脉采集与识别装置 - Google Patents

Abstract

一种手指静脉采集与识别装置，手指静脉采集器设置在壳体内，其包括手指静脉采集窗口、手指静脉图像采集单元，以及数据传输连接座，壳体内还设有控制单元、分别与控制单元连接的外部通讯接口、人机交互界面、输出控制电路，以及实时时钟电路，控制单元是主从式双CPU架构的控制单元，包括采用模块化设计的主控单元以及与其连接的采用模块化设计的从控单元。易于实现识别设备的扩展功能，以辅助提高管理力度及可靠性。克服了现有同类型的手指静脉采集装置体积大的缺陷，大大降低了系统成本。本实用新型可以为用户提供考勤、门禁等功能，独立完成用户手指静脉采集、手指静脉比对、异常报警和控制信号输出，显著提高了手指静脉采集速率和识别精度。

Description

一种手指静脉采集与识别装置

技术领域

本实用新型涉及应用电子电路进行生物特征识别的方法或装置，特别涉及一种手指静脉采集与识别装置。

背景技术

指纹识别基于人体指纹的外层特征，难以对相关人员在残留的光滑物体表面伪造指纹进行防伪，存在潜在的安全隐患。而手指静脉位于人体表皮下面，几乎是不可伪造的，静脉识别作为新兴的生物识别技术，安全性非常高，不会遗失，不会被窃，无记忆密码负担。本申请人的在先专利CN102609691A公开了《一种手指静脉采集装置》，包括壳体、设置在壳体下方的图像接收面的互补金属氧化物半导体CMOS传感器和设置在壳体上方的背光单元，其特征在于：所述壳体中部设有手指孔，在壳体内与手指孔相对的位置为手指按压面，所述手指按压面是作为手指静脉采集窗口的凹形槽，手指静脉采集窗口的尺寸大于10.0mm×25.0mm；在所述壳体内设有包括电路控制模块和光机成像系统的手指静脉图像采集器；所述电路控制模块包括控制所述CMOS传感器完成采集图像数据的主控芯片、提供时钟信号给主控芯片的晶体振荡电路、存储单元芯片、加密芯片、降压集成电路，以及与计算机通讯进行数据传输的数据通讯单元，所述主控芯片分别与CMOS传感器、晶体振荡电路、存储单元芯片、加密芯片、降压集成电路和数据通讯单元连接；所述光机成像系统是透镜系统，所述透镜系统包括顺应光路安装在手指静脉采集窗口正下方的红外滤光片、设置在红外滤光片正下方的平面反射镜和平凸透镜，所述平面反射镜与水平面成45°夹角。该实用新型采用模块化设计，其光机成像系统采用了合理的光源设计，缩减了长度，可以使用价格低廉的非专业镜头，电路控制模块采用小封装，克服了现有同类型的手指静脉采集装置体积大的缺陷，大大降低了系统成本，且便于携带，还可以与计算机联合使用完成用户手指静脉采集、手指静脉比对、异常报警、控制信号输出功能，显著提高了手指静脉采集速率和识别精度。但是，该实用新型只是以模块形式存在，必须与计算机连用才能为用户提供考勤、门禁等功能。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是对本申请人的在先专利CN102609691A的进一步改进，提供一种手指静脉采集与识别装置。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种手指静脉采集与识别装置，包括采用模块化设计的手指静脉采集器与壳体，所述手指静脉采集器设置在所述壳体内，其包括手指静脉采集窗口、手指静脉图像采集单元，以及数据传输连接座。

这种手指静脉采集与识别装置的特点是：

所述壳体内还设有控制单元、分别与所述控制单元连接的外部通讯接口、人机交互界面、输出控制电路，以及实时时钟电路。

所述壳体内还设有锁控和报警装置，所述锁控和报警装置与壳体内的输出控制电路连接。

所述控制单元是主从式双CPU架构的控制单元，包括采用模块化设计的主控单元，以及与其连接的采用模块化设计的从控单元。

所述主控单元设有手指静脉采集单元、手指静脉比对单元、数据通讯单元、数据存储单元，以及输出控制单元，所述主控单元分别与所述手指静脉采集器的数据传输连接座、所述外部通讯接口连接，用于实现手指静脉采集、手指静脉比对、数据通讯、数据存储和输出控制。

所述从控单元设有键盘扫描单元、显示驱动单元、数据备份单元、应急控制单元，以及实时时钟单元，所述从控单元分别与所述人机交互界面、所述实时时钟电路、所述输出控制电路连接，用于键盘扫描、数据备份、应急控制和提供实时时钟。

所述外部通讯接口是RS232接口、RS485接口、以太网接口、GPRS以及WIFI接口中的至少一种，用于与外部的PC机或其他装置进行数据通讯。

所述人机交互界面是包括指示灯、智能语音提示器件，以及采用模块化设计的键盘和液晶显示器的人机交互界面，在登记或识别的过程中根据具体问题，作出相应的语音提示被采集者如何配合，以提高采集的速度。

所述实时时钟电路是采用型号为ZT-C08803A芯片的实时时钟电路，用于提供实时时钟。

本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，主频率500MHz。

所述从控单元是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器AT89S52，所述从控单元的微控制器插针座与主控单元的CPU通过对应的插针连接。

所述RS232接口是型号为SP232EEN-L的RS232接口。

所述RS485接口是型号为5LBC184的RS485接口。

所述以太网接口是型号为DM9000E的以太网接口。

所述GPRS接口与主控单元的CPU的串行通信接口连接。

所述WIFI接口是型号为AU9254A21的WIFI接口。

本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决：

所述壳体中部设有手指孔，在壳体内与手指孔相对的位置为手指按压面，所述手指按压面是作为手指静脉采集窗口的凹形槽，手指静脉采集窗口的尺寸大于10.0mm×25.0mm。采集窗口为凹形槽，方便手指伸入并按压，将采集手指静脉图像信息的光线呈现在图像接收面。

所述手指静脉图像采集单元包括设置在壳体内图像接收面上采集图像的互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，缩略词为CMOS）传感器、主板即电路控制模块，以及光机成像系统。

所述CMOS传感器是分辨率为30万像素的彩色CMOS传感器，用于采集手指静脉图像。

所述电路控制模块是小封装的电路控制模块，包括控制CMOS传感器完成采集图像数据的主控芯片、分别与主控芯片连接的存储单元芯片、提供时钟信号给主控芯片的晶体振荡电路、加密芯片、降压集成电路，以及照明单元。所述主控芯片用于手指静脉采集、手指静脉图像校正、数据通讯和输出控制，所述存储单元芯片用于存储功能文件，以便完成采集后的登记与识别，所述晶体振荡电路用于向主控芯片提供时钟信号，所述加密芯片用于下载自有软件算法和代码，对被采集者重要数据提供全方位、高安全度的保护，维护自身权益，避免软件盗版，所述降压集成电路用于将来自数据传输连接座的电源降压后向主控芯片和CMOS传感器提供电源，所述照明单元用于发射透射手指的近红外光。

所述照明单元是设有亮度调整单元的近红外光照射源，所述近红外光照射源是一组波长为850nm的近红外发光二极管（Light Emitting Diode，缩略词为LED），设置在壳体内，正对被采集者的手指静脉采集窗口正上方，所述亮度调整单元用于调整近红外光照射源的亮度，亮度的调整基于所述存储单元芯片存储的用于自动曝光的校正曲线。

所述光机成像系统是透镜系统，设置在壳体中部，其包括顺应光路安装在手指静脉采集窗口正下方的红外滤光片、设置在所述红外滤光片正下方的使体积更加小型化的平面反光镜面和平凸透镜，所述平面反光镜面的尺寸为21mm×27mm，与水平面成45°夹角，将光线准确反射至垂直于底面放置的平凸透镜中，所述光机成像系统中的红外滤光片、平面反光镜面和平凸透镜的间距由要求的图像质量决定。所述照明单元发射的透射手指的近红外光经平面反光镜面反射进入平凸透镜，再折射进所述手指静脉图像采集单元的CMOS传感器的感光阵列上，由所述电路控制模块将接收到的手指静脉图像转换成电信号输出，采集手指静脉图像。

所述数据传输连接座是包括带静电保护的通用串行总线USB连接座。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

本实用新型的手指静脉采集器、主控单元的CPU、从控单元的微控制器、以及人机交互界面的键盘、液晶显示器都采用模块化设计，易于实现识别设备的扩展功能，以辅助提高管理力度及可靠性。手指静脉采集器的光机成像系统的光源设计合理，缩减了长度，电路控制模块采用小封装，克服了现有同类型的手指静脉采集装置体积大的缺陷，大大降低了系统成本。本实用新型可以为用户提供考勤、门禁等功能，独立完成用户手指静脉采集、手指静脉比对、异常报警和控制信号输出，显著提高了手指静脉采集速率和识别精度。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的手指静脉采集器的光路图；

图2是本实用新型具体实施方式的组成方框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。

一种如图1～2所示的手指静脉采集与识别装置，包括采用模块化设计的手指静脉采集器1与壳体，手指静脉采集器1设置在壳体内，其包括手指静脉采集窗口、手指静脉图像采集单元，以及包括带静电保护的通用串行总线USB连接座的数据传输连接座10。

壳体内还设有控制单元2、分别与控制单元2连接的外部通讯接口13、人机交互界面4、输出控制电路5，以及实时时钟电路7。

壳体内还设有锁控和报警装置6，锁控和报警装置6与壳体内的输出控制电路5连接。

控制单元2是主从式双CPU架构的控制单元，包括采用模块化设计的主控单元8，以及与其连接的采用模块化设计的从控单元9。

主控单元8是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，主频率500MHz，其设有手指静脉采集单元、手指静脉比对单元、数据通讯单元、数据存储单元以及输出控制单元，主控单元8分别与手指静脉采集器1的数据传输连接座10、外部通讯接口3连接，用于实现手指静脉采集、手指静脉比对、数据通讯、数据存储和输出控制。

从控单元9是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器AT89S52，从控单元的微控制器插针座与主控单元的CPU通过对应的插针连接，其设有键盘扫描单元、显示驱动单元、数据备份单元、应急控制单元以及实时时钟单元，从控单元9分别与人机交互界面4、实时时钟电路7、输出控制电路5连接，用于键盘扫描、数据备份、应急控制和提供实时时钟。

外部通讯接口3是RS232接口、RS485接口、以太网接口、GPRS以及WIFI接口中的至少一种，用于与外部的PC机或其他装置进行数据通讯。

RS232接口是型号为SP232EEN-L的RS232接口。

RS485接口是型号为5LBC184的RS485接口。

以太网接口是型号为DM9000E的以太网接口。

GPRS接口与主控单元8的CPU的串行通信接口连接。

WIFI接口是型号为AU9254A21的WIFI接口。

人机交互界面4是包括指示灯、智能语音提示器件，以及采用模块化设计的键盘和液晶显示器的人机交互界面，在登记或识别的过程中根据具体问题，作出相应的语音提示被采集者如何配合，以提高采集的速度。

实时时钟电路7是采用型号为ZT-C08803A芯片的实时时钟电路，用于提供实时时钟。

壳体中部设有手指孔，在壳体内与手指孔相对的位置为手指按压面，手指按压面是作为手指静脉采集窗口的凹形槽，手指静脉采集窗口的尺寸大于10.0mm×25.0mm。采集窗口为凹形槽，方便手指伸入并按压，将采集手指静脉图像信息的光线呈现在图像接收面。

手指静脉图像采集单元包括设置在壳体内图像接收面上采集图像的CMOS传感器11、主板即电路控制模块，以及光机成像系统18。

CMOS传感器11是分辨率为30万像素的彩色CMOS传感器，用于采集手指静脉图像。

电路控制模块是小封装的电路控制模块，包括控制CMOS传感器11完成采集图像数据的主控芯片12、分别与主控芯片12连接的存储单元芯片13、提供时钟信号给主控芯片的晶体振荡电路14、加密芯片15、降压集成电路16以及照明单元17。主控芯片12用于手指静脉采集、手指静脉图像校正、数据通讯和输出控制，存储单元芯片13用于存储功能文件，以便完成采集后的登记与识别，晶体振荡电路14用于向主控芯片12提供时钟信号，加密芯片15用于下载自有软件算法和代码，对被采集者重要数据提供全方位、高安全度的保护，维护自身权益，避免软件盗版，降压集成电路16用于将来自数据传输连接座10的电源降压后向主控芯片12和CMOS传感器11提供电源，照明单元17用于发射透射手指的近红外光。

照明单元17是设有亮度调整单元的近红外光照射源，近红外光照射源21是一组波长为850nm的LED，设置在壳体内，正对被采集者的手指静脉采集窗口正上方，亮度调整单元用于调整近红外光照射源21的亮度，亮度的调整基于存储单元芯片13存储的用于自动曝光的校正曲线。

光机成像系统18是透镜系统，设置在壳体中部，其包括顺应光路安装在手指静脉采集窗口正下方的红外滤光片19、设置在红外滤光片19正下方的使体积更加小型化的平面反光镜面22和平凸透镜20，平面反光镜面22的尺寸为21mm×27mm，与水平面成45°夹角，将光线准确反射至垂直于底面放置的平凸透镜20中，光机成像系统中的红外滤光片19、平面反光镜面22和平凸透镜20的间距由要求的图像质量决定。照明单元17发射的透射手指的近红外光经平面反光镜面22反射进入平凸透镜20，再折射进手指静脉图像采集单元的CMOS传感器11的感光阵列上，由电路控制模块将接收到的手指静脉图像转换成电信号输出，采集手指静脉图像。

本具体实施方式的手指静脉采集与识别过程如下：

1）初始化；

2）电路自检是否正常，如果否，则显示故障的内容，如果是，则进入步骤3）；

3）显示程序主界面，扫描是否有按键按下，如果否，则进入步骤4），如果是，则依据用户输入的信息执行相应程序，例如进入菜单配置IP地址操作；

4）判断是否进行通讯，如果否，则进入步骤5），如果是，则进入通讯程序；

5）判断采集器采集窗口内是否有用户手指存在，如果否，则返回步骤3），如果是，则验证手指静脉比对是否通过，如果否，则显示重新放置手指位置，返回步骤3）循环执行，如果是，实现用户操作的目标。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种手指静脉采集与识别装置，包括采用模块化设计的手指静脉采集器与壳体，所述手指静脉采集器设置在所述壳体内，其包括手指静脉采集窗口、手指静脉图像采集单元，以及数据传输连接座，其特征在于：

所述壳体内还设有控制单元、分别与所述控制单元连接的外部通讯接口、人机交互界面、输出控制电路，以及实时时钟电路；

所述壳体内还设有锁控和报警装置，所述锁控和报警装置与壳体内的输出控制电路连接；

所述控制单元是主从式双CPU架构的控制单元，包括采用模块化设计的主控单元，以及与其连接的采用模块化设计的从控单元；

所述主控单元设有手指静脉采集单元、手指静脉比对单元、数据通讯单元、数据存储单元，以及输出控制单元，所述主控单元分别与所述手指静脉采集器的数据传输连接座、所述外部通讯接口连接；

所述从控单元设有键盘扫描单元、显示驱动单元、数据备份单元、应急控制单元，以及实时时钟单元，所述从控单元分别与所述人机交互界面、所述实时时钟电路、所述输出控制电路连接；

所述外部通讯接口是RS232接口、RS485接口、以太网接口、GPRS以及WIFI接口中的至少一种；

所述人机交互界面是包括指示灯、智能语音提示器件，以及采用模块化设计的键盘和液晶显示器的人机交互界面。

2.如权利要求1所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的CPU，主频率500MHz。

3.如权利要求1或2所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述从控单元是具有8KB Flash片内程序存储器的8位CMOS微控制器AT89S52，所述从控单元的微控制器插针座与主控单元的CPU通过对应的插针连接。

4.如权利要求3所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述壳体中部设有手指孔，在壳体内与手指孔相对的位置为手指按压面，所述手指按压面是作为手指静脉采集窗口的凹形槽，手指静脉采集窗口的尺寸大于10.0mm×25.0mm。

5.如权利要求4所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述手指静脉图像采集单元包括设置在壳体内图像接收面上采集图像的互补金属氧化物半导体CMOS传感器、主板即电路控制模块，以及光机成像系统。

6.如权利要求5所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述CMOS传感器是分辨率为30万像素的彩色CMOS传感器。

7.如权利要求6所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述电路控制模块是小封装的电路控制模块，包括控制CMOS传感器完成采集图像数据的主控芯片、分别与主控芯片连接的存储单元芯片、提供时钟信号给主控芯片的晶体振荡电路、加密芯片、降压集成电路，以及照明单元。

8.如权利要求7所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述照明单元是设有亮度调整单元的近红外光照射源，所述近红外光照射源是一组波长为850nm的近红外发光二极管LED，设置在壳体内，正对被采集者的手指静脉采集窗口正上方。

9.如权利要求8所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述光机成像系统是透镜系统，设置在壳体中部，其包括顺应光路安装在手指静脉采集窗口正下方的红外滤光片、设置在所述红外滤光片正下方的平面反光镜面和平凸透镜，所述平面反光镜面的尺寸为21mm×27mm，与水平面成45°夹角。

10.如权利要求9所述的手指静脉采集与识别装置，其特征在于：

所述数据传输连接座是包括带静电保护的通用串行总线USB连接座。

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