CN216014318U - 静脉生物特征采集装置及基于静脉特征的认证装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种静脉生物特征采集装置，其包括电路基板、位于电路基板的同一侧的图像传感器和多个发射近红外的发光元件、与多个所述发光元件一一对应设置的多个第一偏振元件和位于图像传感器远离电路基板一侧的第二偏振片。多个发光元件间隔设置并围绕图像传感器设置；每一第一偏振元件位于一个发光元件的出光面一侧且覆盖该发光元件；图像传感器感应的光线经由第二偏振片进入。第一偏振元件的偏振化方向和第二偏振片的偏振化方向呈预设夹角，第一偏振元件和第二偏振片将近红外变成偏振光。本申请还提供一种基于静脉特征的认证装置。该静脉生物特征采集装置和基于静脉特征的认证装置能有效消除反光和提高采集图像的质量。

Description

静脉生物特征采集装置及基于静脉特征的认证装置

技术领域

本申请涉及生物特征采集装置，更具体地说，是涉及静脉生物特征采集装置及基于静脉特征的认证装置。

背景技术

在现有技术中，基于密码或指令等认证方式容易被人窃取或破解。随着科学技术发展，基于生物特征的认证系统越来越受到人们青睐，生物特征包括人脸、指纹或静脉特征。人脸或指纹特征属于人体的外部特征容易被窃取和伪造。而静脉特征属于人体内部特征难以伪造和窃取，成人的静脉形状不再发生变化，故基于静脉特征的认证方式有利于提高认证的安全性和精确度。

基于静脉特征进行认证通常需要利用采集装置采集静脉特征图像，采集的静脉特征图像质量是实现认证的关键因素之一。人体的静脉隐藏在表皮下，在可见光下无法照射，需要在近红外下进行拍摄采集。具体以反射形式成像，即通过手掌或手指反射近红外光至图像传感器，这种方法的弊端是手掌中非掌静脉的部分会有明显的反光，容易导致采集的静脉特征图像的非静脉区域和静脉区域区分不是很明显，即静脉特征图像的静脉区域和非静脉区域的对比度不高，图像质量差的静脉图像不利于后续算法处理。

实用新型内容

针对现有技术，本申请解决的技术问题是提供一种有效消除反光和提高采集图像质量的静脉生物特征采集装置及基于静脉特征的认证装置。

为解决上述技术问题，第一方面，本申请提供一种静脉生物特征采集装置，包括：

电路基板；

位于所述电路基板的同一侧的图像传感器和多个发射近红外的发光元件，多个所述发光元件间隔设置并围绕所述图像传感器设置；

与多个所述发光元件一一对应设置的多个第一偏振元件，每一所述第一偏振元件位于一个所述发光元件的出光面一侧且覆盖该发光元件；以及

位于所述图像传感器远离所述电路基板一侧的第二偏振片，所述图像传感器感应的光线经由所述第二偏振片进入，所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向呈预设夹角，所述第一偏振元件和第二偏振片将近红外变成偏振光。

在一申请实施例中，所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向的预设夹角为60⁰～90⁰。

在一申请实施例中，所述第一偏振元件为偏振片且所述静脉生物特征采集装置还包括位于所述电路基板上的固定架；所述固定架开设有多个通孔，多个所述通孔与多个所述发光元件一一对应，每一所述通孔内设置有一个所述发光元件；每一所述第一偏振元件活动连接于所述固定架远离所述电路基板一侧且覆盖一个所述通孔。

在一申请实施例中，所述固定架还开设有中心孔，多个所述通孔环绕所述中心孔；所述中心孔内设置有所述图像传感器和所述第二偏振片。

在一申请实施例中，所述静脉生物特征采集装置还包括位于所述电路基板上的微型电机驱动IC和与所述第一偏振元件连接的微型电机；所述微型电机驱动IC用于控制所述第一偏振元件转动，以调节所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向的夹角。

在一申请实施例中，所述固定架为圆环结构，多个所述发光元件围绕图像传感器形成环形发光阵列，多个所述第一偏振元件构成与所述环形发光阵列对应的环形偏振阵列。

在一申请实施例中，所述环形发光阵列包括至少两种发射不同近红外波长的发光元件。

在一申请实施例中，所述环形发光阵列包括发射第一波长、第二波长和第三波长的发光元件，所述第一波长为760nm，所述第二波长为850nm，所述第三波长为940nm。

在一申请实施例中，所述第一偏振元件为镀设于所述发光元件上的偏振膜。

在一申请实施例中，每一所述发光元件为近红外光发光二极管，所述图像传感器为CMOS传感器。

本申请提供的静脉生物特征采集装置的有益效果在于：每一发光元件的出光面一侧均设置有一个第一偏振元件，则该发光元件发射的近红外光经由第一偏振元件变成沿特定方向传播的偏振光，从而使得衰减了该发光元件发射光的光强；并且图像传感器上方设置有第二偏振片，且第一偏振元件与第二偏振片的成预设夹角，及第一偏振元件与第二偏振片的偏振化方向不同，则进入图像传感器中的光经由第二偏振片后光强进一步衰减；如此，达到消除手掌表面反光或手指表面反光作用，进而过滤掉掌纹和指纹信息，有效提高采集图像的静脉区域和非静脉区域的对比度，获得高质量的静脉特征图像。同时，每一发光元件单独对应设置一个第一偏振元件，相对于成本设置偏振元件有利于减少偏振元件成本，从而提高经济效益。

第二方面，本申请还提供一种基于静脉特征的认证装置，包括：

上述静脉生物特征采集装置，用于采集掌静脉图像和/或指静脉图像；

存储单元，用于存储掌静脉和/或指静脉的图像库；以及

执行单元，调用所述静脉生物特征采集装置采集的静脉图像和所述存储单元内的图像库，并将采集的静脉图像和图像库进行对比以判断所述静脉生物特征采集装置采集的图像与所述图像库内图像是否匹配。

本申请提供的所述基于静脉特征的认证装置的有益效果在于：利用所述静脉特征采集装置进行静脉图像采集，通过第一偏振元件和第二偏振片消除了反光现象，有助于采集高对比度的静脉图像，从而有效地降低后续算法处理难度和有利于提高认证识别过程的认证精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的静脉生物特征采集装置的平面示意图；

图2为本申请实施例的静脉生物特征采集装置的固定架的示意图；

图3为本申请实施例的基于静脉特征的认证装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现结合附图对本申请实施例提供的静脉生物特征采集装置及基于静脉特征的认证装置进行说明。

参照图1，本申请实施例提供的静脉生物特征采集装置100用于采集静脉特征图像，所述静脉特征图像包括掌静脉图像和/或指静脉图像，但不限于此。所述静脉生物特征采集装置100包括电路基板10、位于电路基板10的同一侧的图像传感器20和多个发射近红外的发光元件30、与多个所述发光元件30一一对应设置的多个第一偏振元件40和位于所述图像传感器20远离所述电路基板10一侧的第二偏振片50。

具体地，多个所述发光元件30间隔设置并围绕所述图像传感器20设置，即多个所述发光阵列30设置于所述图像传感器20的四周；每一所述第一偏振元件40位于一个所述发光元件30的出光面一侧且覆盖该发光元件30。所述图像传感器20感应的光线经由所述第二偏振片50进入；所述第一偏振元件40的偏振化方向和所述第二偏振片50的偏振化方向呈预设夹角；所述第一偏振元件40和第二偏振片50将近红外变成偏振光。

近红外光源发出的光照射手掌或手指，手掌或手指在近红外光照射下，手掌或手指区域的静脉的血红蛋白(包括氧合血红蛋白和还原血红蛋白)对近红外光的吸收强于周围组织。所述静脉生物特征采集装置100通过反射方式采集静脉特征生成静脉图像，即将手掌或手指放置于图像传感器20上方，由多个发光元件30发射近红外光照射手掌或手指，手掌或手指反射近红外光至图像传感器20，进而图像传感器20感应近红外生成黑白的掌静脉图像。

在本实施例中，每一所述第一偏振元件40为近红外偏振元件，所述第一偏振元件40将由其覆盖的发光元件30发射近红外光变成偏振光，其中偏振光可为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光；所有第一偏振元件40的偏振化方向相同。所述第二偏振片50为近红外光偏振片，将即将进入图像传感器20的光线变成偏振光，其中偏振光可为线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光。所述图像传感器为近红外CMOS图像传感器，具体为但不限于型号为IMX335图像传感器。所述电路基板10为PCB(Printed Circuit Board)板，其上设置有主控芯片(图未示)和设置有驱动每一发光元件30的驱动电路(图未示)，所述主控芯片连接所述图像传感器20和所述驱动电路，所述主控芯片可为嵌入式单片机芯片。

在所述静脉生物特征采集装置100中，每一发光元件30的出光面一侧均设置有一个第一偏振元件40，则该发光元件30发射的近红外光经由第一偏振元件40变成沿特定方向传播的偏振光，从而使得衰减了该发光元件30发射光的光强；并且图像传感器20上方设置有第二偏振片50，且第一偏振元件40与第二偏振片50的成预设夹角，及第一偏振元件40与第二偏振片50的偏振化方向不同，则进入图像传感器20中的光经由第二偏振片50后光强进一步衰减；如此，达到消除手掌表面反光或手指表面反光作用，进而过滤掉掌纹和指纹信息，有效提高采集图像的静脉区域和非静脉区域的对比度，获得高质量的静脉特征图像。同时，每一发光元件30单独对应设置一个第一偏振元件40，相对于成本设置偏振元件有利于减少偏振元件成本，从而提高经济效益。

结合参照图1和图2，在本实施例中，所述第一偏振元件40为偏振片且所述静脉生物特征采集装置100还包括位于所述电路基板10上的固定架60；所述固定架60的材质为绝缘材料，进一步地为透明绝缘材质。所述固定架60开设有多个通孔601，多个所述通孔601与多个所述发光元件30一一对应，每一所述通孔601内设置有一个所述发光元件30；每一所述第一偏振元件40活动连接于所述固定架60远离所述电路基板10一侧且覆盖一个所述通孔601。所述固定架60还开设有中心孔602，多个所述通孔601环绕所述中心孔602；所述中心孔602内设置有所述图像传感器20和所述第二偏振片50。在其他实施例中，所述第一偏振元件40为镀设于所述发光元件30上的偏振膜。

当所述第一偏振元件40为偏振片时，所述静脉生物特征采集装置100还包括位于所述电路基板10上的微型电机驱动IC(图未示)和与所述第一偏振元件40连接的微型电机(图未示)；所述微型电机驱动IC用于控制所述第一偏振元件40转动，以调节所述第一偏振元件40的偏振化方向和所述第二偏振片50的偏振化方向的夹角。所述微型电机驱动芯片与所述主控芯片连接。由于所述第一偏振元件40可转动，达到调节最合适的所述夹角，以消除反光，从而采集高质量的静脉特征图像。

进一步参照图1和图2，所述固定架60为圆环结构，多个所述发光元件30构成环形阵列，多个所述第一偏振元件40构成环形阵列。多个发光元件30围绕图像传感器20形成环形发光阵列，多个所述第一偏振元件40构成与环形发光阵列对应的环形偏振阵列。

在本实施例中，所述环形发光阵列中的每一发光元件30发射近红外光的波长范围是700nm～1100nm，所述环形发光阵列包括至少两种发射不同近红外波长的发光元件30，如此可以适应不同人群的掌静脉和手指静脉图像的采集。该至少两种发射不同近红外光波长的发光元件30可交错排列，排列方式不限，实际应用中可以按照需求设计。在一实施例中，所述环形发光阵列包括发射第一波长、发射第二波长和发射第三波长的发光元件30，所述第一波长为760nm，所述第二波长为850nm，所述第三波长为940nm。在一实施例中，每一发光元件30为近红外光发光二极管；所述图像传感器20为近红外传感器，具体为CMOS传感器。

在本实施例中，所述静脉生物特征采集装置100还包括设置于所述中心孔602内的透镜组(图未示)；所述透镜组位于所述第二偏振片50远离所述图像传感器20的一侧，且用于会聚光线至所述图像传感器20上。所述透镜组包括多个大视场角的光学镜片。

进一步参照图1，所述静脉生物特征采集装置100还包括环绕所述图像传感器20和所述第二偏振片50的镜座70，所述透镜组设置在镜座70上。

参照图3，本申请实施例提供基于静脉特征的认证装置200包括上述静脉生物特征采集装置100、存储单元201和执行单元202。所述静脉生物特征采集装置100用于采集掌静脉图像和/或指静脉图像。所述存储单元201用于存储掌静脉和/或指静脉的图像库，掌静脉和/或指静脉的图像库为预先采集好并存储于所述存储单元201内。所述执行单元202调用所述静脉生物特征采集装置100采集的静脉图像和所述存储单元201内的图像库，并将采集的静脉图像和图像库进行对比以判断所述静脉生物特征采集装置100采集的图像与所述图像库内图像是否匹配。

在本实施例中，所述存储单元201为存储器，可以为但不限于随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器和电可擦除只读存储器。所述执行单元202为嵌入式DSP芯片，所述嵌入式DSP芯片上移植图像处理算法，图像处理算法实现静脉特征采集装置采集的静脉图像和存储单元201内的图像库的匹配对比过程。基于静脉特征的认证装置200可以为但不限于穿戴装置、门禁识别认证装置、考勤认证装置或应用于口岸通关的身份认证装置。

在所述基于静脉特征的认证装置200中，利用所述静脉特征采集装置进行静脉图像采集，通过第一偏振元件40和第二偏振片50消除了反光现象，有助于采集高对比度的静脉图像，从而有效地降低后续算法处理难度和有利于提高认证识别过程的认证精确度。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静脉生物特征采集装置，其特征在于，包括：

电路基板；

位于所述电路基板的同一侧的图像传感器和多个发射近红外的发光元件，多个所述发光元件间隔设置并围绕所述图像传感器设置；

与多个所述发光元件一一对应设置的多个第一偏振元件，每一所述第一偏振元件位于一个所述发光元件的出光面一侧且覆盖该发光元件；以及

位于所述图像传感器远离所述电路基板一侧的第二偏振片，所述图像传感器感应的光线经由所述第二偏振片进入，所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向呈预设夹角且所述第一偏振元件和第二偏振片将近红外变成偏振光。

2.如权利要求1所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向的预设夹角为60°～90°。

3.如权利要求1所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述第一偏振元件为偏振片且所述静脉生物特征采集装置还包括位于所述电路基板上的固定架；所述固定架开设有多个通孔，多个所述通孔与多个所述发光元件一一对应，每一所述通孔内设置有一个所述发光元件；每一所述第一偏振元件活动连接于所述固定架远离所述电路基板一侧且覆盖一个所述通孔。

4.如权利要求3所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述固定架还开设有中心孔，多个所述通孔环绕所述中心孔；所述中心孔内设置有所述图像传感器和所述第二偏振片。

5.如权利要求3所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述静脉生物特征采集装置还包括位于所述电路基板上的微型电机驱动IC和与所述第一偏振元件连接的微型电机；所述微型电机驱动IC用于控制所述第一偏振元件转动，以调节所述第一偏振元件的偏振化方向和所述第二偏振片的偏振化方向的夹角。

6.如权利要求4所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述固定架为圆环结构，多个所述发光元件围绕图像传感器形成环形发光阵列，多个所述第一偏振元件构成与所述环形发光阵列对应的环形偏振阵列。

7.如权利要求6所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述环形发光阵列包括至少两种发射不同近红外波长的发光元件。

8.如权利要求7所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述环形发光阵列包括发射第一波长、第二波长和第三波长的发光元件，所述第一波长为760nm，所述第二波长为850nm，所述第三波长为940nm。

9.如权利要求1所述的静脉生物特征采集装置，其特征在于，所述第一偏振元件为镀设于所述发光元件上的偏振膜。

10.一种基于静脉特征的认证装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任意一项权利要求所述的静脉生物特征采集装置，用于采集掌静脉图像和/或指静脉图像；

存储单元，用于存储掌静脉和/或指静脉的图像库；以及

执行单元，调用所述静脉生物特征采集装置采集的静脉图像和所述存储单元内的图像库，并将采集的静脉图像和图像库进行对比以判断所述静脉生物特征采集装置采集的图像与所述图像库内图像是否匹配。

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