近紅外指靜脈圖像采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及的生物特征識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種近紅外指靜脈圖像采集 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 指靜脈識別技術(shù)是一種新的生物特征識別技術(shù)，相對于其他的生物識別技術(shù)，具 有采集速度快、精度高、活體識別、非接觸式等優(yōu)點(diǎn)，有很高的市場價值與應(yīng)用前景，得到研 究人員的青睞。2006年，日本學(xué)者Junichi等 [1]分析了正面照射和側(cè)面照射的近紅外光源設(shè) 計，并闡述了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2010年，哈爾濱工程大學(xué)管鳳旭，王俊科等 [2]提出了一種 自動調(diào)光電路，可以根據(jù)紅外透射光的強(qiáng)度自動調(diào)整紅外發(fā)射強(qiáng)度，以保障紅外透射光強(qiáng) 度維持在一個相對穩(wěn)定的范圍。2012年沈陽工業(yè)大學(xué)吳微、苑瑋琦等 [3]對波長為760nm， 850nm，890nm，940nm的近紅外LED進(jìn)行試驗(yàn)分析，最后證明850nm拍攝的掌靜脈圖像識別性 能最佳。2014年由北京聯(lián)合大學(xué)的梁愛華 [4]提出了一種近紅外指靜脈圖像采集系統(tǒng)，利用 單側(cè)聚光源和反射鏡面結(jié)合的光源照射方式，避免了單側(cè)光源下手指受光不均勻的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型指靜脈圖像采集裝置的光源設(shè)計，目的是為了得到均勻的近紅外光 照，以使獲得清晰的手指靜脈紋絡(luò)圖。本實(shí)用新型針對正面近紅外LED光源均勻性問題，提 出了求取兩個近紅外LED最優(yōu)距離的方法，設(shè)計一套指靜脈采集系統(tǒng)，此系統(tǒng)得到了高對比 度、清晰的手指靜脈紋絡(luò)。
[0004] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種近紅外指靜脈圖像采集系統(tǒng)，包括近紅外LED光源、手指放置槽、CMOS攝像頭； 近紅外LED光源設(shè)置在手指放置槽正上方，CMOS攝像頭設(shè)置在手指放置槽正下方，通過手指 放置槽與近紅外LED光源垂直相對;其中，所述的近紅外LED光源為多個LED組成的均勻LED 陣列;所述的手指放置槽為可透光槽體;所述的CMOS攝像頭中設(shè)有圖像傳感器;近紅外LED 光源由光源亮度控制電路控制，CMOS攝像頭由攝像頭控制電路控制。
[0006] 在CMOS攝像頭的鏡頭前放置濾光片，使得只能通過近紅外光。
[0007] 所述的圖像傳感器采用美國Aptina公司生產(chǎn)的MT9V034型號的CMOS圖像傳感器。
[0008] 系統(tǒng)還設(shè)有指示燈，對系統(tǒng)的工作進(jìn)行指示;指示燈由指示燈控制電路控制。
[0009] 所述的光源亮度控制電路、攝像頭控制電路和指示燈控制電路都由FPGA控制器控 制完成。
[0010] 每兩個LED的最優(yōu)距離dmax是這樣計算的：
[0012] z表示接收面與近紅外LED之間的距離，m是近紅外LED的輻射模式，其值與近紅外 LED的發(fā)光區(qū)域和封裝透鏡曲率中心距離有關(guān)系。
[0013] 所述的近紅外LED光源由三行平行光組成，采用等邊三角形的布局，任意兩個光源 的距離相等，均為最優(yōu)距離dmax。
[0014] 通過本系統(tǒng)的設(shè)置，可得到更為均勻的近紅外光照，以獲得了更為清晰的手指靜 脈紋絡(luò)圖。
【附圖說明】
[0015] 圖1是指本實(shí)用新型靜脈采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，
[0016] 圖2是不同d時兩個類似高斯分布關(guān)系圖，
[0017]圖3是單顆LED光照度分布圖，
[0018]圖4A是兩個LED的距離為最優(yōu)距離0.9倍時的照度分布圖，
[0019]圖4B是兩個LED的距離為最優(yōu)距離時的照度分布圖，
[0020]圖4C是兩個LED的距離為最優(yōu)距離1.1倍時的照度分布圖，
[0021]圖5是三行平行光結(jié)構(gòu)示意圖，
[0022]圖6是三行平行光光照度分布圖，
[0023] 圖7是由本實(shí)用新型指靜脈采集系統(tǒng)采集到的手指靜脈圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 參見圖1所示，本實(shí)用新型一種近紅外指靜脈圖像采集系統(tǒng)，主要由近紅外LED光 源、手指放置槽、CMOS攝像頭組成。近紅外LED光源設(shè)置在手指放置槽正上方，CMOS攝像頭設(shè) 置在手指放置槽正下方，通過手指放置槽與近紅外LED光源垂直相對。其中，所述的近紅外 LED光源為多個LED組成的均勻LED陣列。所述的手指放置槽為可透光槽體。所述的CMOS攝像 頭中設(shè)有圖像傳感器。近紅外LED光源由光源亮度控制電路控制，CMOS攝像頭由攝像頭控制 電路控制。
[0025] 為了避免可見光等其他光源對成像效果的影響，需要在CMOS攝像頭的鏡頭前放置 濾光片，使得只能通過近紅外光，分析可知850nm波長的成像效果最好，因此選擇850nm波長 的濾光片。本裝置選擇IR780的紅外濾波片，其對850nm的波長有很好的透過率。
[0026]鏡頭采用CW0412IR，其具有4mm的焦距，73°的水平視場角，像面尺寸為1/3英寸，并 且是固定光圈，滿足本系統(tǒng)的需要。因?yàn)楸静杉b置要求采集到手指的靜脈圖像，所以要求 攝像頭的圖像傳感器對近紅外光有高靈敏度，采集裝置選用美國Aptina公司生產(chǎn)的 MT9V034型號的CMOS圖像傳感器，這是一款1/3英寸，有效像素為752 X 480，靈敏度4.8V/ lux-sec(500nm)，適合采集黑白圖像。
[0027] 本指靜脈采集系統(tǒng)還設(shè)有指示燈，對系統(tǒng)的工作進(jìn)行指示。指示燈由指示燈控制 電路控制。
[0028] 指靜脈圖像采集時，將手指放于手指放置槽中，由光源亮度控制電路調(diào)整近紅外 LED光源的亮度，CMOS攝像頭采集圖片，鏡頭捕捉到光學(xué)圖像之后，將圖像投射到CMOS (MT9V034)圖像傳感器上轉(zhuǎn)為電信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閷⒛M信號轉(zhuǎn)為數(shù)字圖像信 號，再送到數(shù)字信號處理芯片中加工處理，最后通過USB接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示圖像，最終 將獲取解析為640 X 480的靜脈影像。
[0029]圖7是采集到的手指靜脈圖像。采集完成后指示燈由紅燈變?yōu)榫G燈，以進(jìn)行提示作 用。
[0030] 系統(tǒng)中所述的光源亮度控制電路、攝像頭控制電路和指示燈控制電路都由FPGA控 制器控制完成。上述電路都是現(xiàn)有普通的控制電路，本文不再贅述。
[0031] 近紅外光是介于可見光和中紅外光之間的電磁波，根據(jù)人體的肌肉和骨骼的特 點(diǎn)，720~1100nm波長的近紅外光可以較好地透射皮膚，進(jìn)入皮下組織，當(dāng)波長超過lOOOnm 時，雖然對皮膚的穿透大，但是血紅蛋白對其吸收很少，760nm波長的光源不適合于脂肪厚 的人群，960nm的波長對皮膚的穿透深度最大，但是一般的攝像機(jī)對960nm的光源響應(yīng)比較 低，靜脈成像效果差，因此，選擇850nm波長的近紅外光源。
[0032] 下面分析對近紅外光源的設(shè)計和選擇：
[0033]近紅外LED由于半導(dǎo)體的封裝材料以及形狀的影響，并不是理想的郎伯型光源，其 光強(qiáng)分布函數(shù)為發(fā)光角余弦多次方函數(shù)[5]led光源照射到垂直接收面上時，接受面上的照 度表達(dá)式為：
[0034] E(r,9) = Eo(r)cosm9 (1)
[0035]式中：0是LED發(fā)光角度;r是LED到接收面距離;E〇(r)是0 = 0,距離為r時的光強(qiáng)度； m是LED的輻射模式，其值與LED的發(fā)光區(qū)域和封裝透鏡曲率中心距離有關(guān)系。m= 1時LED近 似為標(biāo)準(zhǔn)的郎伯型光源，實(shí)際中m的值是隨01/2(半光強(qiáng)角)變化