近红外指静脉图像采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的生物特征识别技术领域，特别涉及一种近红外指静脉图像采集 系统。
【背景技术】
[0002] 指静脉识别技术是一种新的生物特征识别技术，相对于其他的生物识别技术，具 有采集速度快、精度高、活体识别、非接触式等优点，有很高的市场价值与应用前景，得到研 究人员的青睐。2006年，日本学者Junichi等 [1]分析了正面照射和侧面照射的近红外光源设 计，并阐述了两种方法的优缺点。2010年，哈尔滨工程大学管凤旭，王俊科等 [2]提出了一种 自动调光电路，可以根据红外透射光的强度自动调整红外发射强度，以保障红外透射光强 度维持在一个相对稳定的范围。2012年沈阳工业大学吴微、苑玮琦等 [3]对波长为760nm， 850nm，890nm，940nm的近红外LED进行试验分析，最后证明850nm拍摄的掌静脉图像识别性 能最佳。2014年由北京联合大学的梁爱华 [4]提出了一种近红外指静脉图像采集系统，利用 单侧聚光源和反射镜面结合的光源照射方式，避免了单侧光源下手指受光不均匀的问题。
【发明内容】
[0003] 本实用新型指静脉图像采集装置的光源设计，目的是为了得到均匀的近红外光 照，以使获得清晰的手指静脉纹络图。本实用新型针对正面近红外LED光源均匀性问题，提 出了求取两个近红外LED最优距离的方法，设计一套指静脉采集系统，此系统得到了高对比 度、清晰的手指静脉纹络。
[0004] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种近红外指静脉图像采集系统，包括近红外LED光源、手指放置槽、CMOS摄像头； 近红外LED光源设置在手指放置槽正上方，CMOS摄像头设置在手指放置槽正下方，通过手指 放置槽与近红外LED光源垂直相对;其中，所述的近红外LED光源为多个LED组成的均匀LED 阵列;所述的手指放置槽为可透光槽体;所述的CMOS摄像头中设有图像传感器;近红外LED 光源由光源亮度控制电路控制，CMOS摄像头由摄像头控制电路控制。
[0006] 在CMOS摄像头的镜头前放置滤光片，使得只能通过近红外光。
[0007] 所述的图像传感器采用美国Aptina公司生产的MT9V034型号的CMOS图像传感器。
[0008] 系统还设有指示灯，对系统的工作进行指示;指示灯由指示灯控制电路控制。
[0009] 所述的光源亮度控制电路、摄像头控制电路和指示灯控制电路都由FPGA控制器控 制完成。
[0010] 每两个LED的最优距离dmax是这样计算的：
[0012] z表示接收面与近红外LED之间的距离，m是近红外LED的辐射模式，其值与近红外 LED的发光区域和封装透镜曲率中心距离有关系。
[0013] 所述的近红外LED光源由三行平行光组成，采用等边三角形的布局，任意两个光源 的距离相等，均为最优距离dmax。
[0014] 通过本系统的设置，可得到更为均匀的近红外光照，以获得了更为清晰的手指静 脉纹络图。
【附图说明】
[0015] 图1是指本实用新型静脉采集系统结构示意图，
[0016] 图2是不同d时两个类似高斯分布关系图，
[0017]图3是单颗LED光照度分布图，
[0018]图4A是两个LED的距离为最优距离0.9倍时的照度分布图，
[0019]图4B是两个LED的距离为最优距离时的照度分布图，
[0020]图4C是两个LED的距离为最优距离1.1倍时的照度分布图，
[0021]图5是三行平行光结构示意图，
[0022]图6是三行平行光光照度分布图，
[0023] 图7是由本实用新型指静脉采集系统采集到的手指静脉图像。
【具体实施方式】
[0024] 参见图1所示，本实用新型一种近红外指静脉图像采集系统，主要由近红外LED光 源、手指放置槽、CMOS摄像头组成。近红外LED光源设置在手指放置槽正上方，CMOS摄像头设 置在手指放置槽正下方，通过手指放置槽与近红外LED光源垂直相对。其中，所述的近红外 LED光源为多个LED组成的均匀LED阵列。所述的手指放置槽为可透光槽体。所述的CMOS摄像 头中设有图像传感器。近红外LED光源由光源亮度控制电路控制，CMOS摄像头由摄像头控制 电路控制。
[0025] 为了避免可见光等其他光源对成像效果的影响，需要在CMOS摄像头的镜头前放置 滤光片，使得只能通过近红外光，分析可知850nm波长的成像效果最好，因此选择850nm波长 的滤光片。本装置选择IR780的红外滤波片，其对850nm的波长有很好的透过率。
[0026]镜头采用CW0412IR，其具有4mm的焦距，73°的水平视场角，像面尺寸为1/3英寸，并 且是固定光圈，满足本系统的需要。因为本采集装置要求采集到手指的静脉图像，所以要求 摄像头的图像传感器对近红外光有高灵敏度，采集装置选用美国Aptina公司生产的 MT9V034型号的CMOS图像传感器，这是一款1/3英寸，有效像素为752 X 480，灵敏度4.8V/ lux-sec(500nm)，适合采集黑白图像。
[0027] 本指静脉采集系统还设有指示灯，对系统的工作进行指示。指示灯由指示灯控制 电路控制。
[0028] 指静脉图像采集时，将手指放于手指放置槽中，由光源亮度控制电路调整近红外 LED光源的亮度，CMOS摄像头采集图片，镜头捕捉到光学图像之后，将图像投射到CMOS (MT9V034)图像传感器上转为电信号，然后经过A/D转换变为将模拟信号转为数字图像信 号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，最后通过USB接口传输到上位机显示图像，最终 将获取解析为640 X 480的静脉影像。
[0029]图7是采集到的手指静脉图像。采集完成后指示灯由红灯变为绿灯，以进行提示作 用。
[0030] 系统中所述的光源亮度控制电路、摄像头控制电路和指示灯控制电路都由FPGA控 制器控制完成。上述电路都是现有普通的控制电路，本文不再赘述。
[0031] 近红外光是介于可见光和中红外光之间的电磁波，根据人体的肌肉和骨骼的特 点，720~1100nm波长的近红外光可以较好地透射皮肤，进入皮下组织，当波长超过lOOOnm 时，虽然对皮肤的穿透大，但是血红蛋白对其吸收很少，760nm波长的光源不适合于脂肪厚 的人群，960nm的波长对皮肤的穿透深度最大，但是一般的摄像机对960nm的光源响应比较 低，静脉成像效果差，因此，选择850nm波长的近红外光源。
[0032] 下面分析对近红外光源的设计和选择：
[0033]近红外LED由于半导体的封装材料以及形状的影响，并不是理想的郎伯型光源，其 光强分布函数为发光角余弦多次方函数[5]led光源照射到垂直接收面上时，接受面上的照 度表达式为：
[0034] E(r,9) = Eo(r)cosm9 (1)
[0035]式中：0是LED发光角度;r是LED到接收面距离;E〇(r)是0 = 0,距离为r时的光强度； m是LED的辐射模式，其值与LED的发光区域和封装透镜曲率中心距离有关系。m= 1时LED近 似为标准的郎伯型光源，实际中m的值是随01/2(半光强角)变化