一种皮肤血管光声成像装置的制作方法

本发明涉及生物识别技术领域，尤其是一种皮肤血管光声成像装置。

背景技术：

生物识别技术通过人体固有的生理和行为特征进行个人身份的鉴别，较传统身份认证技术，密钥随时携带，不易丢失、遗忘或被盗取，防伪性更强，广泛应用于国家安全、信息安全、网络安全、安全认证、电子认证等领域。指纹识别、虹膜识别、人脸识别、3D人脸识别、视网膜识别、静脉识别等生物识别技术都是以CCD光学成像后进行图像识别，伴随指模、美瞳、面具等产品制作水平越来越高，这些技术的安全性越来越低。

血管成像技术是一种通过探测皮肤组织对光吸收作用的方法,其生物特性隐藏在皮下，不易丢失与伪造。自上世纪90年代日立公司的研发人员在一项度量人脑活动的研究中,发现利用近红外光观察血液流动可以作为一种有效的、高度安全的生物识别方法以来，各国对指静脉识别技术倍加关注。

血管识别技术主要应用在指静脉与掌静脉领域，其近红外成像装置，一般采用750nm~1100nm的近红外光对组织进行照射，由近红外探头捕获血管的图像，再进行图像处理，但由于受介质对光的衰减影响，其穿深只有毫米量级，且成像对比度相对较低，且采集部位一般用于手部或耳部等薄弱的组织。

技术实现要素：

本发明的目的在于要解决的是现有生物特征识别技术的不足，提供一种结构简单的皮肤血管光声成像装置，有效改善血管成像对比度较低的问题，利用光声成像技术，选用合适波长的激发光源，通过分析不同阈值范围的超声强度，可以将血管图像分成静脉和动脉两种，对两种血管图像分别进行识别，提高识别准确率。

本发明的技术方案为：一种皮肤血管光声成像装置，该装置包括血管光声信号采集装置、PC端和传输电缆，所述血管光声信号采集装置通过传输电缆与PC端连接；所述血管光声信号采集装置包括壳体，所述壳体内设有LD光源以及准直光路、微型电机、棱镜、A/D转换模块和电源。所述LD光源及准直电路位于壳体的左侧，壳体中间设有棱镜，LD光源及准直电路与棱镜之间设有光路，微型电机与棱镜与相连并带动控制棱镜转动，棱镜与LD光源及准直电路垂直分布，棱镜水平面低于 LD光源及准直电路水平面3-5mm，DOE光学全息器件位于壳体上侧开口处，位于棱镜正上方，且DOE光学全息器件与棱镜垂直分布，光声换能器阵列分布于DOE光学全息器件两侧， DOE光学全息器件与光声换能器均位于壳体上表面，电源模块位于壳体左侧，通过电路与位于壳体右侧的A/D转换模块、微型电机以及LD光源以及准直光路相连并为这三个模块供电，光声换能器（8）与A/D转换模块相连，输出数字信号，再由传输电缆连接到PC端完成信号处理等操作。

所述LD光源的波长400-800nm。

所述衍射光学元件全息器件的聚焦深度为1-3mm。

所述微型光声换能器大小为1-5mm。

所述棱镜为正六棱镜。

所述棱镜的外接圆直径为4mm。

所述微型电机为圆柱形，长为20-50mm，半径为5-10mm。

该装置的使用方法，其步骤：

步骤一：启动微型电机以及光源、电源；

步骤二：所述LD光源产生光束，光束沿光路传播经棱镜反射，照射到衍射光学元件全息器件上，光束穿过衍射光学元件- DOE全息器件聚焦到皮下血管，射向被探测血管内的吸收体，激发产生光声信号，通过换能器转换为电信号，再传输至A/D转换模块，经传输电缆传输到PC端；

步骤三：棱镜转动，使得皮下血管横向部位激发产生光声信号，同时进行A/D转换，并传输至PC端；

步骤四：开口处与皮肤接触并滑动，即可完成皮下扫描区域血管数据的采集；

步骤五：PC端对光声信号进行滤波、放大以及取平均处理，数字化后完成图像重建；

步骤六：对重建图像进行预处理，将重建图像尺寸归一化；

步骤七：对重建图像进行灰度归一化处理；

步骤八：对重建图像进行滤波处理；

步骤九：对重建图像进行二值化处理；

步骤十：对血管特征图像细化处理；

步骤十一：对血管特征血管图像进行匹配计算；

步骤十二：显示生物身份匹配结果，识别结束。

本发明的优点在于：一种皮肤血管光声成像装置与识别方法，采用棱镜对光源进行偏转，通过棱镜与微型电机相连接的设计，实现对皮肤血管的区域扫描，大大减少了相关检测的时间；采用微型光声换能器获取目标区域光声信号，由PC端实现图像重建，大大减小了装置的体积；在PC端对重建图像进行归一化、滤波、二值化和细化等处理，极大提高了识别准确率，实现了光声激发与传感的一体化、微型化和实用化，可广泛应用生物识别技术领域。

附图说明

图1为本发明一种皮肤血管光声成像装置结构示意图；

图2为本发明一种皮肤血管光声成像装置使用状态图。

图中：

1、壳体，2、LD光源以及准直光路；3、微型电机；4、棱镜；5、A/D转换模块；6、电源；7、DOE光学全息器件；8、微型光声换能器；9、光束；10、血管光声信号采集装置；11、吸收体；12、皮下血管；13、传输电缆；14、PC端。

具体实施方式

参见附图1，一种皮肤血管光声成像装置，包括血管光声信号采集装置10、PC端14和传输电缆13，所述血管光声信号采集装置10通过传输电缆13与PC端14连接；所述血管光声信号采集装置10包括壳体1，所述壳体1内设有LD光源以及准直光路2、微型电机3、棱镜4、A/D转换模块5和电源6，所述LD光源以及准直光路2与电源6连接，所述棱镜4与所述微型电机3连接，所述微型电机3带动所述棱镜4转动；A/D模块5通过所述传输电缆13与所述PC端14连接；所述壳体1开口处设有DOE光学全息器件7，所述壳体1开口处两侧固定有微型光声换能器8，所述微型光声换能器8为阵列分布；所述棱镜4与所述微型电机3置于所述DOE光学全息器件7下方。

进一步地，所述微型电机3与棱镜4匀速转动，所述血管光声采集装置10由棱镜4旋转使光路发生偏移，对皮下血管进行区域性扫描，通过滑动，即可得到皮肤血管的光声信号。

进一步地，所述LD光源2的波长范围400-800nm。

进一步地，所述DOE光学全息器件7的聚焦深度为1-3mm。

进一步地，所述微型光声换能器8直径大小为1-5mm。

进一步地，所述棱镜4为正六棱镜。

进一步地，所述棱镜4的外接圆直径为4mm。

进一步地，所述微型电机3长范围为20-50mm，半径范围为5-10mm。

一种皮肤血管光声成像装置的识别方法，包括以下步骤：

步骤一：启动微型电机3以及光源2、电源6。

步骤二：所述LD光源以及准直光路2产生光束9，光束9沿光路传播经棱镜4反射，照射到DOE元件全息器件7上，光束9穿过DOE光学全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探测血管内的吸收体11，激发产生光声信号，由超声换能器转换为电信号，再传输至A/D转换模块5，经传输电缆13传输到PC端14。

步骤三：棱镜4转动，使得皮下血管12横向部位激发产生光声信号，同时进行A/D转换，并传输至PC端14。步骤四：开口处与皮肤接触并滑动，即可完成皮下扫描区域血管数据的采集。

步骤五：PC端14对光声信号处理，完成图像重建。

步骤六：对重建图像进行预处理，将图像尺寸归一化；重建图像过大，对图像的处理时间会很长，而尺寸归一化，可以将图像缩小到一定大小，且不影响图像的特征提取，大大减少算法的运行时间。

步骤七：对重建图像进行灰度归一化处理，由于重建图像对比度较低，不利于后续处理，对图像进行灰度归一化，使其均匀分布，提高图像对比度。

步骤八：对重建图像进行滤波处理，由于采集过程存在噪声干扰，扩大图像中不同物体特征之间的差别，抑制不需要的特征，改善图像质量。

步骤九：对重建图像进行二值化处理，以提取血管特征。

步骤十：对血管特征图像细化处理。

步骤十一：对血管特征血管图像进行匹配计算。

步骤十二：显示生物身份匹配结果，识别结束。

进一步地，所述步骤八对重建图像进行滤波处理，一般采用高斯滤波，平滑滤波或小波变换。

进一步地，所述步骤九对重建图像进行二值化处理，一般采用动态阈值法、重复线性跟踪法、最大曲率算法和四方向谷搜索法。

进一步地，所述步骤十对血管特征图像细化处理，一般采用条件细化算法、模板细化算法、形态学细化算法和查表细化算法。

进一步地，所述步骤十一对血管特征血管图像进行匹配计算，一般采用细节点匹配法、Hu不变矩法、模板匹配法和神经网络算法。

参见附图1和附图2，启动微型电机3以及LD光源2、电源6，所述LD光源以及准直光路2产生光束9，光束9沿光路传播经棱镜4反射，照射到DOE光学全息器件7上，光束9穿过DOE光学全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探测血管内的吸收体11，激发产生光声信号，微型光声换能器8获取目标区域光声信号，转换为电信号，由A/D转换模块5，经传输电缆13传输到PC端14。棱镜4转动，使得皮下血管12横向部位激发产生光声信号，同时进行A/D转换，并进行传输，开口处与皮肤接触并滑动，即可完成皮下扫描区域血管数据的采集。PC端14对光声信号处理完成，进行图像重建，对重建图像进行预处理，为用户提供高分辨率的图像，同时对重建图像进行识别并显示生物身份匹配结果。

本发明提供的一种皮肤血管光声成像装置，采用棱镜4对光束9进行偏转，通过棱镜4与微型电机3相连接的设计，实现对皮肤血管的区域扫描，大大减少了相关检测的时间；采用微型光声换能器8获取目标区域光声信号，由PC端14实现图像重建并识别，大大减小了装置的体积，极大提高了识别准确率。

以上列举的仅是本发明的具体实施例之一。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明所要保护的范围。