一种静脉识别装置的制作方法

本实用新型涉及一种静脉识别技术，尤其是一种指静脉识别技术。

背景技术：

手指静脉识别是新一代生物特征识别技术，其主要优势在于静脉藏匿于身体内部，不易窃取和复制，且只有活体才有静脉。相对于指纹等传统身份鉴别技术，其安全性能更高，在安全门禁、信用卡验证、医学鉴定、罪犯识别与档案管理等方面具有巨大的应用前景。手指静脉图像获取依据近红外线穿过手指时部分射线被血色素吸收的机理从而实现手指静脉图像的显示。

在这一具体的识别过程中，由于手指厚薄、静脉粗细差异明显，以及手指摆动造成的成像距离变化，且成像时静脉脉络受肌肉、骨骼及其它噪声的干扰大，影响到的误差会导致手指静脉图像清晰度低、不均匀。而质量太差的静脉图像不易提取特征，严重影响后续特征识别的性能。因此，如何在识别时确保手指成像距离稳定，光源强度稳定是一个新的问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种静脉识别装置，本装置具有识别增强模块，识别增强模块包括手指定位装置、照射增强装置和成像增强装置的一种或几种，手指定位装置通过结构光照射指尖和指末测得手指的俯仰角和偏移角，获得良好的手指位置信息；照射增强装置通过聚光镜让光源聚焦到手指上，获得良好的图像质量；成像增强装置通过反射结构获得足够的边缘信息以及较长的光程，获得良好的成像对比度。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：一种静脉识别装置，包括壳体，所述的壳体内设置有手指槽以及照射光源模块和成像模块，所述的壳体内还设置有识别增强模块，所述的识别增强模块包括手指定位装置、照射增强装置和成像增强装置的一种或几种。

上述技术方案中，优选的，所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括设置有相对所述手指槽指尖部分和指末部分的定位光源，所述的定位光源向所述的手指槽方向照射近红外光。

上述技术方案中，优选的，所述的定位光源上方设置有形成结构光的透镜，所述定位光源照射出的近红外光通过透镜形成结构光照射向手指槽。

上述技术方案中，优选的，所述的照射增强装置包括聚光镜，所述的照射光源模块通过所述聚光镜向手指槽方向照射。

上述技术方案中，优选的，所述的照射光源模块包括LED阵列，所述的LED阵列通过所述聚光镜向手指槽方向照射。

上述技术方案中，优选的，所述的成像增强装置包括初次反射镜，所述的初次反射镜设置在所述手指槽的下方，所述的初次反射镜与所述的手指槽之间具有45度夹角，所述的成像模块面向所述的反射镜。

上述技术方案中，优选的，所述的成像增强装置包括初次反射镜和二次反射镜，所述的初次反射镜设置在所述手指槽的下方，所述的初次反射镜与所述的手指槽之间具有53度夹角，所述二次反射镜设置在所述初次反射镜上方且与所述的初次反射镜平行，所述的成像模块面对所述的二次反射镜。

上述技术方案中，优选的，所述的成像模块包括摄像装置和红外滤光片。

上述技术方案中，优选的，所述的手指槽内设置有与指尖相配合的微触开关，所述的微触开关控制所述的照射光源模块、所述的成像模块和所述的识别增强模块开启。

上述技术方案中，优选的，所述的微触开关上还设置有振动反馈装置。

指静脉识别的主要原理是通过近红外光照射手指，近红外线穿过手指时部分射线被血色素吸收从而实现手指静脉图像的显示，再然后根据静脉图像进行识别。在指静脉照射时手指需要禁止的放置在适合的像距和物距位置，这样才能获得较好的成像质量和手指边缘信息、排除杂光的干扰，从而快速精确的进行识别。在实际的识别过程中，手指是否移动、像距和物距是否合适严重影响到识别的精度和速度。现有技术中为了克服这种缺点往往会设计出复杂繁琐的算法，通过大量的计算获取高质量的图像，但这些复杂的算法只能相对提高图像精度，并不能完全杜绝这些问题对成像质量的影响，同时误差率也比较高。

本实用新型则是在静脉识别装置中增加识别增强模块，识别增强模块包括手指定位装置、照射增强装置和成像增强装置的一种或几种。手指定位装置的作用是在摄像时确定手指的位置信息，此时手指的位置信息就是已知的参数，在识别时无需进行复杂的计算就能获取手指的相对的位置信息，其后可以直接导入位置参数对图像进行空间转换，这样不仅可以大幅度优化算法、增强识别能力，还克服了手指移动对识别精度的影响。本实用新型中的手指定位装置包括设置在与摄像装置同侧的定位光源，定位光源分为两部分，分别对准指尖位置和指末位置。在实际使用中，当手指插入到手指槽内后，照射光源模块首先启动，对手指方向进行照射，然后照射光源模块迅速关闭，定位模块马上启动也对手指方向进行照射。这两次的照射时间间隔非常短暂，短暂到摄像装置能同时捕捉到这两个不同的光源信号以及手指在此时间内来不及做出位移。此时摄像装置所获得的图像就不仅有指静脉的信息也具有手指的位置信息，从而可以较为精确快速的进行识别。

定位光源上还可以设置形成结构光的透镜，如果没有可以形成结构光的透镜的则定位光源向手指照射的是分散光源，摄像装置只能获得手指指尖与指末之间的俯仰角信息。如果具有可以形成结构光的透镜，则定位光源射向手指的是具有特定形状的结构光，在此结构光的形状一般为长方形，通过结构光照射在手指上发生的变化，摄像装置不仅可以获得俯仰角信息还可以获得偏移角信息，可以更好的获得对手指边缘特征信息，使得计算更为精确。

照射增强装置包括聚光镜，聚光镜设置在LED阵列和手指槽之间，聚光镜与手指槽距离需要经过计算，最优距离为可以让LED阵列上照射的近红外光光源经过聚光镜后聚集到手指槽上。这样可以让光源聚集到手指上排除对比度对手指的影响，同时还能增强手指边缘的显示效果，让成像质量更高。

成像增强装置可以设置为一次反射和二次反射，在一次反射中需要初次反射镜，初次反射镜设置在手指槽的下方，并且初次反射镜与手指槽之间具有45度夹角，识别时画面经过初次反射镜后再进入到成像模块，这样使得手指下端与成像模块的距离缩短，让装置体积可以缩小的同时不影响成像质量。但是一次反射时成像模块不能放置到手指槽的正下方，需要另外的空间。

二次反射时需要初次反射镜和二次反射镜，在此时初次反射镜与手指槽之间具有53度夹角，既与水平面之间具有37度的夹角，二次反射镜与初次反射镜平行，成像装置面向二次反射镜并且与手指槽平行。此时初次反射镜到手指的光程为l1，初次反射镜到二次反射镜的光程为l2，二次反射镜到成像装置的光程为l3，手指到成像装置的距离为s。在正常的45度夹角中，总光程与距离相等，而在本实用新型中s< l1+ l2+ l3，极大的缩短整个装置的长度，同时在37度的夹角下又能保证边缘的对比度，确保了3-4厘米宽度下手指边缘的清晰度。如果二次反射时的夹角在过小或者过大会导致视场变小，边缘的对比度极度下降，因此在37度时，整个装置会获得合适的光程与视场。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本装置具有识别增强模块，识别增强模块包括手指定位装置、照射增强装置和成像增强装置的一种或几种，手指定位装置通过结构光照射指尖和指末测得手指的俯仰角和偏移角，获得良好的手指位置信息；照射增强装置通过聚光镜让光源聚焦到手指上，获得良好的图像质量；成像增强装置通过反射结构获得足够的边缘信息以及较长的光程，获得良好的成像对比度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1侧视示意图。

图2是本实用新型实施例2侧视示意图。

图3是本实用新型实施例3侧视示意图。

图4是本实用新型实施例4示意图。

图5是本实用新型实施例5示意图。

图6是本实用新型实施例6侧视示意图。

图7是本实用新型实施例6正视示意图。

图8是本实用新型实施例7侧视示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1，如图1所示，一种静脉识别装置，包括壳体1，所述的壳体1内上部设置有手指槽2，在手指槽2的上方设置有照射光源模块，在手指槽的下方设置有成像模块和手指定位装置。所述的照射光源模块包括LED阵列31，LED阵列31上设置有若干个均匀排列的LED灯，所述的LED阵列31向手指槽2方向照射。所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括面向在所述手指槽2指尖部分和指末部分的定位光源51，所述的定位光源51向所述的手指槽2方向照射近红外光。所述的成像模块包括CMOS相机41和红外滤光片42，所述的红外滤光片42在所述的CMOS相机41和所述的手指槽2之间。在壳体1内还具有静脉识别系统，静脉识别系统包括处理器、存储器、图像识别模块、网络连接模块等。从CMOS相机41获得位置图像以及静脉图像都经过静脉识别系统处理。静脉识别系统还可以通过网络连接模块连通网络进行联网工作或者也可以单独工作。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，此刻手指定位装置的定位光源51启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，CMOS相机41采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息只包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息。然后关闭手指定位装置，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列31向手指100照射，在照射过程中调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，并反馈匹配结果。从样本库中逐一进行匹配。

图像匹配的流程为首先根据位置图像计算得出俯仰角然后将获得的静脉图像进行适当的空间变换，再然后对变换后的图像进行多模识别。具体流程为：1、根据位置图像提取手指高度信息、手指平均宽度以及各区域亮度信息。2、对静脉图像进行降噪，然后根据步骤1中的信息对静脉图像进行空间变换。3、对静脉图像进行归一化处理、使大小合适。4、对静脉图像进行FFT变换得到特征值。5、进行模板匹配，根据决策树的匹配方式选择相似度大于阀值的结果，再比较各相似度度，获取最佳结果。

实施例2，如图2所示，一种静脉识别装置，包括壳体1，所述的壳体1内上部设置有手指槽2，在手指槽2的上方设置有照射光源模块，在手指槽的下方设置有成像模块和手指定位装置。所述的照射光源模块包括LED阵列31，LED阵列31上设置有若干个均匀排列的LED灯，所述的LED阵列31向手指槽2方向照射。所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括设置在所述手指槽2指尖部分和指末部分的定位光源51，所述的定位光源51上方设置有形成结构光的透镜52，所述定位光源51照射出的近红外光通过透镜52形成结构光照射向手指槽2。所述的成像模块包括CMOS相机41和红外滤光片42，所述的红外滤光片42在所述的CMOS相机41和所述的手指槽2之间。在壳体1内还具有静脉识别系统，静脉识别系统包括处理器、存储器、图像识别模块、网络连接模块等。从CMOS相机41获得位置图像以及静脉图像都经过静脉识别系统处理。静脉识别系统还可以通过网络连接模块连通网络进行联网工作或者也可以单独工作。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，此刻定位模块的定位光源51启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，定位光源51在照射时利用透镜52形成结构光，CMOS相机41采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息，以及偏移角得出的手指边缘信息。然后关闭手指定位装置，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列31向手指100照射，在照射过程中调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，从样本库中逐一进行匹配。并反馈匹配结果。

图像匹配的流程为首先根据位置图像计算得出俯仰角然后将获得的静脉图像进行适当的空间变换，再然后对变换后的图像进行多模识别。具体流程为：1、根据位置图像提取手指高度信息、手指边缘信息、手指平均宽度以及各区域亮度信息。2、对静脉图像进行降噪，然后根据步骤1中的信息对静脉图像进行空间变换。3、对静脉图像进行归一化处理、使大小合适。4、对静脉图像进行FFT变换得到特征值。5、进行模板匹配，根据决策树的匹配方式选择相似度大于阀值的结果，再比较各相似度度，获取最佳结果。

实施例3，如图3所示，一种静脉识别装置，包括壳体1，所述的壳体1内上部设置有手指槽2，在手指槽2的上方设置有照射光源模块和照射增强装置，在手指槽的下方设置有成像模块和手指定位装置。所述的照射光源模块包括LED阵列31，所述的照射增强装置包括聚光镜32，LED阵列31上设置有若干个均匀排列的LED灯，所述的LED阵列31通过所述聚光镜32向手指槽2方向照射。所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括设置在所述手指槽2指尖部分和指末部分的定位光源51，所述的定位光源51上方设置有形成结构光的透镜52，所述定位光源51照射出的近红外光通过透镜52形成结构光照射向手指槽2。所述的成像模块包括CMOS相机41和红外滤光片42，所述的红外滤光片42在所述的CMOS相机41和所述的手指槽2之间。在壳体1内还具有静脉识别系统，静脉识别系统包括处理器、存储器、图像识别模块、网络连接模块等。从CMOS相机41获得位置图像以及静脉图像都经过静脉识别系统处理。静脉识别系统还可以通过网络连接模块连通网络进行联网工作或者也可以单独工作。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，此刻定位模块的定位光源51启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，定位光源51在照射时利用透镜52形成结构光，CMOS相机41采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息，以及偏移角得出的手指边缘信息。然后关闭定位模块，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列31向手指100照射，LED阵列31照射时光源通过聚光镜32，聚光镜32可以为D型聚光棒，照射光源通过聚光镜32后就能让光源聚焦到手指100上，获得更好的显示效果。在照射过程中还可以调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，并反馈匹配结果，图像匹配的流程与实施例2相同。

实施例4，如图4所示，一种静脉识别装置，还包括成像增强装置，成像增强装置包括初次反射镜44，所述的初次反射镜44设置在所述手指槽2的下方，所述的初次反射镜44与所述的手指槽2之间具有45度夹角，既初次反射镜44与水平面之间具有45度的夹角，所述的成像模块面向所述的反射镜。本实施例中其余装置与实施例3相同。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，此刻定位模块的定位光源启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，定位光源在照射时利用透镜形成结构光，CMOS相机41采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息，以及偏移角得出的手指边缘信息。然后关闭定位模块，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列向手指100照射，LED阵列照射时光源通过聚光镜，聚光镜可以为D型聚光棒，照射光源通过聚光镜后就能让光源聚焦到手指100上，获得更好的显示效果。定位光源以及照射光源产生的成像通过初次反射镜44反射到CMOS相机41中，这样在不缩短光程的情况下可以缩小整个装置的体积，同时不影响成像质量。在照射过程中还可以调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，并反馈匹配结果，图像匹配的流程与实施例2相同。

实施例5，如图5所示，一种静脉识别装置，还包括成像增强装置，所述的成像增强装置包括初次反射镜44和二次反射镜45，所述的初次反射镜44设置在所述手指槽2的下方，所述的初次反射镜44与所述的手指槽2之间具有53度夹角，既与水平面具有37度的夹角，所述二次反射镜45设置在所述初次反射镜44上方且与所述的初次反射镜45平行，所述的成像模块面对所述的二次反射镜。本实施例中其余装置与实施例3相同。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，此刻定位模块的定位光源启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，定位光源在照射时利用透镜形成结构光，CMOS相机采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息，以及偏移角得出的手指边缘信息。然后关闭定位模块，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列向手指100照射，LED阵列照射时光源通过聚光镜，聚光镜可以为D型聚光棒，照射光源通过聚光镜后就能让光源聚焦到手指100上，获得更好的显示效果。定位光源以及照射光源产生的成像通过初次反射镜44反射到二次反射镜45中，然后从二次反射镜45反射到CMOS相机41中，这样使得总光程超过了CMOS相机41到手指100的直线距离，可以获得更好的成像图形，同时初次反射镜44与水平面呈37度角，在这个角度下手指100边缘的图像对比度依然良好，并不会因为总光程延长影响手指100边缘的成像质量。在照射过程中还可以调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，并反馈匹配结果，图像匹配的流程与实施例2相同。

实施例6，如图6和图7所示，一种静脉识别装置，包括壳体1，所述的壳体1内上部设置有手指槽2，在手指槽2的上方设置有照射光源模块和照射增强装置，在手指槽2的下方设置有成像模块和手指定位装置。所述的照射光源模块包括LED阵列31，LED阵列31上设置有若干个均匀排列的LED灯，所述的照射增强装置包括聚光镜32，所述的LED阵列31通过所述聚光镜32向手指槽2方向照射。所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括设置在所述手指槽2指尖部分和指末部分的定位光源51，所述的定位光源51上方设置有形成结构光的透镜52，所述定位光源51照射出的近红外光通过透镜52形成结构光照射向手指槽2。所述的成像模块包括CMOS相机41和红外滤光片42，所述的红外滤光片42在所述的CMOS相机41和所述的手指槽2之间所述的手指槽内2设置有与手指配合的指托6，指托6内设置有与指尖相配合的微触开关61，所述的微触开关61控制所述的照射光源模块、所述的成像模块和所述的手指定位装置开启，微触开关61上还设置有振动反馈装置。在壳体1内还具有静脉识别系统，静脉识别系统包括处理器、存储器、图像识别模块、网络连接模块等。从CMOS相机41获得位置图像以及静脉图像都经过静脉识别系统处理。静脉识别系统还可以通过网络连接模块连通网络进行联网工作或者也可以单独工作。

使用时，将手指100插入到有手指槽2内，只有当手指100接触到指托6内的微触开关61后整个装置才开始启动，否则整个装置处于节能的待机状态。不仅如此当手指100接触微触开关61时，微触开关61上的振动反馈装置给予手指100反馈，告诉使用者手指100放置正确整个系统开启。微触开关61被触摸后首先让定位模块的定位光源51启动，分别向手指100的指尖部分和指末部分照射红外光，定位光源51在照射时利用透镜52形成结构光，CMOS相机41采集此时的位置图像获取手指100的位置信息，在本实施例中的位置信息包括根据手指100的俯仰角得出的位置信息，以及偏移角得出的手指边缘信息。然后关闭定位模块，启动照射光源模块，这两者之间的开启关闭时间非常迅速，让LED阵列31向手指100照射，LED阵列31照射时光源通过聚光镜32，聚光镜32可以为D型聚光棒，照射光源通过聚光镜32后就能让荒原聚焦到手指100上，获得更好的显示效果。在照射过程中还可以调节光源亮度，让静脉成像清晰。然后静脉识别系统处理图像进行特征提取，再然后根据预设阀值，并反馈匹配结果，图像匹配的流程与实施例2相同。

实施例7，如图8所示，一种静脉识别装置，包括壳体1，所述的壳体1内下部设置有手指槽2，在手指槽2的下方设置有照射光源模块，在手指槽的上方设置有成像模块和手指定位装置。所述的照射光源模块包括LED阵列31，LED阵列31上设置有若干个均匀排列的LED灯，所述的LED阵列31向手指槽2方向照射。所述的手指定位装置包括反射光源组，所述的反射光源组包括设置在所述手指槽2指尖部分和指末部分的定位光源51，所述的定位光源51上方设置有形成结构光的透镜52，所述定位光源51照射出的近红外光通过透镜52形成结构光照射向手指槽2。所述的成像模块包括CMOS相机41和红外滤光片42，所述的红外滤光片42在所述的CMOS相机41和所述的手指槽2之间。本实施相比实施例1-6内部模块的位置正好相反，这样把照射光源模块设置在底部，可以获得LED阵列31与手指100之间更大的物距，得到质量更好的图像。本实施例中设备的其他构造、使用方法以及匹配算法与前述实施例一致。

上述实施例只是本实用新型的若干个实施例，并不囊括本实用新型的所有实施例。在实施例1至7中LED阵列31上的LED灯的光源可以为波长在750 mm -940mm之间的近红外光段，此时采用窄带通的红外滤光片。如果LED阵列31上的LED灯采用多光谱光源，则需要采用长波通滤光片。如果成像模块采用的是红外CMOS相机41则整个装置无需再加装滤过片。在实施例6对微触开关的选择可以为压电陶瓷、电容感应或者机械式的微触开关，这要结合受用寿命以及成本考虑。本实用新型的应用领域广泛，不仅可用于门锁、门禁、签到考勤仪、闸机等设备，还可以用于于医疗、警务等方面。