一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置及其实现方法与流程

本发明涉及掌静脉识别技术领域，特别是涉及一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置及其实现方法。

背景技术：

生物特征识别技术是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体自身固有的生理特征(如指纹、脸部图像、步态等)来进行个人身份的鉴定。根据人的生物特性的生理特征或行为方式可分为多种生物特征身份识别。生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特性有签字、声音、按键力度等。由于生物特征识别技术基于对人体唯一特征体进行识别，成为了现阶段最为安全可靠的保密识别技术，掌静脉便是生物特征中的一种。

现有掌静脉识别技术在识别过程中一般需要精确定位手掌的位置，且一般采用支架来引导用户将手掌摆放在正确的位置。如图1所示，公告号为cn207367278u的中国实用新型专利揭露了一种掌静脉门禁考勤一体机，其包括机身(1)、掌静脉识别窗口(2)、控制器(3)；所述的机身(1)下部为机身支架(11)，机身支架(11)上部为倾斜设置的操控面板(12)；所述的控制器(3)设置在机身(1)的内部；所述的操控面板(12)的上表面掌静脉识别器安装部(120)、显示屏(121)；掌静脉识别器安装部(120)设置在操控面板(12)的一侧，掌静脉识别窗口(2)设置在掌静脉识别器安装部(120)上；它包括锥形采集窗(21)和手掌托架(22)；锥形采集窗(21)底部设有掌静脉识别装置(23)；掌静脉识别装置(23)与控制器(3)连接；所述的显示屏(121)设置在掌静脉识别窗口(2)的一侧，与控制器(3)连接，于使用时，将本设备连接电源，连接网络，手掌放置于手掌托架22上表面，位于锥形采集窗21底部设有掌静脉识别装置23对手掌进行扫描，掌静脉识别装置23与手掌的距离位于最佳检测距离；显示屏121用于用于接收其他的数据信号进行显示，可以显示广告内容或者显示门内部的情况等。

然而，上述掌静脉采集技术对手掌摆放具有一定要求，一般于使用过程中，手掌心必须对准掌静脉识别装置23，且保持规定的距离，手掌平面和采集模块标准面平行，采用手掌托架来引导用户将手掌摆放在正确的位置，使得所采用的支架体积较大。

综上所述，现有采用支架的方式定位手掌的掌静脉识别装置存在以下不足。

1、公共卫生隐患：手掌需要接触支架；

2、教育用户难度较大：手掌需要在以正确的位置摆放在支架上；

3、无法小型化：支架本身体积大，制约了掌静脉识别装置的小型化，制约了其集成在移动设备上(如pos机)的可能。

4、露天无法使用：使用时支架开口一般向上或向前，如在露天使用，支架中的识别模块会沾染雨滴，影响识别。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置及其实现方法，以实现一种可精确定位手掌摆放位置且可小型化的掌静脉识别设备。

为达上述目的，本发明提出一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置，包括：

至少两个或两个以上投影器，各投影器分开设置于掌静脉识别模块的四周，用于将相同的可见光图案投影在用户的手掌上，以便用户根据所投影的可见光图案于手掌心的重合度确定正确的手掌摆放位置；

掌静脉识别模块，用于采集置于所述手掌摆放位置的用户手掌的掌静脉图像，并对掌静脉图像进行识别处理。

优选地，所述投影器至少包括可见光光源、投影片以及投影透镜组件，所述可见光光源用于提供投影的可见光以实现可见光图案投影，所述投影片上安装可见光图案通过所述投影透镜组件以及可见光光源进行投射。

优选地，每两个投影器的中心距离大于所述掌静脉识别模块要求的手掌距离的10％。

优选地，所述掌静脉识别模块的物距为50mm-100mm，每两个投影器的中心距离大于5mm。

优选地，各投影器的可见光图案相同，所述投影器投射的角度要求如下：

各投影器投影出的可见光图像中心必须和手掌摆放最佳位置时的掌心重合，并且所投影的可见光图像整体也要重合，所述手掌摆放最佳位置指的是手掌放在正确的手掌摆放位置处，掌心的法线和所述掌静脉识别模块镜头中心的法线重合。

优选地，于其中一个或全部投影器中增加所述掌静脉识别模块敏感的波长的红外光源，于所述投影片上增加过滤所述掌静脉识别模块敏感波长的截止红外光图层，并于该截止红外光图层镂空需要投影的几何图形。

优选地，所述掌静脉识别模块采集投影于置于所述手掌摆放位置的用户手掌的红外的几何图形图像，并根据该几何图形的图像的形变来计算手掌平面和标准平面的夹角，根据计算获得的夹角还原所述掌静脉识别模块所采集的掌静脉图像在标准平面上的成像。

优选地，所述掌静脉识别模块将采集到该形变的几何图形图像与预设的标准图型对比，利用三角几何相关算法计算出用户当前手掌平面与标准平面的夹角，根据该夹角利用三角几何算法将采集到的掌静脉图像处理成在标准平面上的标准图像。

为达到上述目的，本发明还提供一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的实现方法，包括如下步骤：

步骤s1，利用两个或两个以上设置于掌静脉识别模块的四周的投影器将相同的可见光图案投影于用户的手掌，根据可见光图案的重合度确定手掌摆放位置；

步骤s2，利用掌静脉识别模块采集置于手掌摆放位置的用户手掌的掌静脉图像，并对掌静脉图像进行识别处理。

优选地，所述方法还包括：

于其中一个或全部投影器中增加掌静脉识别模块敏感的波长的红外光源，并于投影片上增加过滤掌静脉识别模块敏感波长的截止红外光图层，于该图层镂空需要投影的几何图形；

利用掌静脉识别模块采集该几何图形的图像，对该图像进行处理，根据该图像与预设的标准图型计算手掌平面和标准平面的夹角；

根据计算获得的夹角还原所述掌静脉识别模块所采集的掌静脉图像在标准平面上的成像。

与现有技术相比，本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置及其实现方法通过采用可见光投影图案在掌心，利用两个或更多的可见光图案重合，实现了精确定位手掌位置的目的，并通过投影红外简单几何图案的变形计算手掌相对标准平面的位置，并据此还原手掌静脉图像在标准平面的图案，以实现对手掌静脉图像的修正，提高了掌静脉识别的精度与效率。

附图说明

图1为现有技术的掌静脉识别装置的结构示意图；

图2为本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的系统架构图；

图3为本发明具体实施例中可见光图案于手掌心整体重合的示意图；

图4为本发明一实施例中投影器1的细部结构图；

图5为本发明另一实施例中投影器的细部结构图；

图6为本发明另一实施例具有红外光投影的投影器的投影示意图；

图7为本发明实施例中可见光和红外光双光投影片的投影示意图；

图8为本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的实现方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的系统架构图。如图2所示，本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置10，包括：

至少两个或两个以上投影器1，所述投影器1分开设置于掌静脉识别模块2的四周，各投影器1用于将各自的可见光图案投影在用户的手掌上，以便用户根据所投影的可见光图案于手掌心的重合度确定手掌的正确摆放位置，即各可见光图案在手掌心重合即使得投影的图案相对清晰时的位置，则为正确的手掌摆放位置，这里的重合包含整体重合或部分重合，所述整体重合指的是各投影器的可见光图案相同，投影的各可见光图案完全重合，例如各投影器的可见光图案均为圆形图案，如图3所示，投影的多个圆形的可将光图案的圆形重合，当然，各可见光图案也可以分别是一个图案的各部分，例如一个圆的部分，部分重合则指各投影的可见光图案构成一个完整的图案(例如圆)，如采用两个投影器，其可见光图案分别是半圆，部分重合则指的是两个半圆图案的直径重合，形成整圆。

在本发明具体实施例中，投影器1采用微型投影器，图4则为本发明一实施例中投影器1的细部结构图。如图4所示，投影器1包括可见光光源101、投影片102以及投影透镜组件103，其中可见光光源101用于提供投影的可见光以实现可见光图案投影，投影片102上安装可见光图案后即可通过投影透镜组件103以及光源101进行投射。在本发明具体实施例中，投影器1需分开放置，由于投影器1的中心间隔距离大小影响用户观察投影图像重叠的敏感度，因此，每两个投影器1的中心距离应尽量大于掌静脉识别模块2要求的手掌距离(物距)的10％，在本发明具体实施例中，掌静脉识别模块2的物距为50mm-100mm，因此每两个投影器1的中心距离应尽量大于5mm。

以下通过两个投影器来说明本发明：如图2所示，该两个投影器分别设置于掌静脉识别模块的两侧，两个投影器的中心距离大于掌静脉识别模块要求的手掌距离(物距)10％，由于掌静脉识别模块的物距为50mm-100mm，因此投影器中心距离大于5mm，两个投影器上的可见光图案相同，两个投影器投射的角度要求：投影出的图像中心必须和手掌摆放最佳位置时(手掌放在正确的物距处，掌心的法线和掌静脉识别模块镜头中心的法线重合)的掌心重合，同时两幅图像整体也要重合。也就是说，通过这两个投影器将两幅同样的可见光图案投影在用户的手掌上，用户通过调整手手掌掌心位置，当两幅投影图像于手掌心重合，即重合图案相对清晰时，该位置则为正确的手掌摆放位置。

掌静脉识别模块2，用于采集用户手掌的掌静脉图像，并对掌静脉图像进行识别处理，以达到通过生物特征识别的目的。由于掌静脉识别模块2的图像采集与识别处理与现有的掌静脉采集技术相同，在此不予赘述。

可见，本发明通过于掌静脉识别模块周围增加两个(或更多)投影器，利用双(或多个)图案投影定位，可使得用户摆脱定位手掌的支架，并可以精确定位手掌摆放的位置。

为了提高用户使用体验，在本发明另一实施例中，如图5所示，于其中一个或全部投影器中增加掌静脉识别模块2敏感的波长的红外光源104，所述投影片102采用可见光和红外光双光投影片，即于投影片102上增加过滤掌静脉识别模块敏感波长的截止红外光图层105，并于该图层镂空需要投影的几何图形，例如该几何图形采用“田”字，当用户将掌心放入正确位置，即可见光投影成像最清晰(两个或多个可见光图案重合)时，红外光的“田”字图像会被掌静脉识别模块的图像传感器读取，掌静脉识别模块对读取的图像进行处理，并通过图像的形变来计算手掌平面和标准平面(所述标准平面为垂直于掌静脉识别模块镜头法线的平面)的夹角，从而根据计算的夹角还原所述掌静脉识别模块所采集的掌静脉图像在标准平面上的成像。

具体地，在实际使用时，首先根据投影器的可见光图案引导手掌放在正确位置(可见光图案重合的位置)，但由于手掌摆放总有误差，手掌不可能完全平行于掌静脉识别模块镜头的法线，也不可能完全处于所要求的物距处，因此需要对采集的掌静脉图像进行修正。本发明采用红外投影的几何图形对其进行修正，具体地，实际使用中红外的田字格投影往往会由于手掌摆放的不够准确而发生形变，掌静脉识别模块采集到该形变的田字格图像后，将该形变的田字格图像与出厂前设定的标准图型(即投射红外的田子格到手掌(物距)平面的标准图像是在产品出厂前设定和调试好的，将其称为标准图型，该图型是固定的大小对称没有形变的)对比，通过三角几何相关算法计算出使用者当前手掌平面与标准平面的夹角，最后根据该夹角利用三角几何算法将采集到的掌静脉图像处理(或称为还原)成手掌平面在规定的物距处垂直于掌静脉识别模块镜头法线的标准图像。这里需说明的是，为了提高掌静脉识别模块图像比对的精度和效率，尽量要求用户注册时采集的掌静脉图像和比对使用时采集的图像都是在同样的物距处、同样的平行度等标准下采集的，即采集要求一致性。

图6为本发明另一实施例具有红外光投影的投影器的投影示意图。在本发明实施例中，投影片的截止红外光图层105可采用截止红外滤光片或膜，可见光光源与红外光源发出双波长的光源，投影片根据该双波长的光源进行投影，其中可见光图案在可见光光源照射下进行投影，调整手掌的位置，使多个投影器的可见光图案(本发明实施例中采用圆形可见光图案)重合，该位置即为掌静脉采集的正确的手掌摆放位置，同时在红外光源的产生的红外光照射下，投影片的截止红外光图层(本发明实施例中几何图案采用田字格)会阻止大部分掌静脉识别模块敏感的红外光通过，但允许田子格线条的红外光投射通过，于是获得如图7所示的可见光和红外光双光投影片的投影示意图(其中圆形为可见光投影，田子线条为红外光投影)，然后掌静脉识别模块采集到该田字格图像，将该田字格图像与出厂前设定的标准图型对比，通过三角几何相关算法计算出使用者当前手掌平面与标准平面的夹角，最后该夹角根据三角几何算法将采集到的掌静脉图像处理(或称为还原)成手掌平面在规定的物距处垂直于掌静脉识别模块镜头法线的标准图像。这里需说明的是，图6中示意的红外光的投影片和可见光投影片不分前后顺序，本发明仅以此示意，而不以此为限。

图8为本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的实现方法的步骤流程图。如图8所示，本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的实现方法，包括如下步骤：

步骤s1，利用两个或两个以上设置于掌静脉识别模块的四周的投影器将各自的可见光图案投影于用户的手掌，根据可见光图案的重合度确定手掌摆放位置。

在本发明具体实施例中，采用两个分别设置于掌静脉识别模块两侧的投影器，两个投影器的中心距离大于掌静脉识别模块要求的手掌距离(物距)10％，两个投影器投射的角度要求：投影出的图像中心必须和手掌摆放最佳位置时(手掌放在正确的物距处，掌心的法线和采集模块镜头中心的法线重合)的掌心重合，同时两幅图像整体也要重合，通过这两个投影器将两幅相同的可见光图案投影在用户的手掌上，用户通过调整手手掌掌心位置，当两幅投影图像于手掌心重合，即重合图案相对清晰时，该位置则为正确的手掌摆放位置。

步骤s2，利用掌静脉识别模块采集置于手掌摆放位置的用户手掌的掌静脉图像，并对掌静脉图像进行识别处理，以达到通过生物特征识别的目的。

优选地，本发明之可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置的实现方法，还包括如下步骤：

于其中一个或全部投影器中增加掌静脉识别模块敏感的波长的红外光源，并于投影片上增加过滤掌静脉识别模块敏感波长的截止红外光图层，于该图层镂空需要投影的几何图形，例如该几何图形采用“田”字；

利用掌静脉识别模块采集该几何图形的图像，对该图像进行处理，根据该图像与预设的标准图型计算手掌平面和标准平面(即垂直于掌静脉识别模块镜头法线的平面)的夹角；

根据计算获得的夹角还原掌静脉识别模块所采集的掌静脉图像在标准平面上的成像。

也就是说，在实际使用时，虽然可根据投影器的可见光图案引导手掌放在正确位置(可见光图案重合的位置)，但由于手掌摆放总有误差，手掌不可能完全平行于掌静脉识别模块镜头的法线，也不可能完全处于所要求的物距处，因此需要对采集的掌静脉图像进行修正。本发明则利用红外的几何图形来对其进行修正，具体地，实际使用中红外的田字格投影往往会由于手掌摆放的不够准确而发生形变，利用掌静脉识别模块采集到该形变的田字格图像后，将该形变的田字格图像与出厂前设定的标准图型(即投射红外的田子格到手掌(物距)平面的标准图像是在产品出厂前设定和调试好的，将其称为标准图型，该图型是固定的大小对称没有形变的)对比，通过三角几何相关算法计算出使用者当前手掌平面与标准平面的夹角，最后根据该夹角利用三角几何算法将采集到的掌静脉图像处理(或称为还原)成手掌平面在规定的物距处垂直于掌静脉识别模块镜头法线的标准图像。这里需说明的是，为了提高掌静脉识别模块图像比对的精度和效率，尽量要求用户注册时采集的掌静脉图像和比对使用时采集的图像都是在同样的物距处、同样的平行度等标准下采集的，即采集要求一致性。

综上所述，本发明一种可精确定位手掌位置的掌静脉识别装置及其实现方法通过采用可见光投影图案在掌心，利用两个或更多的可见光图案重合，实现了精确定位手掌位置的目的，并通过投影红外简单几何图案的变形计算手掌相对标准平面的位置，并据此还原手掌静脉图像在标准平面的图案，以实现对手掌静脉图像的修正，提高了掌静脉识别的精度与效率。

本发明解决现有采用支架的掌静脉识别装置的缺点，在不采用支架的情况下保证手掌摆放位置的正确，同时成像的精度和采用支架的掌静脉识别装置相同，并可以拓展掌静脉的如下应用场景：

1、现有技术由于没有可见光引导定位，无法采用掌心向上的读取方式，而本发明则可以倒置掌静脉识别装置，从而可以将掌静脉识别应用于户外露天环境，而无需担心雨雪天气；

2、现有的掌静脉识别装置由于具有支架，无法小型化、移动化，无法应用在移动pos上，而本发明由于未采用支架，可将掌静脉模块安装于其它移动终端，例如移动pos机上，只要用户伸出手掌，使用pos机的用户将可见光图案投影在用户手掌心，并使图案清晰即可采集到高精度的掌静脉信息，方便用户的使用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。