專利名稱：非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像識別技術領域，特別涉及一種非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)。
背景技術：
基于人體生物特征的身份識別技術簡稱生物識別技術，是近年來興起的一門結(jié)合生物信息技術與計算機技術的交叉學科。所謂生物識別技術是指利用人體自身所固有的物理特征，例如指紋、掌紋、虹膜、人臉等，和行為特征，例如聲音、手寫簽名、步態(tài)等，作為人的個性化表征來識別人身份的一種技術。由于人體生物特征與傳統(tǒng)的鑰匙、密碼和ID卡等身份表征相比，具有不易遺忘、丟失和偽造等優(yōu)點，因此，生物識別技術以及其衍生的產(chǎn)品得到了迅速的發(fā)展，并擁有廣闊的市場前景。在眾多人體生物特征中，各種人體特征有著各自的優(yōu)缺點人臉識別是與人日常行為最為相似的一種身份識別方式，但是受環(huán)境、光照以及表情等的影響，識別精度較低； 指紋識別是最早開始研究的生物識別技術之一，也是比較成熟的技術之一，但是識別精度較低而且易被偽造，一直阻礙著指紋識別的進一步發(fā)展；虹膜識別技術精度較高，但是用戶使用起來不夠舒適，而且設備也比較昂貴；簽名和步態(tài)等行為特征因特征自身的穩(wěn)定性問題，應用領域也有很大的局限性；手掌特征識別是利用手掌上面的復雜紋線、手掌形狀及皮下靜脈等特征進行識別的一種新興的生物特征識別技術，基于手掌的識別技術也逐漸成為人們研究和應用的熱點，在用戶使用舒適性上，手掌特征僅次于人臉，手臂的靈活性使各種手掌特征的采集更加方便，用戶接受度更高。在識別精度上，手掌的特征較人臉和指紋更加豐富，因此能達到更高的識別精度。生物識別技術在用戶使用方式上可分為接觸式和非接觸式接觸式是指在人體生物特征采集和識別的過程中，需要人體的某個部位去接觸傳感器以獲得有效的生物特征， 例如指紋、掌紋識別等系統(tǒng)，非接觸式是指在使用過程中，人體與傳感器之間沒有任何接觸即可完成生物特征的采集和識別，例如人臉、虹膜、步態(tài)識別等系統(tǒng)。非接觸式識別方式具有更衛(wèi)生、更安全以及不留紋痕等優(yōu)點，是下一代生物特征識別技術的研究熱點?，F(xiàn)有技術中利用手掌的各種特征進行身份識別的技術可大致分為以下三個方1、掌紋特征人的掌紋特征具有終生不變的特點，和指紋特征相比，掌紋區(qū)域更大、信息量更多，因此基于掌紋的識別系統(tǒng)具有更高的身份識別精度。然而掌紋識別系統(tǒng)也有一些缺點①掌紋作為生物特征盡管信息量豐富，但是掌紋和指紋一樣，僅僅是手掌表皮上的一些紋理，暴露在可見光下，很容易被他人非法獲取，因此也易于被偽造；②目前的掌紋采集設備考慮到手掌的定位問題以及匹配精度問題，通常需要使用者將手掌接觸到采集裝置上以完成采集，這種接觸式的采集方式將帶來衛(wèi)生問題，尤其是公共場所使用的掌紋識別系統(tǒng)。2、掌靜脈特征手掌皮下靜脈特征是指隱藏在手掌皮下較粗靜脈的紋理特征，這類特征是通過近紅外光照射手掌時，血液對近紅外光的吸收特性較人體其它組織要強，因
3此靜脈血管在反射光生成的圖像中表現(xiàn)為一些較暗的紋理。這種靜脈血管的紋理特征可以用于身份識別。和掌紋相比，掌脈特征屬于活體特征，因其隱藏在皮下，在可見光下難以被非法獲取，能夠更好地保護用戶信息的安全，故采用該特征進行身份識別將具有很強的防偽造性能。但是，因掌脈特征屬于相對較粗的血管幾何結(jié)構(gòu)，通過近紅外光反射產(chǎn)生的皮下靜脈血管的紋理，相對簡單，而且圖片較為模糊，特征信息量不夠豐富，不適合進行高精度的身份識別。3、掌形特征掌形特征識別是指將人手掌的一些外部幾何參數(shù)作為特征進行身份識別。這項技術主要是通過攝像機采集人手掌的外觀幾何形狀，利用包括手掌寬度、長度， 每個手指的寬度、長度等特征作為生物特征進行身份識別，因此掌形與掌紋和掌脈相比，特征更加簡單，而且人的手型特征極易被偽造，因此該項技術很難應用于安全級別要求較高的場所，大多用于考勤和安全級別較低的門禁系統(tǒng)?？傊?，現(xiàn)有技術中對手掌的識別存在以下缺陷單獨掌靜脈的身份識別系統(tǒng)特征信息少且鑒別精度不高；其次單獨采用掌紋的身份識別系統(tǒng)防偽能力較差；而且對掌紋的采集大多采用接觸式，從而存在衛(wèi)生問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是如何提高手掌特征識別的精度，和如何保障手掌特征識別的安全衛(wèi)生問題。(二)技術方案為此，本發(fā)明提供了一種非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，包括主動光源，包括可見光發(fā)光管和近紅外光發(fā)光管；圖像采集裝置，用于根據(jù)所述可見光和近紅外光照射到手掌上的反射光，采集掌紋圖像和掌脈圖像；數(shù)據(jù)傳輸控制器，與所述圖像采集裝置相連接，用于將所述掌紋圖像和掌脈圖像發(fā)送至核心處理裝置；所述核心處理裝置，與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接，包括對所述掌紋圖像和掌脈圖像進行預處理的預處理模塊，和將預處理后的圖像與預先保存的樣本進行特征比對，進行身份識別的比對模塊。所述圖像采集裝置包括近紅外圖像成像鏡頭和可見光圖像成像鏡頭；位于所述近紅外光圖像成像鏡頭和近紅外圖像傳感器之間的近紅外帶通濾波片，和位于所述可見光圖像成像鏡頭和可見光圖像傳感器之間的可見光帶通濾波片；與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接的近紅外光圖像傳感器，以及與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接的可見光圖像傳感器。還包括紅外接近傳感器，與所述主動光源、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接，所述圖像采集檢測區(qū)域包括所述近紅外圖像成像鏡頭和可見光圖像成像鏡頭上方 5 10公分的區(qū)域。還包括，導光環(huán)，設置在所述主動光源的上方。還包括圖像切換控制器，與所述近紅外光圖像傳感器以及可見光圖像傳感器相
4連接。所述主動光源分布在所述近紅外光圖像傳感器和可見光圖像傳感器的周圍。還包括鏡頭座，所述近紅外成像鏡頭和可見光成像鏡頭安放在所述鏡頭座上。(三)有益效果上述技術方案具有如下有益效果本發(fā)明提供的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了非接觸式的手掌圖像采集與識別，提高了手掌識別技術的識別精度，且節(jié)約能耗，保證了系統(tǒng)的使用壽命，而且由于本發(fā)明采用非接觸式采集方式，具有安全衛(wèi)生，使用方便，快速準確等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施例的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1 多光譜圖像采集裝置；2 核心處理裝置；11 近紅外圖像成像鏡頭；12 可見光圖像成像鏡頭；13 近紅外帶通濾波片；14 可見光帶通濾波片；15 圖像傳感器； 16 圖像切換控制器；17 數(shù)據(jù)傳輸控制器；18 紅外接近傳感器；19 主動光源；120 鏡頭座；121 導光環(huán)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，為本發(fā)明實施例的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，本實施例的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)包括前端的多光譜圖像采集裝置1和后端的核心處理裝置2。 其中，多光譜圖像采集裝置1包括近紅外圖像成像鏡頭11，可見光圖像成像鏡頭 12，近紅外帶通濾波片13，可見光帶通濾波片14，圖像傳感器15，圖像切換控制器16，數(shù)據(jù)傳輸控制器17，紅外接近傳感器18，主動光源19，鏡頭座120，和導光環(huán)121。其中近紅外帶通濾波片13，可見光帶通濾波片14，近紅外圖像成像鏡頭11，可見光圖像成像鏡頭12，以及圖像傳感器15可合稱為圖像采集裝置。具體地，主動光源19，均勻地環(huán)形分布在圖像傳感器15的周圍。主動光源19能夠發(fā)出特定波長的近紅外光，該近紅外光照射到手掌后的反射光，經(jīng)過近紅外圖像成像鏡頭 11聚焦，聚焦后的光線再經(jīng)鏡頭下方的近紅外帶通濾光片13過濾之后，投射到圖像傳感器 15上，由圖像傳感器15實現(xiàn)掌脈的采集成像；主動光源19也能夠發(fā)出特定波長的可見光，該可見光照射到手掌后的反射光，經(jīng)過可見光圖像成像鏡頭12聚焦，聚焦后的光線再經(jīng)鏡頭下方的可見光帶通濾光片14過濾之后，投射到圖像傳感器15上，由圖像傳感器15實現(xiàn)掌紋的采集成像；近紅外帶通濾光片 13放置于近紅外光圖像成像鏡頭11下方的鏡頭座120上，近紅外帶通濾光片13位于近紅外光圖像成像鏡頭11和圖像傳感器15之間，用于對主動光源19發(fā)出的光進行過濾，只允許特定波長，例如允許波長為850nm或940nm的近紅外光通過，而將其它波長的光濾除；可見光帶通濾光片14放置于可見光圖像成像鏡頭12的下方的鏡頭座120上，可見光帶通濾光片14位于可見光圖像成像鏡頭12和圖像傳感器15之間，用于對主動光源19
5發(fā)出的光進行過濾，只允許特定波長，例如允許波長為470nm的藍色光，或者白光通過，而將其它波長的光濾除；具體地，近紅外帶通濾光片13可以保證特定波長的近紅外光通過，其他波長的反射光則被濾掉。由于人體血液中的血紅蛋白對該特定波長近紅外光具有良好的吸收作用， 人體其他組織不具備該吸收特性，而且近紅外光可以照射到表皮幾毫米以下，因此采集到的近紅外圖像中可以呈現(xiàn)清晰的皮下靜脈血管暗紋，利用該手掌靜脈圖像就可以進行活體判斷和身份識別。而可見光帶通濾光片14在主動光源19照射到手掌后，只有諸如白光或者藍光等特殊波段的可見光通過，而非可見光線包括主動光源19發(fā)出的近紅外光均被濾掉，從而得到清晰的掌紋圖像。圖像傳感器15與數(shù)據(jù)傳輸控制器17相連接，包括近紅外光圖像傳感器和可見光圖像傳感器，分別用于根據(jù)過濾后的光采集掌脈圖像和掌紋圖像；圖像切換控制器16與圖像傳感器15相連接，用于對兩個圖像傳感器15進行切換控制；以保證兩個圖像采集通道能夠快速切換，使得掌紋圖像和掌脈圖像能夠基本同步地完成圖像采集；紅外接近傳感器18與主動光源19、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)傳輸控制器17相連接， 用于檢測是否有手掌進入圖像檢測采集區(qū)域；在本實施例中，當手掌進入近紅外圖像成像鏡頭11和可見光圖像成像鏡頭12的上方約5 10公分的區(qū)域時，紅外接近傳感器18就會發(fā)出觸發(fā)信號至圖像切換控制器16、 主動光源19、圖像傳感器15等單元，使各個部件開始圖像的采集和識別；本實施例的紅外接近傳感器是一種紅外反射式接近傳感器；數(shù)據(jù)傳輸控制器17用于將采集到的掌紋圖像和掌脈圖像發(fā)送至核心處理裝置2 進行處理和識別；具體地，數(shù)據(jù)傳輸控制器17用于核心處理裝置2與圖像采集裝置1的通信。一方面，數(shù)據(jù)傳輸控制器17將采集的圖像發(fā)送至核心處理裝置2，另一方面，數(shù)據(jù)傳輸控制器17將核心處理裝置的控制命令，如圖像傳感器的各種配置參數(shù)等傳送給圖像傳感器15，具有雙向通信功能。數(shù)據(jù)傳輸控制器17具有USB、通用異步接收/發(fā)送 ^g (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART) > ) ^lJ 1； ζ #fit IlIfe (DuaHnline-Memory-Modules，DIMM)、柔性扁平電纜線(Flexible Flat Cable,FFC)等多種連接方式與核心處理裝置2相連接，可以根據(jù)實際應用的需要進行選擇。主動光源19包括近紅外發(fā)光管和可見光發(fā)光管，用于為掌紋圖像和掌脈圖像的采集提供光源；具體地，本實施例的主動光源19可以發(fā)出兩種光①可見光，可以是白光或者波長為470nm的藍光等特殊波長的可見光，為掌紋圖像的采集提供光源；②近紅外光，近紅外光為波長集中在760nm IOOOnm的近紅外波長區(qū)間，為手掌靜脈圖像的采集提供光源。主動光源19為若干個，分布在近紅外光和可見光圖像傳感器的周圍。鏡頭座120上安放有近紅外成像鏡頭11和可見光成像鏡頭12。導光環(huán)121設置在主動光源19的上方，為透光率極好的導光材料，主要作用是使主動光源19能夠按照固定的方向和發(fā)散角度均勻地向外傳導光，以使手掌上的照射光更
6加均勻，成像更加清晰。核心處理裝置2與數(shù)據(jù)傳輸控制器17相連接，包括對數(shù)據(jù)傳輸控制器17傳送的掌紋圖像和掌脈圖像進行預處理的預處理模塊，和將預處理后的圖像與預先保存的樣本進行特征比對，從而實現(xiàn)身份的識別的對比模塊。具體地，核心處理裝置2首先對接收到的近紅外圖像，即掌脈圖像進行預處理，通過圖像閾值分害I]、二值化、輪廓跟蹤、圖像填充、圖像開運算、計算重心以及中心投影等一系列圖像處理算法，定位出掌脈圖像中的定標點，然后根據(jù)定標點確定出掌脈圖像的感興趣區(qū)域(Region of Interest，ROI)。因為近紅外圖像與可見光圖像之間存在著近似的線性映射關系，因此可以根據(jù)掌脈圖像的定標點按照映射關系影射到掌紋圖像中，標定出掌紋圖像的ROI區(qū)域，完成掌紋圖像和掌脈圖像的ROI區(qū)域分割。然后，核心處理裝置2分別對兩個ROI區(qū)域子圖進行歸一化和特征提取，并與系統(tǒng)中保存的預留樣本特征進行比對，從而實現(xiàn)對身份的識別。本實施例的核心處理裝置2可以是ARM (Advanced RISC Machines)，數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，DSP)，現(xiàn)場可編程門陣列(Field—Programmable Gate Array, FPGA)等嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)，也可以是PC機系統(tǒng)。本發(fā)明提供的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)的工作原理為當紅外接近傳感器18 檢測到有手掌進入圖像采集檢測區(qū)域時，紅外接近傳感器18給系統(tǒng)的其它單元發(fā)送信號， 指示各個單元開始工作。主動光源19啟動，其發(fā)出的可見光和近紅外光照射到手掌上形成的反射光分別經(jīng)過近紅外圖像成像鏡頭11和可見光圖像成像鏡頭12進行聚焦，然后聚焦之后的光通過近紅外帶通濾光片13和可見光帶通濾光片14進行過濾后，成像于圖像傳感器15 ；兩個圖像傳感器15分別采集近紅外圖像成像鏡頭11的成像得到掌脈圖像，采集可見光圖像成像鏡頭12的成像得到掌紋圖像，圖像切換控制器16對兩個圖像傳感器15進行切換控制，以保證兩個圖像采集通道能夠快速切換，使得掌紋圖像和掌脈圖像能夠基本同步地完成圖像采集；然后掌紋圖像和掌脈圖像被數(shù)據(jù)傳輸控制器17傳送至核心處理裝置 2，核心處理裝置2對接收到的掌紋圖像和掌脈圖像進行預處理，然后將預處理后的圖像與保存的預留樣本進行特征比對，從而實現(xiàn)身份的識別。近紅外掌脈圖像的采集還有一個重要的作用，可以簡化手掌定位分割方法，實現(xiàn)非接觸式的采集。在傳統(tǒng)的掌紋識別技術中，通常要采用一個密閉的環(huán)境，來避免因為背景的復雜性對掌紋有效區(qū)域的準確定位和圖像切割帶來的困難和干擾；而且傳統(tǒng)掌紋識別技術通常采用在設備上加裝限位點的方法來限制手掌的擺放位置，提高手掌的定位精度。 因此傳統(tǒng)的掌紋識別系統(tǒng)的體積都比較大，而且手掌必須接觸到采集器才能完成采集和識別。在本發(fā)明中，采用了主動近紅外光源照射成像，圖像中的主體是較為明亮的手掌圖像， 而背景因近紅外反射光較弱在圖像中顯示為黑暗區(qū)域，可以采用較為簡單的閾值分割算法，如最大類間方差圖像分割法(OSTU)實現(xiàn)手掌圖像的快速分割和二值化，既保證了非接觸式的采集方式，又提高了手掌定位分割的速度和精度。本發(fā)明提供的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，利用人體的掌紋特征以及手掌皮下靜脈的紋理特征對人的身份進行鑒別，由于本發(fā)明所采用的兩種濾光片分處于不同的波段， 既保證了掌紋圖像中盡可能少的包含掌脈信息，同時掌脈圖像中也盡可能少的包含掌紋信息，系統(tǒng)采集到的掌紋和掌脈特征保持較好的無關性，使得系統(tǒng)的活體驗證能力更強和識
7別精度更高；而且，本發(fā)明的圖像傳感器可以在沒有待識別物體進入檢測區(qū)域時，使系統(tǒng)保持低功耗狀態(tài)，即節(jié)約能耗又保證部分器件的使用壽命，同時避免主動光源長期發(fā)光帶來的刺眼問題；其次，本發(fā)明提供的系統(tǒng)具有非接觸式采集，安全衛(wèi)生，使用方便，快速準確等優(yōu)點；而且，本系統(tǒng)通過非接觸式的方式獲取人體特征，對人體健康沒有任何不良影響，適用于門禁、考勤、通關、PC機登錄、網(wǎng)絡身份認證等場所。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，包括主動光源，包括可見光發(fā)光管和近紅外光發(fā)光管；圖像采集裝置，用于根據(jù)所述可見光和近紅外光照射到手掌上的反射光，采集掌紋圖像和掌脈圖像；數(shù)據(jù)傳輸控制器，與所述圖像采集裝置相連接，用于將所述掌紋圖像和掌脈圖像發(fā)送至核心處理裝置；所述核心處理裝置，與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接，包括對所述掌紋圖像和掌脈圖像進行預處理的預處理模塊，和將預處理后的圖像與預先保存的樣本進行特征比對，進行身份識別的比對模塊。
2.如權利要求1所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集裝置包括近紅外圖像成像鏡頭和可見光圖像成像鏡頭；位于所述近紅外光圖像成像鏡頭和近紅外圖像傳感器之間的近紅外帶通濾波片，和位于所述可見光圖像成像鏡頭和可見光圖像傳感器之間的可見光帶通濾波片；與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接的近紅外光圖像傳感器，以及與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接的可見光圖像傳感器。
3.如權利要求2所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，還包括紅外接近傳感器，與所述主動光源、圖像采集裝置以及數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接，所述圖像采集檢測區(qū)域包括所述近紅外圖像成像鏡頭和可見光圖像成像鏡頭上方5 10公分的區(qū)域。
4.如權利要求1所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，還包括，導光環(huán)，設置在所述主動光源的上方。
5.如權利要求4所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，還包括圖像切換控制器，與所述近紅外光圖像傳感器以及可見光圖像傳感器相連接。
6.如權利要求1所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，所述主動光源分布在所述近紅外光圖像傳感器和可見光圖像傳感器的周圍。
7.如權利要求1所述的非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，其特征在于，還包括鏡頭座，所述近紅外圖像成像鏡頭和可見光圖像成像鏡頭安放在所述鏡頭座上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸式掌紋掌脈識別系統(tǒng)，包括主動光源，用于為圖像采集提供可見光和近紅外光；圖像采集裝置，用于根據(jù)所述可見光和近紅外光照射到手掌上的反射光，采集掌紋圖像和掌脈圖像；數(shù)據(jù)傳輸控制器，用于將所述掌紋圖像和掌脈圖像發(fā)送至核心處理裝置；所述核心處理裝置，與所述數(shù)據(jù)傳輸控制器相連接，用于對所述掌紋圖像和掌脈圖像進行預處理，然后將預處理后的圖像與保存的預留樣本進行特征比對，進行身份識別。本發(fā)明實現(xiàn)了非接觸式的手掌圖像采集與識別，提高了手掌識別的精度，節(jié)約能耗的同時延長了系統(tǒng)的使用壽命，且安全衛(wèi)生，使用方便。
文檔編號G06K9/00GK102402679SQ20101027640
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優(yōu)先權日2010年9月7日
發(fā)明者曲寒冰, 李彬, 李濟朝, 王世界, 耿斌 申請人:北京北科慧識科技股份有限公司