基于自动调光功能的手指静脉图像采集系统
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基于生物识别的指静脉识别系统概述作者:陈华宣来源:《速读·中旬》2016年第08期摘要:在信息时代的大背景下,人人都很注重自己的信息安全。
而传统的信息验证方式并不算安全和便捷。
由此生物特征识别技术应运而生,其中的指静脉识别技术是本文讨论的对象,指静脉识别技术能够有效地解决现如今信息验证中存在的缺点和弊端。
针对指静脉识别中的原理以及系统关键点做了详细的说明,并展望了不久的将来指静脉识别技术的迅速发展以及庞大的市场需求。
关键词:信息验证;生物特征识别;指静脉识别Abstract:In the context of the information age, everyone is very focused on their own information security. And the traditional way of information verification is not safe and convenient. Thus, biometric identification technology has emerged, which is the object of this paper, which can effectively solve the shortcomings and disadvantages of the current information verification. According to the principle of finger vein recognition and the key points of the system, the key points of the system are described in detail, and the rapid development of the vein recognition technology and the huge market demand are prospected.Key word:Information verification Biometric identification Finger vein recognition随着信息爆炸时代的来临,人类社会产生了巨大的变革,人们对信息的需求和依赖越来越大,人们在时刻进行社会活动的时候离不开身份信息的验证。
指静脉原理指静脉识别技术是一种生物特征识别技术,它利用人体指静脉的独特性进行身份识别。
指静脉是人体内一种非常重要的血管,其独特性使得它成为一种理想的生物特征识别手段。
指静脉识别技术已经在各个领域得到了广泛应用,比如金融、医疗、安防等。
那么,指静脉识别技术的原理是什么呢?接下来,我们将详细介绍指静脉识别技术的原理。
首先,我们来了解一下指静脉的特点。
指静脉是人体内一种静脉血管,其分布在手指的背侧和手掌侧。
指静脉的特点是在近红外光下呈现出很高的透光性,而血液、骨骼和皮肤组织对近红外光的吸收率不同。
这就导致了指静脉在近红外光下呈现出明显的血管图像,而其他组织则呈现出暗淡的图像。
这种特点使得指静脉成为一种理想的生物特征识别手段。
指静脉识别技术的原理主要是基于指静脉的这种特点。
当进行指静脉识别时,首先需要采集手指的近红外图像。
然后,通过图像处理算法,可以将指静脉的图像从整个图像中提取出来。
接下来,需要对提取出的指静脉图像进行特征提取和模式匹配,以得到一个独特的指静脉特征模板。
最后,当一个人需要进行身份识别时,只需要将其手指的近红外图像与之前存储的指静脉特征模板进行比对,就可以判断其身份是否匹配。
指静脉识别技术的原理可以总结为三个关键步骤,图像采集、特征提取和模式匹配。
这三个步骤共同构成了指静脉识别技术的整个识别流程。
通过这种流程,可以实现对个体指静脉特征的准确提取和识别,从而实现身份识别的功能。
总的来说,指静脉识别技术的原理是基于指静脉的独特性进行身份识别。
通过采集手指的近红外图像,提取指静脉特征,并进行模式匹配,可以实现对个体身份的准确识别。
指静脉识别技术因其高安全性、高准确性和非接触性等特点,已经得到了广泛的应用,并在未来将会有更广阔的发展前景。
基于波长选择的手掌静脉采集系统研究苑玮琦;杨国天;李威【摘要】手掌静脉成像是手掌静脉识别的难点,设计了一种在拍摄全手的情况下能够采集到较清晰手掌静脉图像的低成本多波段采集系统,并分别在760 nm,850 nm,890 nm和960 nm四种单波长及两两组合的近红外光源下采集手掌静脉,总样本数为2500幅手掌静脉图像,然后利用提取的有效区域中手掌静脉平均灰度与非手掌静脉平均灰度的比值为波长选择标准对图像质量进行比较,最后选择在760 nm和960 nm混合波长下采集手掌静脉.%The palm vein image acquisition is difficult in palm vein pattern recognition.A multi-wavelength palm vein image acquisition system is proposed in this paper,which is low cost and can image the whole palm.A total of 2500palm vein images are acquired under the near-IR lighting source of 760 nm,850 nm,890 nm,960 nm and the combination of every two of them.The ratio of the average gray-scale value of palm vein areas and other areas in the region of interest (ROI) is taken as the criterion of wavelength choice.Palm vein image acquisition with the combination of 760 nm and 960 nm NIR is adopted at last.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2011(041)002【总页数】6页(P234-239)【关键词】手掌静脉;近红外;波长选择;光源结构【作者】苑玮琦;杨国天;李威【作者单位】沈阳工业大学视觉检测技术研究所,辽宁,沈阳,110870;沈阳工业大学视觉检测技术研究所,辽宁,沈阳,110870;沈阳工业大学视觉检测技术研究所,辽宁,沈阳,110870【正文语种】中文【中图分类】TN391.4人体的静脉成像技术在医学领域应用的比较早也比较广泛。
指静脉识别系统原理概述作者:陈华宣来源:《电子技术与软件工程》2016年第22期摘要如今社会已然是信息化时代,每个人的信息安全显得尤为重要。
于是生物特征识别技术也就应运而生了,生物特征识别技术最为常见的当属指纹识别了,但当下指纹识别渐渐不能满足人们的需求了。
虽然指纹识别较为广泛应用,但有着安全性不大好,识别率不高,指纹易受损,可伪造等缺陷,对于一些需要安全性高的特殊场合来说不足以胜任。
而近几年异军突起的指静脉识别技术不仅继承了传统指纹识别的使用方便,大众接受性高,快捷等优势,还弥补了可伪造,易受损等缺陷,大幅提升了信息的安全性。
【关键词】信息安全生物特征识别指静脉识别技术1 引言在信息化时代这个大背景之下,有些信息问题和弊端是较为突出和必须解决的。
现在的身份识别慢慢由外物识别过渡为生物特征识别,就目前来说相对成熟和应用广泛的生物识别技术当属指纹识别了,但仍有着无法弥补的弊端,比如当指头受损或者有污渍等影响指纹纹路的情况下,指纹识别的识别率将会大幅降低,而且虽然无法破解和篡改机器内部的指纹记录,但现在有方法制作指纹膜,制作好的指纹膜可以进行指纹识别认证,所以指纹识别安全性并不能长久得到保障。
而指静脉识别是根据静脉里血红蛋白反射的近红外线形成的静脉像来识别的,属于活体识别技术,由于静脉属于内部生理特征,所以不会受到表皮、污染、温湿度等外部环境的影响,而且静脉像也是无法复制的,所以指静脉识别可以避免上述情况的发生。
2 指静脉识别原理和处理技术2.1 指静脉特征成像原理医学研究表明,我们每个人的手指血管纹路都是世界上独一无二的。
之所以采用手指静脉这一部分是因为相比于动脉来说静脉更加接近人体皮肤表皮,更容易采集。
另外静脉相比动脉来说曲线和分支更多,采集到的静脉图像特征也就越明显。
通过使用近红外线透照射手指时,静脉血液中的血红蛋白会吸收掉近红外线,肌肉和骨骼等部位被弱化,从而形成了明显的图像。
2.2 图像的采集在静脉成像这方面,目前市场上的成像设备感光传感器多数分为两种:CCD和CMOS。
专利名称:基于智能手机分离处理的手指静脉识别系统及方法专利类型:发明专利
发明人:陈刘奎,李作进,刘丁芳
申请号:CN201710329102.1
申请日:20170511
公开号:CN107169444A
公开日:
20170915
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供了一种基于智能手机分离处理的手指静脉识别系统及方法,其系统包括手指静脉采集终端和智能手机平台,手指静脉采集终端包括近红外光源模块、近红外摄像头、微控制器以及第一无线通信模块;智能手机平台通过无线通信接收手指静脉采集终端上传的手指静脉信息,提取手指静脉信息的信号特征,并将其反馈到手指静脉采集终端中;手指静脉采集终端通过与数据库中预设的信号特征匹配,最终输出手指静脉识别结果。
其效果是,降低了硬件平台成本,充分利用现有手机上硬件处理数字图像的能力,有效克服了现有系统因为硬件成本偏高而难以市场普及的缺陷,同时设备之间传输的数据量相对较少,有效保证了信息处理的实时性。
申请人:重庆科技学院
地址:401331 重庆市沙坪坝区大学城东路20号
国籍:CN
代理机构:成都蓉域智慧知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人:陈千
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专业综合实践报告题目名称:掌静脉图像采集装置设计学生姓名:罗天男学号:1100100323 联系电话:电子邮箱:指导教师:丁明理职称:副教授哈尔滨工业大学自动化测试与控制系第1章绪论1.1课题背景随着信息技术的迅速发展,如何在数字环境中进行快速、准确、安全地实现个人身份识别与验证成为了备受关注的热点问题。
生物特征识别技术因而收到了广泛关注,并成为未来安全信息的重要解决方案。
传统的身份验证主要是基于证件、钥匙等标志物或者密码、PIN码等知识来完成,但随着计算机和通信网络的飞速发展,这些传统的方式暴露出诸多的弊端。
传统的安全机制,存在携带不便、容易被盗、容易伪造、容易丢失等问题,这些弊端给我们的生活带来了诸多不便和安全隐患,因此寻求更为方便可靠、更加安全的个人身份验证识别方法势在必行。
生物识别技术是指利用人体所固有的生理特征或行为特征,通过传感器技术、图像处理技术、模式识别等技术,来进行人体身份鉴定的技术。
用于测量的特征有人脸、声音、人耳、虹膜、指纹、掌纹、掌形和静脉等,与传统的身份识别方法相比,生物特征识别技术利用的这些特征是个体固有的生理或行为特征,不会丢失、遗忘或被盗取,具有唯一性和稳定性,因此这种身份验证方式更加可靠、安全、有效。
目前,生物特征识别技术已广泛应用于很多场合,包括医院、军队、ATM机、机场登记、网络登录和上班考勤、门禁等场所。
生物特征识别方法多种多样,目前应用于市场的生物识别技术有指纹识别技术、人脸识别、虹膜识别、掌纹识别、静脉识别、签名识别、DNA识别等。
下面介绍常见的几种生物识别技术。
(1)人脸识别,人脸识别是利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的生物识别技术,具有自然性和不被被测个体察觉的特点。
然而人脸所处的情况复杂多变,使得人脸识别方式的鲁棒性受到一定的影响,识别率不够理想;(2)指纹识别,指纹识别是通过获取识别对象的指纹来进行匹配识别的,其历史悠久、识别技术成熟、采集设备小巧、装置成本低,是目前应用最广泛的生物特征识别技术。
Computer Technology and Its Applications 基于自动调光功能的手指静脉图像采集系统 管凤旭,王科俊 (哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)
术
摘要:"-3固定光强的红外光透射厚度不相同的手指时,会在图像传感器上呈现质量不一的静脉 图像,产生曝光过强或过暗的现象。为采集到质量一致的手指静脉图像,设计一种自动调光电路,可 根据红外透射光的强度自动调整红外发射光强,以保证红外透射光强度维持在一个相对稳定的范 围。同时设计了一种基于USB2.0和CMOS图像传感器的手指静脉采集系统。实验结果表明,该系统采 集的手指静脉纹路图像清晰、质量稳定。 关键词:手指静脉图像;自动调光;CMOS图像传感器;USB2.0;插值算法 中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:0258—7998(2010)10—0120-04
A finger vein image collection system based on auto—dimming function GUAN Feng Xu,WANG Ke Jun (College of Automation,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)
Abstract:Because each figure has different thickness,the sensor will get different quality of fingers vein images through the fixed infrared intensity light.That means the exposure of these images will be too strong or too dark.In order to get consistency quality finger vein images,auto—dimming circuit is designed which can automatically adjust intensity of the crossing infrared light and keep it relatively stable.At’the same time,a finger vein image collection system is designed based on USB2.0 and CMOS. Experimental results show that the finger vein image collected by this system can be clear and stable quality. Key words:finger vein image:auto-dimming;CMOS image sensor;USB2.0:interpolation algorithm
作为第二代生物认证技术,手指静脉识别技术是通 过人体手指中静脉特征对人体身份进行鉴别的技术,具 有很高的防伪性…。手指静脉识别的原理是:当近红外 光线透过人体组织时,静脉血管中的血红蛋白对近红外 光线有非常明显的吸收效果,从而使静脉血管以不同的 灰度值表征在图像中。由于静脉血管分布的随机性,即 使是双胞胎的手指静脉分布特征也不相同,因此可以将 手指静脉识别技术作为身份认证技术。与指纹识别技术 相比,手指静脉识别技术具有不受手指外界环境影响和 安全性更高的优点。 日立公司已率先研制出用于身份验证的手指静脉 识别系列产品。国内一些科研团队也已经先后设计出手 指静脉采集的实验装置[2 31。然而从这些文献中发现了 一些不足:(1)成像设备直接采用成品的网路摄像头或 高清CCD摄像机,不能由上位机采集软件直接且有效 地控制成像效果和下位机硬件电路工作状态。f2)由于 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目f2008AAO1z148);国家自然科学 基金(60975022);中央高校基本科研业务费专项资金项目(HEUCF100425) 120 欢迎网上投稿WWW.chinaaet.com 不同手指厚度不一致,当红外光以固定光强照射手指 时,会形成一组亮度不均衡、甚至丢失静脉纹路的图像, 为身份识别造成不必要的麻烦。为此,本文设计了一种 成本较低、带有自动调光模块、基于USB2.0芯片与 CMOS图像传感器的手指静脉图像采集系统。 1采集系统硬件设计 为降低成本,没有采用FPGA或CPLD等可编程器 件,但设计出结构更加简洁的图像采集硬件电路,主要 部分由CMOS图像传感器模块、USB2.0控制器模块、自 动调光模块、E2PROM和电源模块组成,如图1所示。 CMOS图像传感器与CCD图像传感器相比,具有成 本低、功耗低、集成度高等优点。本设计选用拥有130 万像素的图像传感芯片0V9620。0V9620能自动提供帧 同步信号VSYNC、行同步信号HREF和像素时钟PCLK ̄。 为保证图像采集与上位机图像处理的实时性,设计中采 用VGA 640x480模式,可以保证每秒30帧的动态图 像。实际设计电路如图2所示。 EZ—USB FX2芯片CY7C68013是USB2.0控制器,拥
《电子技术应用》2010年第36卷第1O期 红 外 接 收 管
l— l 调光模块
口 oV 9620 …
DVDL) AVm DoVIm
SCL 24LC65 SDA
2.5V 3.3V 5V 3.3v电源
INT1 CLK0UT SLWR IFCLK INT0 D2~D9
图1采集系统硬件组成 XCLK I I I。 C35 _1卜-AGND
0 1 LLF US 0V9620 呈雪吝冒全: 昌要 罢 曼吴 堇
三I:-吾星目彗巴 弓l 蓦星。 |l § 臣
USB 计 算 机
VGA 0 1 F DGND
l lOGgeD 上c c32 … GA 0.1tzF Do。v
图2图像传感器电路图 有增强型8051内核,集成了智能串行接口引擎(SIE)、片 上RAM、4 KB FIFO存储器,可独立于MCU,由硬件自动 完成480Mb/s高速数据传输功能151。既可以采用I2C总 线把固件程序从E2PROM中下载到自身的RAM中执 行,又可以读写OV9620寄存器,实现摄像头的自动曝 光、增益控制及白平衡控制等功能。 设计中,采用波长为850nm的近红外光源从手背一 侧照射手指,静脉血液中的血红蛋白因吸收红外线而导 致静脉部分的红外光透射较少,最终在手指另一侧的 CMOS图像传感器上产生手指静脉纹路图案。当红外阵 列光源的发光强度一定时,由于不同人、甚至每个人的 不同手指的粗细都不一致,会导致透射红外光的强弱不 同。例如,针对较粗手指形成较好的静脉图像(如图3(a)) 《电子技术应用》2010年第36卷第10期
(a)粗手指 (b)细手指 图3固定光强条件下手指图像
的光源,对较细手指却产生透射光过强的成像效果f如 图3(b))。 针对这种情况,设计出如图4所示的红外发射光强 自动调节电路模块,这是负反馈闭环控制系统。其实现 过程为:先通过观察上位机图像处理软件实时接收到 的图像,调节用于初始化设定的电位器旋钮,直到确认 手指静脉图像达到最好效果时停止,系统将该电位器 输出电压值作为标准值( )。当不同的手指进行采集 时,红外光接收电路将采集到的电流转换为电压值作 为反馈值( ),将反馈值与标准值比较,得到偏差电压 值( ),通过积分调节器输出电压(%)控制红外光源, 若偏差值小于0(反馈值大于标准值),则自动调高输出 电压 直至透射光强达到稳态;若偏差值大于0,则 自动调低输出电压 直至透射光强达到稳态。使红外
U I DGND
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发射光强随手指的厚度动态变化,让透射光始终 保持在一个相对稳定的光强值,以保证成像效果 均衡。 红外光强自动调节电路工作原理:红外接 收传感器QO的电流随接收的透射光强变化而 变化,并作为三极管Ql基极电流,进而引起流 经电阻R13的电流变化,因此 。 电压随接收光 强电流变化而变化。 -,=(+ V)一 (1)
5V
图4红外光强自动调节电路图 l21
3 l O 8 6 C 7 Y C L A C D S S K C 7 L A P B D∞G N A B E T T一 一3 2 膪∞一。
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Computer Technology and Its Applications
通过运放构成的减法器,可求得U : (1+ ) ×(+5 v)一 (2)
当R9=R10、Rll:R12时,Ul= ((+5 V)一 );当 RIO: 12时,UI=(+5 V)一Uo,这时UJ= J],即 随接收 光强电流而变化,因此, 可以近似为接收光强的反馈 电压。 同理,当R1=R2=R3=R4时,通过运放构成的减法 器,可求偏差电压: =Ul— (3) 当R5=R6时,通过运放构成的积分电路,可求输出 电压 : 1 f 1 f 一 J U.d 一 J(5V—Uo一 n)d£(4)
积分电路主要起调节作用,使系统消除稳态误差, 提高无差度。即当存在偏差时,积分调节功能启动,直至 无偏差时,积分调节功能停止,积分电路输出一常值。积 分作用的强弱取决于积分时问常数T,T=R5XC1,T越小, 积分作用越强;反之, 越大,则积分作用越弱。三极管Q2
基极电流为, :(%一 )/R7,红外发光二极管D1的电 流, 。: ,随三极管Q2基极电流变化而变化。 这样红外发射光强的电流就会随着接收光强而变 化。通过多次实验,此光强自动调节电路能很好地对透 过手指的红外光强度进行调节,并可获得清晰、质量稳 定的手指静脉纹路图像(如图8所示)。 2采集系统软件设计 采集系统的软件设计主要分为USB固件程序、USB 驱动程序和上位机图像处理软件。 (1)固件程序采用标准的EZ—USB程序框架。根据需 求,本系统固件的基本功能如下: ①通过IFC0NFIG=0)(43设置Slave FIFO模式,同步 方式下SLWR作为IFCLK时钟引脚的使能信号,以保证 行同步信号HREF有效时,才能接收图像的像素数据。 ②配合硬件电路,通过设置EP2CFG=0xEO设置EP2 端口为BULK传输模式的IN端点,四重缓冲,每包字节 数为1 024。并通过EP2FIFOCFG=Ox08设置端口2为8 位数据总线模式。 ⑧在图像帧接收中断INTO处理函数中,为每一帧图 像前加上特定的帧头I41,以便上位机应用程序可以准确 和完整地分离出每一帧图像数据。在手指触发按键中断 INT1处理函数中,设定手指触发的标识位,以便上位机 程序在发送Vendor指令时,通过读取该标识位来决定是 否自动保存采集的手指静脉图片。 (2)USB驱动程序直接利用EZ—USB开发包自带的 驱动程序ezusbsys.C。为满足图像数据的实时接收需求, 减少在应用程序中重复调用数据读取函数的时间开销,