本實(shí)用新型涉及生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種皮膚血管光聲成像裝置。

背景技術(shù)：

生物識(shí)別技術(shù)通過(guò)人體固有的生理和行為特征進(jìn)行個(gè)人身份的鑒別，較傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)，密鑰隨時(shí)攜帶，不易丟失、遺忘或被盜取，防偽性更強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于國(guó)家安全、信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全、安全認(rèn)證、電子認(rèn)證等領(lǐng)域。指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別、3D人臉識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、靜脈識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)都是以CCD光學(xué)成像后進(jìn)行圖像識(shí)別，伴隨指模、美瞳、面具等產(chǎn)品制作水平越來(lái)越高，這些技術(shù)的安全性越來(lái)越低。

血管成像技術(shù)是一種通過(guò)探測(cè)皮膚組織對(duì)光吸收作用的方法,其生物特性隱藏在皮下，不易丟失與偽造。自上世紀(jì)90年代日立公司的研發(fā)人員在一項(xiàng)度量人腦活動(dòng)的研究中,發(fā)現(xiàn)利用近紅外光觀察血液流動(dòng)可以作為一種有效的、高度安全的生物識(shí)別方法以來(lái)，各國(guó)對(duì)指靜脈識(shí)別技術(shù)倍加關(guān)注。

血管識(shí)別技術(shù)主要應(yīng)用在指靜脈與掌靜脈領(lǐng)域，其近紅外成像裝置，一般采用750nm~1100nm的近紅外光對(duì)組織進(jìn)行照射，由近紅外探頭捕獲血管的圖像，再進(jìn)行圖像處理，但由于受介質(zhì)對(duì)光的衰減影響，其穿深只有毫米量級(jí)，且成像對(duì)比度相對(duì)較低，且采集部位一般用于手部或耳部等薄弱的組織。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于要解決的是現(xiàn)有生物特征識(shí)別技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的皮膚血管光聲成像裝置，有效改善血管成像對(duì)比度較低的問(wèn)題，利用光聲成像技術(shù)，選用合適波長(zhǎng)的激發(fā)光源，通過(guò)分析不同閾值范圍的超聲強(qiáng)度，可以將血管圖像分成靜脈和動(dòng)脈兩種，對(duì)兩種血管圖像分別進(jìn)行識(shí)別，提高識(shí)別準(zhǔn)確率。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種皮膚血管光聲成像裝置，該裝置包括血管光聲信號(hào)采集裝置、PC端和傳輸電纜，所述血管光聲信號(hào)采集裝置通過(guò)傳輸電纜與PC端連接；所述血管光聲信號(hào)采集裝置包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有LD光源以及準(zhǔn)直光路、微型電機(jī)、棱鏡、A/D轉(zhuǎn)換模塊和電源；所述LD光源及準(zhǔn)直電路位于殼體的左側(cè)，殼體中間設(shè)有棱，LD光源及準(zhǔn)直電路與棱鏡之間設(shè)有光路，微型電機(jī)與棱鏡與相連并帶動(dòng)控制棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)，棱鏡與LD光源及準(zhǔn)直電路垂直分布，棱鏡水平面低于 LD光源及準(zhǔn)直電路水平面3-5mm，DOE光學(xué)全息器件位于殼體上側(cè)開(kāi)口處，位于棱鏡正上方，且DOE光學(xué)全息器件與棱鏡垂直分布，光聲換能器陣列分布于DOE光學(xué)全息器件兩側(cè)， DOE光學(xué)全息器件與光聲換能器均位于殼體上表面，電源模塊位于殼體左側(cè)，通過(guò)電路與位于殼體右側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換模塊、微型電機(jī)以及LD光源以及準(zhǔn)直光路相連并為這三個(gè)模塊供電，光聲換能器與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，輸出數(shù)字信號(hào)，再由傳輸電纜連接到PC端完成信號(hào)處理。

所述LD光源的波長(zhǎng)400-800nm。

所述衍射光學(xué)元件全息器件的聚焦深度為1-3mm。

所述微型光聲換能器大小為1-5mm。

所述棱鏡為正六棱鏡。

所述棱鏡的外接圓直徑為4mm。

所述微型電機(jī)為圓柱形，長(zhǎng)為20-50mm，半徑為5-10mm。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：一種皮膚血管光聲成像裝置與識(shí)別方法，采用棱鏡對(duì)光源進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，通過(guò)棱鏡與微型電機(jī)相連接的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚血管的區(qū)域掃描，大大減少了相關(guān)檢測(cè)的時(shí)間；采用微型光聲換能器獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號(hào)，由PC端實(shí)現(xiàn)圖像重建，大大減小了裝置的體積；在PC端對(duì)重建圖像進(jìn)行歸一化、濾波、二值化和細(xì)化等處理，極大提高了識(shí)別準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)了光聲激發(fā)與傳感的一體化、微型化和實(shí)用化，可廣泛應(yīng)用生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一種皮膚血管光聲成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一種皮膚血管光聲成像裝置使用狀態(tài)圖。

圖中：

1、殼體，2、LD光源以及準(zhǔn)直光路；3、微型電機(jī)；4、棱鏡；5、A/D轉(zhuǎn)換模塊；6、電源；7、DOE光學(xué)全息器件；8、微型光聲換能器；9、光束；10、血管光聲信號(hào)采集裝置；11、吸收體；12、皮下血管；13、傳輸電纜；14、PC端。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)附圖1，一種皮膚血管光聲成像裝置，包括血管光聲信號(hào)采集裝置10、PC端14和傳輸電纜13，所述血管光聲信號(hào)采集裝置10通過(guò)傳輸電纜13與PC端14連接；所述血管光聲信號(hào)采集裝置10包括殼體1，所述殼體1內(nèi)設(shè)有LD光源以及準(zhǔn)直光路2、微型電機(jī)3、棱鏡4、A/D轉(zhuǎn)換模塊5和電源6，所述LD光源以及準(zhǔn)直光路2與電源6連接，所述棱鏡4與所述微型電機(jī)3連接，所述微型電機(jī)3帶動(dòng)所述棱鏡4轉(zhuǎn)動(dòng)；A/D模塊5通過(guò)所述傳輸電纜13與所述PC端14連接；所述殼體1開(kāi)口處設(shè)有DOE光學(xué)全息器件7，所述殼體1開(kāi)口處兩側(cè)固定有微型光聲換能器8，所述微型光聲換能器8為陣列分布；所述棱鏡4與所述微型電機(jī)3置于所述DOE光學(xué)全息器件7下方。

進(jìn)一步地，所述微型電機(jī)3與棱鏡4勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所述血管光聲采集裝置10由棱鏡4旋轉(zhuǎn)使光路發(fā)生偏移，對(duì)皮下血管進(jìn)行區(qū)域性?huà)呙瑁ㄟ^(guò)滑動(dòng)，即可得到皮膚血管的光聲信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述LD光源2的波長(zhǎng)范圍400-800nm。

進(jìn)一步地，所述DOE光學(xué)全息器件7的聚焦深度為1-3mm。

進(jìn)一步地，所述微型光聲換能器8直徑大小為1-5mm。

進(jìn)一步地，所述棱鏡4為正六棱鏡。

進(jìn)一步地，所述棱鏡4的外接圓直徑為4mm。

進(jìn)一步地，所述微型電機(jī)3長(zhǎng)范圍為20-50mm，半徑范圍為5-10mm。

一種皮膚血管光聲成像裝置的識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟一：?jiǎn)?dòng)微型電機(jī)3以及光源2、電源6。

步驟二：所述LD光源以及準(zhǔn)直光路2產(chǎn)生光束9，光束9沿光路傳播經(jīng)棱鏡4反射，照射到DOE光學(xué)元件全息器件7上，光束9穿過(guò)DOE光學(xué)全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探測(cè)血管內(nèi)的吸收體11，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號(hào)，由超聲換能器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊5，經(jīng)傳輸電纜13傳輸?shù)絇C端14。

步驟三：棱鏡4轉(zhuǎn)動(dòng)，使得皮下血管12橫向部位激發(fā)產(chǎn)生光聲信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并傳輸至PC端14。步驟四：開(kāi)口處與皮膚接觸并滑動(dòng)，即可完成皮下掃描區(qū)域血管數(shù)據(jù)的采集。

步驟五：PC端14對(duì)光聲信號(hào)處理，完成圖像重建。

步驟六：對(duì)重建圖像進(jìn)行預(yù)處理，將圖像尺寸歸一化；重建圖像過(guò)大，對(duì)圖像的處理時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，而尺寸歸一化，可以將圖像縮小到一定大小，且不影響圖像的特征提取，大大減少算法的運(yùn)行時(shí)間。

步驟七：對(duì)重建圖像進(jìn)行灰度歸一化處理，由于重建圖像對(duì)比度較低，不利于后續(xù)處理，對(duì)圖像進(jìn)行灰度歸一化，使其均勻分布，提高圖像對(duì)比度。

步驟八：對(duì)重建圖像進(jìn)行濾波處理，由于采集過(guò)程存在噪聲干擾，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，抑制不需要的特征，改善圖像質(zhì)量。

步驟九：對(duì)重建圖像進(jìn)行二值化處理，以提取血管特征。

步驟十：對(duì)血管特征圖像細(xì)化處理。

步驟十一：對(duì)血管特征血管圖像進(jìn)行匹配計(jì)算。

步驟十二：顯示生物身份匹配結(jié)果，識(shí)別結(jié)束。

進(jìn)一步地，所述步驟八對(duì)重建圖像進(jìn)行濾波處理，一般采用高斯濾波，平滑濾波或小波變換。

進(jìn)一步地，所述步驟九對(duì)重建圖像進(jìn)行二值化處理，一般采用動(dòng)態(tài)閾值法、重復(fù)線性跟蹤法、最大曲率算法和四方向谷搜索法。

進(jìn)一步地，所述步驟十對(duì)血管特征圖像細(xì)化處理，一般采用條件細(xì)化算法、模板細(xì)化算法、形態(tài)學(xué)細(xì)化算法和查表細(xì)化算法。

進(jìn)一步地，所述步驟十一對(duì)血管特征血管圖像進(jìn)行匹配計(jì)算，一般采用細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配法、Hu不變矩法、模板匹配法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

參見(jiàn)附圖1和附圖2，啟動(dòng)微型電機(jī)3以及LD光源2、電源6，所述LD光源以及準(zhǔn)直光路2產(chǎn)生光束9，光束9沿光路傳播經(jīng)棱鏡4反射，照射到DOE光學(xué)全息器件7上，光束9穿過(guò)DOE光學(xué)全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探測(cè)血管內(nèi)的吸收體11，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號(hào)，微型光聲換能器8獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號(hào)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由A/D轉(zhuǎn)換模塊5，經(jīng)傳輸電纜13傳輸?shù)絇C端14。棱鏡4轉(zhuǎn)動(dòng)，使得皮下血管12橫向部位激發(fā)產(chǎn)生光聲信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行傳輸，開(kāi)口處與皮膚接觸并滑動(dòng)，即可完成皮下掃描區(qū)域血管數(shù)據(jù)的采集。PC端14對(duì)光聲信號(hào)處理完成，進(jìn)行圖像重建，對(duì)重建圖像進(jìn)行預(yù)處理，為用戶(hù)提供高分辨率的圖像，同時(shí)對(duì)重建圖像進(jìn)行識(shí)別并顯示生物身份匹配結(jié)果。

本發(fā)明提供的一種皮膚血管光聲成像裝置，采用棱鏡4對(duì)光束9進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，通過(guò)棱鏡4與微型電機(jī)3相連接的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚血管的區(qū)域掃描，大大減少了相關(guān)檢測(cè)的時(shí)間；采用微型光聲換能器8獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號(hào)，由PC端14實(shí)現(xiàn)圖像重建并識(shí)別，大大減小了裝置的體積，極大提高了識(shí)別準(zhǔn)確率。

以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例之一。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多類(lèi)似的改形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明所要保護(hù)的范圍。