專利名稱：一種手指靜脈圖像采集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及人體生物認證領域，尤其涉及一種手指靜脈圖像采集裝置。
背景技術：
將手指靜脈作為人體生物信息進行身份認證具有安全、高效等特點，因此在銀行、 辦公場所或一些信息安全領域得到了廣泛的應用。目前，市場上的手指靜脈圖像采集裝置 通常僅采集單指的靜脈圖像，不能對被測物的生命體征進行識別，因而無法判斷被測物是 否真正的手指，偽造的手指或靜脈圖像也可能欺騙圖像采集裝置而順利通過身份認證，因 此，現(xiàn)有的手指靜脈圖像采集裝置仍然存在一定的安全隱患。一種現(xiàn)有技術如
公開日為2007年1月17日、公開號為CN1897042A、發(fā)明名稱為 《生物信息注冊裝置》的中國專利，揭示了一種由手區(qū)攝影攝像機拍攝手指靜脈圖像，然后 判斷讀取靜脈信息的手指是否與預先所選擇的手指是否一致的技術方案；然而該發(fā)明提 供的技術方案不能判斷讀取靜脈信息的手指是否真正的人手，使用該裝置進行安全認證 容易被欺騙，因而安全性不高。另一種現(xiàn)有技術如
公開日為2009年6月24日、公開號為 CN101464947A、發(fā)明名稱為《基于指紋和手指靜脈的雙模態(tài)生物圖像采集裝置》的中國專 利，該專利提供的技術方案不僅包括紅外接收器和靜脈圖像采集器，還設置了電極、溫度傳 感器等裝置用于實現(xiàn)活體識別功能；然而僅利用溫度進行活體識別準確度顯然較低，仍然 無法避免偽造的手指或靜脈圖像通過安全認證的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種能夠獲取被測物的生命體征信息、安全 性高的手指靜脈圖像采集裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種手指靜脈圖像采集裝置，包括紅外光源、手指檢測位和紅外圖像采集單元；所 述紅外圖像采集單元用于對紅外光源照射下、放置在手指檢測位的被測物進行靜脈圖像的 采集；其特征在于還包括生命體征檢測單元，所述生命體征檢測單元用于獲取被測物的 生命體征信息，從而判斷被測物是否為真正的手指。所述生命體征檢測單元包括設置在手指檢測位附近的電容感應器，被測物放置在 所述手指檢測位時，所述電容感應器用于通過測量電容變化獲取被測物的生命體征信息。所述生命體征檢測單元還包括紅外光電傳感器，所述紅外光傳感器設置在被測物 對所述紅外光源的反射光路上，被測物放置在所述手指檢測位時，所述紅外光電傳感器用 于通過測量被測物上的紅光反射強度獲取所述被測物的生命體征信息。所述紅外光源切換提供兩種波長的紅外光波，其中一種紅外光波用于紅外圖像采 集，另一種紅外光波用于測量被測物上的紅光反射強度。所述手指靜脈圖像采集裝置還包括控制系統(tǒng)，所述生命體征檢測單元和紅外圖像 采集單元都與所述控制系統(tǒng)電連接，所述生命體征檢測單元判斷所述被測物為手指時，所述控制系統(tǒng)用于啟動所述紅外圖像采集單元進行手指靜脈圖像的采集。所述紅外光源包括將所述手指檢測位容納在對射區(qū)域內(nèi)的第一紅外光源和第二 紅外光源，所述紅外圖像采集單元設置在所述第一紅外光源或第二紅外光源一端；所述手 指靜脈圖像采集裝置還包括光控制單元，用于通過控制所述第一紅外光源和第二紅外光源 的亮度進行光源補償。還包括殼體，所述紅外光源、手指檢測位和紅外圖像采集單元都安裝在所述殼體 上。所述殼體還包括一個封閉的光腔，所述第一紅外光源和第二紅外光源分別設置在 所述光腔內(nèi)的頂部和底部，所述手指檢測位設置在所述第一光源和第二光源之間；或所述 第一紅外光源設置在所述光腔的上方，所述第二紅外光源和紅外圖像采集單元設置在光腔 底部，所述手指檢測位設置在光腔的頂部。所述手指靜脈圖像采集裝置還包括與所述控制系統(tǒng)電連接的RFID讀卡器，所述 RFID讀卡器，用于向所述手指靜脈圖像采集裝置提供與手指靜脈相對應的身份信息。所述手指靜脈圖像采集裝置還包括與所述控制系統(tǒng)電連接的控制界面，用于輸入 或輸出檢測信息。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置包括生命體征檢測單元， 能夠通過獲取的生命體征信息判斷被測物是否為真正的手指，避免了有人將偽造的手指或 靜脈圖像放在手指檢測位，而手指靜脈圖像采集裝置無法判別真?zhèn)味蛊漤樌ㄟ^安全認 證的情況，因此顯著提高了系統(tǒng)的安全性。本發(fā)明還能通過調(diào)整紅外光波的亮度進行光源補償，且減少了瞬時光飽和狀況而 在手指靜脈圖像中產(chǎn)生的局部亮斑，并通過使用遮光罩減少了日光、燈光等雜光對圖像采 集效果的影響，因此顯著提高了圖像采集的精度。本發(fā)明提供的技術方案還能夠在生命體征檢測單元判斷被測物為手指時啟動紅 外圖像采集單元和紅外光源對手指靜脈圖像進行采集，采集完畢自動關閉紅外圖像采集單 元和紅外光源，因此起到節(jié)能的效果。


圖1為本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置第一種具體實施方式
示意圖；圖2為本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置第二種具體實施方式
示意圖；圖3為本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置控制方式示意圖；圖4為本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置的一種具體使用方法流程圖。
具體實施例方式下面對照附圖結合具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明第一
具體實施例方式如圖1所示，本具體實施方式
的手指靜脈圖像采集裝置包括殼體1以及安裝在殼 體1上的(包括殼體1外部以及殼體1內(nèi)部)手指檢測位2、紅外光源3、紅外圖像采集單元 4和生命體征檢測單元5。紅外光源3提供具有一定波長的紅外光波，手指或其他被測物放 置在手指檢測位2時，紅外圖像采集單元4對紅外光源3照射下的被測物進行靜脈圖像采集。生命體征檢測單元5設置在手指檢測位2 —側或者直接安裝在手指檢測位2上，用于獲 取被測物的生命體征信息從而判斷被測物是否為真正的手指。通常生命體征信息指體溫、 心率、脈搏、血壓、呼吸、瞳孔和角膜反射的改變等等，本發(fā)明所述的生命體征信息包括人體 的電學特性、脈搏和血氧飽和度等。本發(fā)明能夠通過獲取的生命體征信息判斷被測物是否 為真正的手指，避免了有人將偽造的手指或靜脈圖像放在手指檢測位，而手指靜脈圖像采 集裝置無法判別真?zhèn)味蛊漤樌ㄟ^安全認證的情況，因此顯著提高了系統(tǒng)的安全性。第二
具體實施例方式如圖2所示，本具體實施方式
的手指靜脈圖像采集裝置的殼體1為箱體狀結構，手 指檢測位2可為水平設置在殼體1中部的透明支架，具體形狀和大小與人的手指相配合，可 供三個手指放在其上。紅外光源3包括設置在手指檢測位2上方的第一紅外光源31和手 指檢測位2下方的第二紅外光源32，兩者形成一個對射區(qū)域并將手指檢測位2容納在其內(nèi)。 紅外圖像采集單元4設置在第二紅外光源32 —端(也可根據(jù)具體需要設置在第一紅外光 源31 —端)。本實施方式的第一紅外光源31或第二紅外光源32可都為紅外LED陣列，由 貼片LED燈組成，第二紅外光源32發(fā)射出的紅外光波作為背景光。本發(fā)明可調(diào)節(jié)第一紅外 光源31或第二紅外光源32發(fā)射的紅外光波的亮度，從而通過光源補償達到亮度適宜、均勻 傳播的效果，由于發(fā)光點眾多、亮度均勻，且避免了圖像采集過程中由于局部區(qū)域亮度過高 而導致的瞬時光飽和現(xiàn)象，減少了在手指靜脈圖像中產(chǎn)生的局部亮斑，因此顯著提高了檢 測精度。本發(fā)明的殼體1包括一個設置在紅外光源3上方的遮光罩11，能夠消除日光、燈光 等雜光對圖像采集效果的影響，進一步提高了檢測精度。本發(fā)明的殼體1內(nèi)還包括一個封 閉的光腔6，一種實施方式中，第一紅外光源31和第二紅外光源32分別設置在光腔6內(nèi)的 頂部或底部，手指檢測位2設置在第一光源31和第二光源32之間。另一種實施方式中，手 指檢測位2設置在光腔6的頂部，光腔6的大小與手指檢測位2相匹配，保證放置好的被測 物成像在光腔6的底部且大小適宜；第一紅外光源31設置在光腔6上方，第二紅外光源32 和紅外圖像采集單元4都設置在光腔6底部，光腔6除頂部以外的內(nèi)表面都鋪設黑色絨布 等吸光材料，用于減少光反射，進一步提高了靜脈圖像采集效果。本發(fā)明的紅外圖像采集單元4可為普通的CCD(Charge Coupled Device:電荷耦 合元件))圖像傳感器，也可采用能夠接受紅外光波的CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導體元件)圖像傳感器，為了提高光透過率，鏡頭表面可設 置紅外增透膜以及可使紅外光波透過可見光被吸收的濾光片，透光片對于SOOnm以上的波 長透過率為85% 90%。本實施方式的手指靜脈圖像采集裝置還包括安裝在殼體1上的RFID(Radic) Frequency Identif ication 射頻識別)讀卡器8，用于向手指靜脈圖像采集裝置提供與手 指靜脈相對應的身份信息，只有唯一的手指靜脈圖像才能與RFID讀卡器8提供的ID等用 戶身份信息相匹配；或RFID讀卡器8可存儲預先注冊的靜脈圖像或處理后的靜脈圖像模 版作為用戶的身份信息，紅外圖像采集單元4采集的靜脈圖像需要與RFID讀卡器8中存儲 的靜脈圖像信息相對比進行身份識別。本實施方式的手指靜脈圖像采集裝置還包括安裝 在殼體1上的控制界面7，該控制界面7可包括顯示屏、操作鍵等，用于輸入或輸出手指靜 脈圖像采集裝置的檢測信息。例如顯示屏可用于顯示檢測狀態(tài)、調(diào)試參數(shù)(例如紅外光源 的亮度)、生命體征檢測單元5的檢測結果、采集到的靜脈圖像以及身份識別結果等檢測信
5息；操作鍵可用于輸入操作指令(例如選擇調(diào)試參數(shù))、選擇注冊、識別或其他功能等檢測 信息。為了方便用戶使用且便于保護裝置，操作鍵可設置為觸摸式操作鍵，顯示屏也可設置 為觸摸式顯示屏。 本實施方式的生命體征檢測單元5設置在手指檢測位2的附近，可封閉設置在玻 璃或其他透明材料制成的隔板內(nèi)避免損壞。生命體征檢測單元5包括電容感應器，當被測 物放置在手指檢測位2時，電容感應器檢測到被測物與特定金屬元件的非接觸感應而引起 的電容變化，如果測試結果與人手與特定金屬元件的非接觸感應引起的電容變化范圍相 同，證明被測物具有與人手相同的電學特性，進而判斷被測物為手指。本發(fā)明的生命體征檢 測單元5也可包括紅外光電傳感器，或者包括電容感應器和紅外光電傳感器以便進一步提 高檢測的準確性。該紅外光電傳感器設置在被測物對紅外光源3的反射光路上，當紅外光 源3先后提供波長為805nm和940nm的紅外光波時，該紅外光電傳感器能夠測量被測物上 的紅光反射強度，如果被測物為手指，則可通過紅外光反射強度獲取對應的脈搏、血氧飽和 度等，從而進一步確定被測物為手指。本發(fā)明通過紅光反射強度獲取脈搏的一種方式為當 紅外光源3發(fā)出的恒定光波透過人體皮膚進入人體內(nèi)組織、血管之后，反射光波到達紅外 光電傳感器，其接收的照度包括本底照度(不變照度)和受動脈血流影響的變化照度；根 據(jù)紅外光電傳感器的特性，在其工作區(qū)域內(nèi)，當不同的本底照度附近出現(xiàn)較少的照度變化 時，阻值的變化量與照度的變化量呈直線關系，由于使用了恒定光波，紅外光電傳感器兩端 電壓降的變化量也與照度的變化量呈直線關系，從而使紅外光電傳感器兩端電壓變化與血 管的博動體現(xiàn)出對應的關系(詳見學術論文《光電脈搏傳感器研制的初步報告》，作者沈樹 聲、胡宗元、崔錚，《生理科學》雜志，1983年第三卷第1期)，用戶可通過示波器等顯示裝置 觀察該對應關系，以確認被測物為手指。本發(fā)明通過紅光反射強度獲取血氧飽和度的一種 方式為通過透射式光檢測方法確定人體的血氧飽和度是一種常用的檢測手段，有研究表 明，在反射式血氧飽和度的計算中，可以認為血氧飽和度值與檢測到的反射光強度成正比 (詳見學術論文《反射式血氧飽和度檢測系統(tǒng)的研制》，作者王榮芳，北京工業(yè)大學碩士學位 論文，2002)，因此紅外光電傳感器可接收紅光反射強度，從而判斷血氧飽和度的變化規(guī)律 以確認被測物為手指。由以上可知，通過電容感應器獲取的被測物的生命體征信息為被測 物的電學特性，通過紅外光電光電傳感器獲取的被測物的生命體征信息為脈搏或血氧飽和 度等。生命體征檢測單元5通過檢測能夠自動判斷伸入手指檢測位2的被測物是否為手指， 因此可及時發(fā)出報警信息或者停止下一步進行采集靜脈圖像的程序。
如圖3所示，手指靜脈圖像采集裝置一般還包括控制系統(tǒng)9，用于啟動紅外圖像采 集單元4、控制圖像的處理、識別等過程。本發(fā)明中，為了節(jié)約電能，當生命體征檢測單元5 判斷被測物為手指時，控制系統(tǒng)9才控制紅外圖像采集單元4的啟動，避免紅外圖像采集單 元4長時間處于啟動狀態(tài)而耗費電能。當生命體征檢測單元5中僅包含電容感應器51時， 如果電容感應器51判斷被測物為手指，控制系統(tǒng)9立即啟動紅外圖像采集單元4采集靜脈 圖像；當生命體征檢測單元5中還包括紅外光電傳感器52時，控制系統(tǒng)9可在電容感應器 51初步判斷被測物為手指時開始檢測脈搏和血氧飽和度，進一步確定被測物為手指，接著 啟動紅外圖像采集單元4。紅外光電傳感器52檢測脈搏和血氧飽和度的程序還可在采集靜 脈圖像完成、進行圖像處理的時候進行，因此能夠節(jié)省采集信息的時間，提高工作效率。本 裝置還包括光控制單元33，需要通過紅外圖像采集單元4采集靜脈圖像或者通過紅外光電傳感器52檢測脈搏和血氧飽和度時，控制系統(tǒng)9通過光控制單元33控制紅外光源3的啟 動，同樣起到節(jié)能的效果；該光控制單元33還可用于通過控制紅外光源3的亮度進行光源 補償，第一紅外光源31和第二紅外光源32都為LED陣列時，可通過調(diào)節(jié)LED燈的開啟數(shù)量 調(diào)節(jié)紅外光波的亮度。當圖像采集完畢時，控制系統(tǒng)9可關閉紅外圖像采集單元4和紅外 光源3等待下一次采集，起到節(jié)能的作用。生命體征檢測單元5中包括紅外光電傳感器52時，本實施方式的紅外光源3可切 換提供兩種波長的紅外光波，其中一種用于靜脈圖像采集，通常波長為805nm ；另一種用于 測量被測物上的紅光反射強度，通常波長為940nm，光控制單元33還用于切換兩種波長的 紅外光波。第一紅外光源31和第二紅外光源32都為LED陣列時，LED陣列中包括一部分 波長為805nm的LED燈以及一部分波長為940nm的LED燈，需要采集靜脈圖像時，控制系統(tǒng) 9可向光控制單元33發(fā)出控制指令開啟波長為805nm的LED燈；需要測量脈搏和血氧飽和 度時，控制系統(tǒng)9可向光控制單元33發(fā)出控制指令先后開啟波長為805nm和940nm的LED 燈，因此本實施方式的手指靜脈圖像采集裝置具有節(jié)能、高效的特點。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)9 對手指靜脈圖像采集裝置各項功能的統(tǒng)一管理和調(diào)度，安裝在殼體1上的RFID讀卡器8和 控制界面7都與控制系統(tǒng)9電連接。圖4為本發(fā)明的手指靜脈圖像采集裝置的一種具體使用流程圖，本實施方式的生 命體征檢測單元5包括電容感應器51和紅外光電傳感器52，本流程包括以下步驟步驟SlOO 接通電源后，控制系統(tǒng)初始化。步驟SlOl 調(diào)節(jié)第一紅外光源31和第二紅外光源32的亮度進行光學補償，以減 少雜光的干擾，提高圖像的采集質(zhì)量，顯示屏可顯示調(diào)試參數(shù)便于工作人員進行調(diào)節(jié)。步驟S102 用戶通過控制界面7選擇功能，例如注冊、識別等功能，如果不包括控 制界面7，則可默認識別功能。步驟S103 用戶將手指放置在手指檢測位2，該手指檢測位2也可能放置了其他被 測物。步驟S104 生命體征檢測單元5中的電容感應器51被觸發(fā)。步驟S105 電容感應器51通過電容變化判斷被測物是否可能為手指，如果是手指 則進入步驟S106，否則進入步驟Sl 13退出操作。步驟S106 控制系統(tǒng)9通過光控制單元33依次提供波長為805nm和940nm的紅
外光波。步驟S107 生命體征檢測單元5中的紅外光電傳感器52被觸發(fā)進行紅光反射強 度的測量。步驟S108 可通過測試紅光反射強度計算獲取手指對應的脈搏和血氧飽和度并 對其進行分析。步驟S109 進一步對被測物進行判斷，如果判斷表明被測物是手指，則進入步驟 Sl 10，否則進入步驟Sl 14退出操作。步驟SllO 控制系統(tǒng)9通過光控制單元33切換波長為805nm的紅外光波。步驟Slll 紅外圖像采集單元4采集手指的靜脈圖像，可根據(jù)具體需要只采集一 次即可直接進行識別，或者連續(xù)采集多次從而進行注冊或識別。步驟S112 按照具體需要處理靜脈圖像，該步驟與步驟S102相對應，可對采集到的靜脈圖像進行識別、存儲或其它相關操作。 以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權利要求
一種手指靜脈圖像采集裝置，包括紅外光源、手指檢測位和紅外圖像采集單元；所述紅外圖像采集單元用于對紅外光源照射下、放置在手指檢測位的被測物進行靜脈圖像的采集；其特征在于還包括生命體征檢測單元，所述生命體征檢測單元用于獲取被測物的生命體征信息，從而判斷被測物是否為真正的手指。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述生命體征檢測單元包括設置在手指 檢測位附近的電容感應器，被測物放置在所述手指檢測位時，所述電容感應器用于通過測 量電容變化獲取被測物的生命體征信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述生命體征檢測單元還包括紅外光電 傳感器，所述紅外光傳感器設置在被測物對所述紅外光源的反射光路上，被測物放置在所 述手指檢測位時，所述紅外光電傳感器用于通過測量被測物上的紅光反射強度獲取所述被 測物的生命體征信息。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于所述紅外光源切換提供兩種波長的紅外 光波，其中一種紅外光波用于紅外圖像采集，另一種紅外光波用于測量被測物上的紅光反 射強度。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于所述手指靜脈圖像采集裝 置還包括控制系統(tǒng)，所述生命體征檢測單元和紅外圖像采集單元都與所述控制系統(tǒng)電連 接，所述生命體征檢測單元判斷所述被測物為手指時，所述控制系統(tǒng)用于啟動所述紅外圖 像采集單元進行手指靜脈圖像的采集。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于所述紅外光源包括將所述 手指檢測位容納在對射區(qū)域內(nèi)的第一紅外光源和第二紅外光源，所述紅外圖像采集單元設 置在所述第一紅外光源或第二紅外光源一端；所述手指靜脈圖像采集裝置還包括光控制單 元，用于通過控制所述第一紅外光源和第二紅外光源的亮度進行光源補償。
7.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于所述手指靜脈圖像采集裝 置還包括殼體，所述紅外光源、手指檢測位和紅外圖像采集單元都安裝在所述殼體上。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述殼體還包括一個封閉的光腔，所述第 一紅外光源和第二紅外光源分別設置在所述光腔內(nèi)的頂部或底部，所述手指檢測位設置在 所述第一光源和第二光源之間；或所述第一紅外光源設置在所述光腔的上方，所述第二紅 外光源和紅外圖像采集單元設置在光腔底部，所述手指檢測位設置在光腔的頂部。
9.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述手指靜脈圖像采集裝置還包括與所 述控制系統(tǒng)電連接的RFID讀卡器，所述RFID讀卡器，用于向所述手指靜脈圖像采集裝置提 供與手指靜脈相對應的身份信息。
10.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于所述手指靜脈圖像采集裝置還包括與所 述控制系統(tǒng)電連接的控制界面，用于輸入或輸出檢測信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種手指靜脈圖像采集裝置，包括紅外光源、手指檢測位和紅外圖像采集單元；所述紅外圖像采集單元用于對紅外光源照射下、放置在手指檢測位的被測物進行靜脈圖像的采集；還包括生命體征檢測單元，所述生命體征檢測單元用于獲取被測物的生命體征信息，從而判斷被測物是否為真正的手指。本發(fā)明能夠避免有人將偽造的手指或靜脈圖像放在手指檢測位，而手指靜脈圖像采集裝置無法判別真?zhèn)味蛊漤樌ㄟ^安全認證的情況，因此顯著提高了系統(tǒng)的安全性。本發(fā)明還能通過調(diào)整紅外光波的亮度進行光源補償，并通過使用遮光罩減少了日光、燈光等雜光對圖像采集效果的影響，提高了圖像采集的精度。
文檔編號G06K9/00GK101957914SQ20091010881
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權日2009年7月20日
發(fā)明者張凡, 曹廣忠, 杜戈果, 秦斌 申請人:深圳大學