本發(fā)明涉及手指靜脈識(shí)別技術(shù)，具體涉及一種手指靜脈識(shí)別過(guò)程中的活體檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

手指靜脈識(shí)別技術(shù)屬于當(dāng)前生物特征識(shí)別技術(shù)中的熱點(diǎn)領(lǐng)域，相比與指紋和人臉特征而言，手指靜脈信息藏匿于淺表皮下，日?；顒?dòng)不會(huì)留下印跡，而且每根手指的靜脈紋路都不一樣，因此可以用作個(gè)人身份識(shí)別，而且具有無(wú)接觸采集、安全性高、唯一性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

但應(yīng)該過(guò)程中，難以避免有人利用自制設(shè)備采集原始手部靜脈圖像，再打印到假體上進(jìn)行攻擊。參考文獻(xiàn)tomep,vanonim,marcels.onthevulnerabilityoffingerveinrecognitiontospoofing[c],biometricsspecialinterestgroup.ieee,2014:1-10.中也有指出：打印手指靜脈圖片有86％的可能性在手指靜脈識(shí)別設(shè)備上蒙混過(guò)關(guān)，說(shuō)明現(xiàn)有的手指靜脈識(shí)別設(shè)備中還是存在著假體攻擊的隱患，因此，在手指靜脈識(shí)別過(guò)程中需要進(jìn)行活體檢測(cè)，從而降低假體欺騙的通過(guò)率。

現(xiàn)有的手指靜脈識(shí)別設(shè)備中的活體檢測(cè)通常采用添加其它器件來(lái)檢測(cè)其它活體特征，如中國(guó)專利申請(qǐng)201310636653.4即公開(kāi)了一種具有活體手指?jìng)蓽y(cè)功能的手指靜脈識(shí)別裝置，該裝置通過(guò)在傳統(tǒng)的手指靜脈識(shí)別儀器中增設(shè)紅外線脈搏波檢測(cè)傳感器來(lái)探測(cè)脈搏，從而判斷被測(cè)物體是否為活體手指，以提高手指靜脈識(shí)別的可靠性。

也有其他研究人員提出通過(guò)增設(shè)探測(cè)真皮層的電容式指紋傳感器、用于檢測(cè)汗孔的高分辨率的光學(xué)指紋傳感器、指夾血氧探測(cè)器等方案，但是這些方式均需要對(duì)原有生物特征識(shí)別設(shè)備進(jìn)行改造，硬件成本相對(duì)較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，近紅外透射手指靜脈造影獲取的圖像中，因漫反射造成靜脈紋路模糊，信噪比低，難以高清晰度成像，難以類似指紋高清晰圖像采集，利用汗孔，汗?jié)n等細(xì)微特征進(jìn)行活體檢測(cè)，在手指靜脈的采集過(guò)程中，手指整體運(yùn)動(dòng)或靜止，缺少人臉活體檢測(cè)中眨眼，微笑等局部動(dòng)態(tài)特性，利用單幅手指靜脈圖像和互動(dòng)特征進(jìn)行靜脈活體檢測(cè)難度太大。

針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明提出可以從采集手指靜脈視頻中挖掘需要的活體特征，靜脈活體識(shí)別的關(guān)鍵在于判別靜脈部分的“活體”狀態(tài)，靜脈保持“活體”在于其內(nèi)部的血液流動(dòng)，雖然血液流動(dòng)緩慢，但會(huì)隨著脈搏有流量的變化，從而引起靜脈輕微的膨脹和收縮，在近紅外光透射手指靜脈造影條件下，這種輕微的膨脹和收縮雖然很難用傳統(tǒng)的視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法偵測(cè)出來(lái)，但可以利用歐拉視頻運(yùn)動(dòng)放大技術(shù)可以檢測(cè)到局部微小的運(yùn)動(dòng)信息，將近紅外手指靜脈視頻采集與歐拉視頻運(yùn)動(dòng)放大相結(jié)合，綜合手指整體宏觀和局部靜脈微觀的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)手指靜脈的活體檢測(cè)，無(wú)需增設(shè)多余硬件設(shè)備，從而降低設(shè)備成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

一種手指靜脈識(shí)別過(guò)程中的活體檢測(cè)方法，其關(guān)鍵在于：在手指靜脈識(shí)別過(guò)程中通過(guò)采集一定幀數(shù)的手指靜脈視頻圖像，然后選取部分有手指靜脈的區(qū)域作為活體靜脈檢測(cè)區(qū)域，最后再使用歐拉視頻運(yùn)動(dòng)放大算法進(jìn)行靜脈紋路輕微膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定是否為活體手指靜脈。

進(jìn)一步地，在實(shí)施上述方法過(guò)程中，通過(guò)手指靜脈圖像采集裝置采集手指靜脈視頻圖像，所述手指靜脈圖像采集裝置包括近紅外光源、光學(xué)傳感器以及用于實(shí)現(xiàn)近紅外光源光強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)整的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述近紅外光源模塊和所述光學(xué)傳感器相對(duì)設(shè)置，二者之間預(yù)留有用于放置手指的采集槽。

進(jìn)一步地，所述手指靜脈圖像采集裝置采集40～80幀手指無(wú)運(yùn)動(dòng)情況下的連續(xù)手指靜脈視頻圖像作為待處理圖像。

進(jìn)一步地，通過(guò)視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)判斷手指在視頻中是否為靜止?fàn)顟B(tài)，如果不是靜止?fàn)顟B(tài)，則手指靜止圖像幀數(shù)清零。

進(jìn)一步地，通過(guò)局部動(dòng)態(tài)閾值分割出圖像中的靜脈區(qū)域，選取相對(duì)明顯的靜脈區(qū)域作為所述活體靜脈檢測(cè)區(qū)域。

進(jìn)一步地，所述活體靜脈檢測(cè)區(qū)域?yàn)?～3個(gè)不同位置區(qū)域。

進(jìn)一步地，通過(guò)歐拉視頻放大技術(shù)對(duì)局部靜脈視頻中的靜脈膨脹和收縮進(jìn)行放大，如果發(fā)現(xiàn)靜脈區(qū)域的寬度有明顯變化，即發(fā)生了膨脹或收縮，則認(rèn)為該區(qū)域有血液流過(guò)，從而認(rèn)定為活體靜脈。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出通過(guò)近紅外手指靜脈視頻來(lái)進(jìn)行靜脈活體檢測(cè)，利用視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)進(jìn)行手指整體宏觀靜止?fàn)顟B(tài)檢測(cè)，使用局部動(dòng)態(tài)閾值分割出明顯的靜脈區(qū)域，選取出明顯的靜脈區(qū)域利用歐拉視頻放大進(jìn)行靜脈微觀運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了手指靜脈的活體檢測(cè)。本發(fā)明不需要增加原有手指靜脈識(shí)別平臺(tái)的硬件，保持無(wú)接觸采集的優(yōu)點(diǎn)，還有可以應(yīng)用到手背和手掌靜脈的活體檢測(cè)中。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理框圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程圖；

圖3為本發(fā)明手指靜脈視頻圖像處理效果圖；

圖4為本發(fā)明靜脈紋路寬度發(fā)生明顯變化效果圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，除非另有說(shuō)明，本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的方法，首先采用手指靜脈圖像采集裝置采集手指靜脈視頻圖像，通過(guò)圖1可以看出，所述手指靜脈圖像采集裝置包括近紅外光源、光學(xué)傳感器以及用于實(shí)現(xiàn)近紅外光源光強(qiáng)自適應(yīng)調(diào)整的單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，所述近紅外光源模塊和所述光學(xué)傳感器相對(duì)設(shè)置，二者之間預(yù)留有用于放置手指的采集槽。

手指放置于采集槽中，光學(xué)傳感器將采集的手指靜脈視頻圖像傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)手指厚度情況自適應(yīng)調(diào)節(jié)近紅外光強(qiáng)，然后通過(guò)控制單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路保持穩(wěn)定的光強(qiáng)分布。

如圖2所示，針對(duì)本發(fā)明提出的手指靜脈識(shí)別過(guò)程中的活體檢測(cè)方法，在開(kāi)始采集手指靜脈圖像并自適應(yīng)調(diào)整近紅外光強(qiáng)后，先通過(guò)視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)判斷手指在視頻中是否為靜止?fàn)顟B(tài)，如果不是靜止?fàn)顟B(tài)，則手指靜止圖像幀數(shù)清零，如果手指是靜止?fàn)顟B(tài)，則判斷采集的幀數(shù)是否足夠。

通常手指靜脈識(shí)別過(guò)程中需要采集一定幀數(shù)的手指靜脈視頻圖像，本例中設(shè)定為60幀，通過(guò)選定60幀手指無(wú)運(yùn)動(dòng)情況下的連續(xù)手指靜脈視頻圖像作為待處理圖像。

在采集時(shí)，將手指活體或假體放入采集平臺(tái)后保持相對(duì)靜止，采集平臺(tái)自動(dòng)調(diào)整光強(qiáng)使整個(gè)手指能夠被近紅外光透射，無(wú)過(guò)曝光和欠曝光，手指活體或假體在采集中靜止放置約2秒鐘即可，按30幀/秒估算，總共有60幀。如果在當(dāng)前采集到的60幀內(nèi)發(fā)現(xiàn)手指有移動(dòng)，則拋棄當(dāng)前存儲(chǔ)的視頻幀，等待手指不移動(dòng)后重新開(kāi)始采集多幅視頻，通過(guò)人機(jī)交互界面提醒采集人不要挪動(dòng)手指，直到采集到60幀手指無(wú)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)幀為止。

接下來(lái)進(jìn)行靜脈紋絡(luò)分割和感興趣的區(qū)域提取，選取部分有手指靜脈的區(qū)域作為活體靜脈檢測(cè)區(qū)域，實(shí)施時(shí)，通過(guò)局部動(dòng)態(tài)閾值分割出圖像中的靜脈區(qū)域，選取相對(duì)明顯的靜脈區(qū)域作為所述活體靜脈檢測(cè)區(qū)域，通常選擇的活體靜脈檢測(cè)區(qū)域?yàn)?～3個(gè)不同位置區(qū)域，圖3所示即為分割后的感興趣區(qū)域的圖像。

通過(guò)圖3和圖4可以看出，選定好感興趣的區(qū)域后，再使用歐拉視頻運(yùn)動(dòng)放大算法進(jìn)行靜脈紋路輕微膨脹和收縮運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定是否為活體手指靜脈。

通過(guò)歐拉視頻放大技術(shù)對(duì)局部靜脈視頻中的靜脈膨脹和收縮進(jìn)行放大，如果發(fā)現(xiàn)靜脈區(qū)域的寬度有明顯變化，即發(fā)生了膨脹或收縮，則認(rèn)為該區(qū)域有血液流過(guò)，從而認(rèn)定為活體靜脈。

歐拉視頻放大的具體過(guò)程如下：

將60幀裁剪過(guò)的視頻圖像記作in,n＝1,2,...,60，先進(jìn)行空域分解，對(duì)每一幀in都進(jìn)行空域金字塔分解，向上2*2降采樣，形成3層拉普拉斯金字塔，這樣就得到了3種分辨率的60幀視頻，記作k＝1,2,...,5,其中k表示第幾層金字塔，原裁減過(guò)的視頻幀in作為第零層

然后進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，對(duì)中的每一幀進(jìn)行頻域帶通濾波，頻域帶通濾波器選擇理想帶通濾波器，帶通頻率段在[0.71.2]之間，濾波后的圖像記作

再將乘以放大系數(shù)α^(k)，即線性放大該部分信號(hào)，得到將該部分加入到對(duì)應(yīng)幀的拉普拉斯重構(gòu)中，重構(gòu)后的視頻幀記作an，放大重構(gòu)公式如下:

其中還需要進(jìn)行上采樣，使得每層的圖像大小都與原始圖像一樣大小。將an進(jìn)行g(shù)abor增強(qiáng)，再進(jìn)行局部動(dòng)態(tài)閾值分割，得到的某幀靜脈增強(qiáng)和二值圖像，具體如圖3所示。

將視頻運(yùn)動(dòng)放大增強(qiáng)后的每一幀進(jìn)行g(shù)abor變換和局部動(dòng)態(tài)閾值分割后就能夠測(cè)出活體和假體靜脈的寬度，測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，活體靜脈紋路的寬度在圖4中的黑框處發(fā)生了較大的改變，有4～6個(gè)像素寬度的變化，而假體靜脈紋路的寬度一般變化不超過(guò)2個(gè)像素寬度，即通過(guò)該方法可以檢測(cè)出活體和假體靜脈。

基于上述構(gòu)思，可以理解，本實(shí)施例通過(guò)近紅外手指靜脈視頻來(lái)進(jìn)行靜脈活體檢測(cè)，利用視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)進(jìn)行手指整體宏觀靜止?fàn)顟B(tài)檢測(cè)，使用局部動(dòng)態(tài)閾值分割出明顯的靜脈區(qū)域，選取出明顯的靜脈區(qū)域利用歐拉視頻放大進(jìn)行靜脈微觀運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了手指靜脈的活體檢測(cè)。本發(fā)明不需要增加原有手指靜脈識(shí)別平臺(tái)的硬件，保持無(wú)接觸采集的優(yōu)點(diǎn)，還有可以應(yīng)用到手背和手掌靜脈的活體檢測(cè)中。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：本實(shí)施例中所涉及的歐拉視頻運(yùn)動(dòng)放大技術(shù)、手指運(yùn)動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)以及圖像分割技術(shù)可以參考以下文獻(xiàn)，具體原理及過(guò)程不再贅述。

[1]wuhy,rubinsteinm,shihe,etal.eulerianvideomagnificationforrevealingsubtlechangesintheworld[j].acmtransactionsongraphics,2012,31(4):65-73.

[2]甘明剛,陳杰,劉勁,等.一種基于三幀差分和邊緣信息的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法.

[3]林喜榮,莊波,蘇曉生,等.人體手背血管圖像的特征提取及匹配[j].清華大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2003,43(2):164-167.

此外，以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。