關(guān)鍵技術(shù)

（一）總體框架

指靜脈采集器與一般生物特征識(shí)別技術(shù)相似，主要包括圖像采集單元與圖像識(shí)別單元兩個(gè)部分。在采集單元中主要完成手指靜脈圖像的采集，并將采集的圖像通過(guò)USB2.0傳輸至計(jì)算機(jī)中，這部分設(shè)計(jì)包括光源、濾光片、攝像機(jī)、控制與傳輸。在識(shí)別單元中主要包括圖像預(yù)處理、特征提取、特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、特征匹配、輸出結(jié)果等，并通過(guò)控制系統(tǒng)與圖像采集單元進(jìn)行通信。

（二）指靜脈采集器的圖像采集

圖像采集部分一般由光源、鏡頭、濾光片、攝像機(jī)板（包括攝數(shù)字集設(shè)備、圖像采集接口）構(gòu)成。采集過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為在光源提供照明的條件下，攝像機(jī)拍攝目標(biāo)物體并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號(hào)，并通過(guò)圖像采集接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。在設(shè)計(jì)圖像采集部分時(shí)，要考慮到多方面的問(wèn)題，主要是關(guān)于光源照明、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集接口等方面的技術(shù)。

指靜脈血管是手指的內(nèi)部特征，指靜脈識(shí)別主要是利用人體靜脈血液中血紅素對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光的吸收特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。手指中的骨骼、肌肉、脂肪、皮膚等組織在成像的過(guò)程中對(duì)血管都會(huì)存在影響，在光源波長(zhǎng)的選擇上需考慮上述各因素在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收情況，選擇血管吸收系數(shù)高并且其他組織吸收系數(shù)低對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。為了消除環(huán)境光對(duì)設(shè)備采集時(shí)的影響，在光學(xué)系統(tǒng)中加入配合光源使用的濾光片。針對(duì)指靜脈血管特點(diǎn)，靜脈紋路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和走向是不會(huì)變的，攝像機(jī)分辨率不需要很高，但需要選擇對(duì)近紅外光源響應(yīng)曲線高和傳輸速度快的CMOS模組。除此之外，根據(jù)手指成像有效尺寸和光線分布均勻度進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用LightTools光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，確定LED光源的數(shù)量、間距、排布方式等重要參數(shù)。同時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定光源LED光源的控制方式。圖2為光源均勻性模擬分析圖。

（三）指靜脈采集器的圖像預(yù)處理

為了滿足靜脈特征提取和提高識(shí)別精度的要求，必須對(duì)已獲得的靜脈圖像進(jìn)行預(yù)處理。圖像預(yù)處理過(guò)程分為邊緣分割、圖像增強(qiáng)、二值化處理、圖像塊濾波、圖像細(xì)化等步驟，經(jīng)過(guò)一系列的處理，可以得到指靜脈圖像的特征紋線圖3為靜脈圖像預(yù)處理中各部分處理后圖。

指靜脈設(shè)備在圖像預(yù)處理過(guò)程中，對(duì)手指靜脈圖像進(jìn)行增強(qiáng)，首先利用sobel算子對(duì)有效的靜脈圖像進(jìn)行邊緣分割，其次，分別利用高斯濾波器、中值濾波和基于自適應(yīng)灰度校正方法對(duì)圖像進(jìn)行了增強(qiáng)，然后對(duì)圖像進(jìn)行了二值處理，使用NiBlack方法，通過(guò)了大量的實(shí)驗(yàn)確定了適合圖像的修正值和模板大小，分割效果良好，通過(guò)塊濾波的方法將多

余的噪點(diǎn)圖像進(jìn)行修正，二值化圖像較好。最終對(duì)圖像進(jìn)行了細(xì)化處理，為后面的特征提取與匹配提供了有力的保障

（四）指靜脈采集器的指靜脈特征提取與比對(duì)

指靜脈特征比對(duì)是將當(dāng)前的指靜脈特征與事先存儲(chǔ)的指靜脈模板進(jìn)行比對(duì)，判斷兩幅指靜脈圖像是否來(lái)自同一個(gè)手指。指靜脈比對(duì)的目的一般分為兩類:指靜脈驗(yàn)證和指靜脈辨認(rèn)。指靜脈驗(yàn)證是一對(duì)一的匹配，即事先把指靜脈特征及其個(gè)人信息以某種有效的形式在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)起來(lái)，驗(yàn)證時(shí)，重新采集指靜脈圖像信息，將采集到的指靜脈信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中指靜脈進(jìn)行“一對(duì)一”的比對(duì)，通過(guò)一次比對(duì)的結(jié)果來(lái)判斷是否是同一個(gè)人。指靜脈辨別是在不知道待辨別人的其他信息的前提下，把現(xiàn)場(chǎng)得到的指靜脈圖像與指靜脈數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的多個(gè)指靜脈進(jìn)行逐一的比對(duì)，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指靜脈相匹配的指靜脈，是“一對(duì)多”比對(duì)。

在指靜脈特征提取中引入了一種新的算法，分別選取了終點(diǎn)、分叉點(diǎn)和高曲率點(diǎn)作為指靜脈特征數(shù)據(jù)，首先基于細(xì)化圖像提取指靜脈特征點(diǎn)，并將特征點(diǎn)數(shù)據(jù)作為特征向量進(jìn)行保存，由于指靜脈圖像特征為分布模式特征，信息量主要表現(xiàn)為血管的位置分布，終點(diǎn)、分叉點(diǎn)和高曲率點(diǎn)具有最大的位置信息量，將其作為特征數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，即可以達(dá)到減小存儲(chǔ)空間的目的，又能有效地用于特征數(shù)據(jù)比對(duì)。指靜脈特征比對(duì)包括兩個(gè)過(guò)程，首先通過(guò)塊匹配完成指靜脈特征的對(duì)齊并計(jì)算相似度參數(shù)1，之后比對(duì)指靜脈特征點(diǎn)得到相似度參數(shù)2，指靜脈特征比對(duì)相似度由這兩個(gè)相似度參數(shù)加權(quán)平均得到。