近红外手背静脉识别装置

摘要基于静脉识别技术实现新一代的身份识别装置，突出唯一性，保密性强的特点，抗伪造能力强。主要使用采集装置以及图像处理装置，期间经过预处理，特征值提取，去杂，匹配识别等过程，从而进行身份识别。

关键词静脉识别；特征值提取；匹配识别

中图分类号 tn21 文献标识码 a 文章编号 1674-6708（2016）166-0183-02

在科学飞速发展的今天，高楼林立，工厂遍地，当温饱问题和精神文明达到一定境界后，人们开始对自己的安全以及隐私问题提出越来越高的要求。公司财产是否安全，军事机密是否安全，以及具体细化到各个普通家庭财产是否安全。提到这些安全问题，我们首先想到的就是进行身份识别，只有是自己或者可信赖的人才能获得允许的权限。

而说到身份识别，我们不得不对现有的身份识别方式进行分析和比较。我们最常见的传统身份识别方式即为id卡识别，例如，刷门禁，身份证等，优点是价格低廉，但是存在严重的缺点，易丢失，易复制，易被盗窃冒用，失败率高等。为了弥补id卡识别的缺陷，应运而生了指纹识别，首次将高科技与生物识别相结合，是识别技术的一个里程碑，但是指纹识别局限性较大，例如，手指指纹处皮肤破损消失等情况，会使身份识别失败，同时也避免不了复制造假的现象，市场上随处可见的指纹膜等产品使指纹造假更为普遍。除此之外，指纹识别还不能判断是否为活体识别，电影大片里面杀人灭口取死者手指进行身份识别成功的事情也可能发生。比之更先进的虹膜识别技术产生并克服了指纹识别的区别，但是虹膜识别的成本以及设施过于昂贵，使得它的应用至今还不能普及。包括人脸识别技术也存在各种问题，如识别率低下，易出错，可变性差等。

因此，我们研究手背静脉识别装置去克服这些缺点，并且满足人们对安全的需求。手背静脉识别为活体识别，且凭借不会丢失，不能被复制，准确性高，识别率高等特点被越来越多的人所关注，它克服了传统id卡识别，指纹识别，虹膜识别等缺点。但是，在国内，这方面的研究还处于起步和试验阶段，我们可以把它应用到各个领域，家庭、军事、公司、医疗等，我们有理由相信，由于手背静脉识别低廉的成本，突出的优点，将会在安全领域成为新的宠儿。

1）科学先进性

（1）指纹识别具有一定的局限性，适用人群受到很大限制。如手指因为外伤而出现指纹处皮肤破损等现象，或者手指有污物时，会使所成图片模糊不清晰，以致身份识别失败，识别率会大幅下降。而静脉位于人体皮肤下面，可以避免发生上述情况。

（2）虹膜验证为侵入式验证，容易使人产生心理抗拒，且成本昂贵。而静脉识别装置使用起来十分方便，与虹膜识别相比，更轻松自在，因为它是非侵入式，所以不会让人在心理上产生排斥。

（3）非生物式的身份认证如门禁卡、智能ic卡、信用卡密码、口令密码等具有易丢失、易遗忘、易伪造等缺点。而人体的毛细血管形状、结构分布具有独一无二、不易丢失等特点。

2）优点

（1）手背静脉特征具有很好的普遍性和唯一性。解剖学著作gray’s anatomy（《格式解剖学》）已经证明，个体的手背静脉在形成、发育生长过程中具有很强的唯一性，手背静脉身份识别技术即使是双胞胎或者同一个人的左右手，也会因为发育过程的随机性导致手背静脉分布结构的差异。当人体发育成熟，20岁后手背静脉的分布结构除非进行手术或药物作用，否则不再变化，因此手背静脉作为一种新的生物特征是可行的。

（2）活体识别特性和内部特性。由于血液和皮下脂肪对近红外光的吸收率不同，通常采用近红外反射成像，获得对比度清晰的手背静脉纹理图像，进而完成特征提取与识别研究。另外，手背静脉血管位于体表内部，不易受到污染和划伤等外界因素的影响，所以手背静脉

很难被仿造，安全性较高。

（3）近红外反射成像设备属于非接触类型，且造价低廉，用户和制造商容易接受。在部分国家特别是日本、韩国和新加坡等，手背静脉识别产品如韩国的vp-ii和日本富士通的palm secure，都已经进入了实用领域。

3）发展历程

静脉识别技术起源于20世纪80年代。柯达公司的一位工程师joe rice基于条形码技术，研究得出的人类条形码阅读器――静脉识别，并申请了相应专利并将专利使用权分配给btg （英国技术集团）。然而之后静脉识别的发展并不顺利。btg在这项技术上，一直未取得很好进展，到了20世纪90年代btg表示放弃与静脉识别相关的商业活动。

joe并未放弃，他在谷歌生物峰会上再次发表演讲，阐述他将如何发展静脉识别。

在2002年日立和富士通推出静脉识别装置，证实了joe的理论，并且证明了静脉是最一致，最无歧义并且准确的生物特征。

1 静脉识别装置基本原理以及相关技术

1.1 系统整体框架图

本系统采用图像拍摄及收集装置（采集装置）以及处理及控制装备（计算机软件）2部分组成。采集装置用于图像收集以及光源提供以及控制；计算机软件用于接收图像，处理图像并产生对比验证结果，同时对光源有控制作用，以增强图片清晰度。俩者之间通过usb接口，进行数据传输。

1.2 采集装置

1.2.1 静脉图像的获取

静脉识别是基于近红外成像的原理来获取静脉图像，根据近红外成像技术，近红外光的入射波长为700nm～1000nm之间，它可以透过约3mm厚的肌肉组织。

红外图像采集是根据人体肌肉骨骼以及组织的吸收特性，当红外光照射手时，静脉血管中的血色素相比于皮下的其他组织能吸收更多近红外光，因此静脉血管反射的光线相比其他组织反射回的光线，传感器接受的更少。由传感器接受的反射光线强弱的不同，从而形成静脉纹路分布的图像，从而得到静脉图像。

此外人体静脉血液中的还原血蛋白对近红外光的吸收特性来实现，手掌皮肤对光的吸收和散射特性在不同波长的入射光下是不同的。 1.2.2 系统接口

静脉的红外图像要传送入计算机，就需要提供相应接口，并且该接口应具有高速传输信息的能力，考虑到usb在传输速度以及便捷灵活方面的性能优于其他的接口，因此该传输接口将选用usb接口作为传输接口电路。

1.3 静脉图像处理

1.3.1 预处理阶段

主要目的为选取有效区域，方便静脉图像采集。

1）得到静脉图。

2）依次计算出手背轮廓的点到手腕中心点的距离。

3）得到距离图像，利用图像凹点处确定的线段取正方形像素块，即得到了我们所需要的有效区域。

1.3.2 静脉图像处理

1）静脉特征提取。采取有效区域图像，获得静脉图像，得到静脉特征。

2）静脉图像去杂。黑色图案的边缘存在微小的突起和凹陷，称为毛刺。针对这种情况，我们采用的方法是中值滤波法，它是一种非线性处理的方法。对于零均值的正态分布噪声输入，中值滤波输出的噪声方差。

1.3.3 匹配识别