基于TVP5146的掌脈圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著銀行和企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)交易以及電子政務(wù)、政府OA、CRM、ERP等電子商務(wù)系統(tǒng)的廣泛普及，提高了我們的工作效率的同時(shí)，作為對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信息安全的要求較高金融、政府、電信、軍隊(duì)行業(yè)的身份驗(yàn)證、密碼等用戶個(gè)人認(rèn)證技術(shù)的可靠性也日益受到關(guān)注，操作簡(jiǎn)單并可有效防止非法用戶登錄的生物認(rèn)證已成為一種公認(rèn)的最為方便和安全的身份認(rèn)證技術(shù)。

　　靜脈認(rèn)證的基本原理是利用近紅外線照射手掌，并由傳感器感應(yīng)手掌反射的光。其中的關(guān)鍵在于流到靜脈紅血球中的血紅蛋白對(duì)波長(zhǎng)760nm附近的近紅外線會(huì)有吸收，導(dǎo)致靜脈部分的反射較少，在影響上就會(huì)產(chǎn)生靜脈圖案。也就是說(shuō)，靜脈認(rèn)證是利用反射近紅外線的強(qiáng)弱來(lái)辨認(rèn)靜脈的位置。手掌靜脈識(shí)別方法是通過(guò)一個(gè)紅外線感應(yīng)器，讀取手掌靜脈的分布圖，然后與已經(jīng)儲(chǔ)存在系統(tǒng)中的圖像樣板做對(duì)比。手掌靜脈分布圖極難偽造，曾有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每1000萬(wàn)人中，僅有8人的手掌靜脈分布圖較相似，其精確性高達(dá)99.9%.相對(duì)于指紋識(shí)別技術(shù)，手掌靜脈識(shí)別技術(shù)有較高的識(shí)別準(zhǔn)確率，錯(cuò)誤接受率低于0.00008%,錯(cuò)誤拒絕率為0.01%.而指紋的錯(cuò)誤拒絕率則為0.1%.

　　本文設(shè)計(jì)了在光照強(qiáng)度恒定的前提下，通過(guò)重復(fù)配置TVP5146的光亮度和亮度對(duì)比度等寄存器來(lái)采集掌脈圖像并方便定位手形圖像。通過(guò)該方法可以同時(shí)解決提高靜脈圖像對(duì)比度及降低掌脈圖像有效區(qū)域截取算法復(fù)雜度的問題。

　　1 掌脈圖像取樣裝置及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1 掌脈圖像取樣裝置的設(shè)計(jì)

　　在對(duì)手掌靜脈圖像取樣裝置設(shè)計(jì)時(shí)遵循以下原則：

　　（1）使采集者對(duì)采集過(guò)程感到舒適；

　?。?）采集到的手掌圖像方向相對(duì)固定不變，方便將來(lái)對(duì)所采圖像做定位處理；

　?。?）環(huán)境相對(duì)封閉，減少外界環(huán)境所帶來(lái)的干擾噪聲。

　　根據(jù)上述原則設(shè)計(jì)了手掌靜脈圖像取樣裝置，該裝置由掌入口、光源、紅外濾光片、箱體、勻光板、內(nèi)部反光材料、背景和攝像機(jī)8個(gè)部分所組成。圖1為手掌靜脈圖像取樣裝置的三維立體圖。

　　該裝置各部分功能說(shuō)明如下：

　　（1）掌入口：手平伸后從此入口伸入采樣裝置，手掌與攝像機(jī)距離相對(duì)固定，使手掌的方向不會(huì)有較大偏差，可定焦拍攝，方便以后對(duì)掌脈圖像做定位處理。

　?。?）光源：加近紅外光。

　?。?）紅外濾光片：由于攝像機(jī)對(duì)可見光的相對(duì)光譜響應(yīng)遠(yuǎn)大于對(duì)近紅外光相對(duì)光譜響應(yīng)，加紅外濾光片可濾除可見光，避免可見光對(duì)成像效果造成影響。

　　（4）箱體：雖然加了紅外濾光片可以濾除可見光，但自然光中的近紅外光很豐富，而箱體使采集環(huán)境相對(duì)封閉，可避免外界環(huán)境對(duì)采集效果造成影響。

　　（5）勻光板：將由一組近紅外發(fā)光二極管構(gòu)成的陣列點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為相對(duì)均勻的面光源。

　?。?）內(nèi)部反光材料：為系統(tǒng)補(bǔ)光。

　?。?）背景：黑色背景，圖像二值化后便于對(duì)掌心圖像做有效區(qū)域截取。

　?。?）攝像機(jī)：拍攝圖像。

　　1.2 光源的設(shè)計(jì)

　　在近紅外區(qū)域，體液和軟組織相對(duì)透明，穿透力強(qiáng)。當(dāng)入射光波長(zhǎng)在700 nm~1 000 nm時(shí)，可較好地穿透皮膚和肌肉，凸現(xiàn)出靜脈結(jié)構(gòu)。另外，近紅外光線對(duì)人體無(wú)創(chuàng)傷，人眼不可見，非常適合應(yīng)用于靜脈圖像的采集。

　　本系統(tǒng)采用以850 nm為主、960 nm為輔的混合光源為系統(tǒng)加光。850 nm的近紅外光可以避免人體其他組織對(duì)近紅外光的吸收，可以采集到大多數(shù)人的掌脈圖像。960 nm光源透射深度大，可以拍攝到手掌脂肪層較厚人群的靜脈圖像。如圖2所示，圖2（a）所示為正常手在850 nm光照下的成像，圖2（b）為脂肪層較厚的手在850 nm和960 nm光照下成像對(duì)比。近紅外光譜對(duì)靜脈成像的影響問題本文不詳細(xì)論述。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制面板的操作，可以根據(jù)需要控制所采掌脈圖像是登記還是登入等工作狀態(tài)，攝像機(jī)采集模擬圖像，通過(guò)視頻解碼芯片TVP5146將模擬信號(hào)數(shù)字化，將數(shù)字化后的圖像存入DDR2做預(yù)處理，將預(yù)處理后的圖像存入FLASH,識(shí)別結(jié)果由液晶模塊顯示。圖3為系統(tǒng)框圖。