关键技术

（一）总体框架

指静脉采集器与一般生物特征识别技术相似，主要包括图像采集单元与图像识别单元两个部分。在采集单元中主要完成手指静脉图像的采集，并将采集的图像通过USB2.0传输至计算机中，这部分设计包括光源、滤光片、摄像机、控制与传输。在识别单元中主要包括图像预处理、特征提取、特征数据存储、特征匹配、输出结果等，并通过控制系统与图像采集单元进行通信。

（二）指静脉采集器的图像采集

图像采集部分一般由光源、镜头、滤光片、摄像机板（包括摄数字集设备、图像采集接口）构成。采集过程可简单描述为在光源提供照明的条件下，摄像机拍摄目标物体并将其转化为数字图像信号，并通过图像采集接口传输到计算机上。在设计图像采集部分时，要考虑到多方面的问题，主要是关于光源照明、数字摄像机、图像采集接口等方面的技术。

指静脉血管是手指的内部特征，指静脉识别主要是利用人体静脉血液中血红素对特定波长红外光的吸收特性来实现的。手指中的骨骼、肌肉、脂肪、皮肤等组织在成像的过程中对血管都会存在影响，在光源波长的选择上需考虑上述各因素在不同波长范围内的吸收情况，选择血管吸收系数高并且其他组织吸收系数低对应的波长。为了消除环境光对设备采集时的影响，在光学系统中加入配合光源使用的滤光片。针对指静脉血管特点，静脉纹路的拓扑结构和走向是不会变的，摄像机分辨率不需要很高，但需要选择对近红外光源响应曲线高和传输速度快的CMOS模组。除此之外，根据手指成像有效尺寸和光线分布均匀度进行设计，使用LightTools光学设计软件，确定LED光源的数量、间距、排布方式等重要参数。同时，根据试验结果，确定光源LED光源的控制方式。图2为光源均匀性模拟分析图。

（三）指静脉采集器的图像预处理

为了满足静脉特征提取和提高识别精度的要求，必须对已获得的静脉图像进行预处理。图像预处理过程分为边缘分割、图像增强、二值化处理、图像块滤波、图像细化等步骤，经过一系列的处理，可以得到指静脉图像的特征纹线图3为静脉图像预处理中各部分处理后图。

指静脉设备在图像预处理过程中，对手指静脉图像进行增强，首先利用sobel算子对有效的静脉图像进行边缘分割，其次，分别利用高斯滤波器、中值滤波和基于自适应灰度校正方法对图像进行了增强，然后对图像进行了二值处理，使用NiBlack方法，通过了大量的实验确定了适合图像的修正值和模板大小，分割效果良好，通过块滤波的方法将多

余的噪点图像进行修正，二值化图像较好。最终对图像进行了细化处理，为后面的特征提取与匹配提供了有力的保障

（四）指静脉采集器的指静脉特征提取与比对

指静脉特征比对是将当前的指静脉特征与事先存储的指静脉模板进行比对，判断两幅指静脉图像是否来自同一个手指。指静脉比对的目的一般分为两类:指静脉验证和指静脉辨认。指静脉验证是一对一的匹配，即事先把指静脉特征及其个人信息以某种有效的形式在数据库中存储起来，验证时，重新采集指静脉图像信息，将采集到的指静脉信息与数据库中指静脉进行“一对一”的比对，通过一次比对的结果来判断是否是同一个人。指静脉辨别是在不知道待辨别人的其他信息的前提下，把现场得到的指静脉图像与指静脉数据库中保存的多个指静脉进行逐一的比对，从中找出与现场指静脉相匹配的指静脉，是“一对多”比对。

在指静脉特征提取中引入了一种新的算法，分别选取了终点、分叉点和高曲率点作为指静脉特征数据，首先基于细化图像提取指静脉特征点，并将特征点数据作为特征向量进行保存，由于指静脉图像特征为分布模式特征，信息量主要表现为血管的位置分布，终点、分叉点和高曲率点具有最大的位置信息量，将其作为特征数据进行保存，即可以达到减小存储空间的目的，又能有效地用于特征数据比对。指静脉特征比对包括两个过程，首先通过块匹配完成指静脉特征的对齐并计算相似度参数1，之后比对指静脉特征点得到相似度参数2，指静脉特征比对相似度由这两个相似度参数加权平均得到。