基于TVP5146的掌脉图像采集系统的设计

随着银行和企业的网络交易以及电子政务、政府OA、CRM、ERP等电子商务系统的广泛普及，提高了我们的工作效率的同时，作为对计算机系统信息安全的要求较高金融、政府、电信、军队行业的身份验证、密码等用户个人认证技术的可靠性也日益受到关注，操作简单并可有效防止非法用户登录的生物认证已成为一种公认的最为方便和安全的身份认证技术。

　　静脉认证的基本原理是利用近红外线照射手掌，并由传感器感应手掌反射的光。其中的关键在于流到静脉红血球中的血红蛋白对波长760nm附近的近红外线会有吸收，导致静脉部分的反射较少，在影响上就会产生静脉图案。也就是说，静脉认证是利用反射近红外线的强弱来辨认静脉的位置。手掌静脉识别方法是通过一个红外线感应器，读取手掌静脉的分布图，然后与已经储存在系统中的图像样板做对比。手掌静脉分布图极难伪造，曾有统计数据显示，每1000万人中，仅有8人的手掌静脉分布图较相似，其精确性高达99.9%.相对于指纹识别技术，手掌静脉识别技术有较高的识别准确率，错误接受率低于0.00008%,错误拒绝率为0.01%.而指纹的错误拒绝率则为0.1%.

　　本文设计了在光照强度恒定的前提下，通过重复配置TVP5146的光亮度和亮度对比度等寄存器来采集掌脉图像并方便定位手形图像。通过该方法可以同时解决提高静脉图像对比度及降低掌脉图像有效区域截取算法复杂度的问题。

　　1 掌脉图像取样装置及光学系统设计

　　1.1 掌脉图像取样装置的设计

　　在对手掌静脉图像取样装置设计时遵循以下原则：

　　（1）使采集者对采集过程感到舒适；

　　（2）采集到的手掌图像方向相对固定不变，方便将来对所采图像做定位处理；

　　（3）环境相对封闭，减少外界环境所带来的干扰噪声。

　　根据上述原则设计了手掌静脉图像取样装置，该装置由掌入口、光源、红外滤光片、箱体、匀光板、内部反光材料、背景和摄像机8个部分所组成。图1为手掌静脉图像取样装置的三维立体图。

 

　　该装置各部分功能说明如下：

　　（1）掌入口：手平伸后从此入口伸入采样装置，手掌与摄像机距离相对固定，使手掌的方向不会有较大偏差，可定焦拍摄，方便以后对掌脉图像做定位处理。

　　（2）光源：加近红外光。

　　（3）红外滤光片：由于摄像机对可见光的相对光谱响应远大于对近红外光相对光谱响应，加红外滤光片可滤除可见光，避免可见光对成像效果造成影响。

　　（4）箱体：虽然加了红外滤光片可以滤除可见光，但自然光中的近红外光很丰富，而箱体使采集环境相对封闭，可避免外界环境对采集效果造成影响。

　　（5）匀光板：将由一组近红外发光二极管构成的阵列点光源转换为相对均匀的面光源。

　　（6）内部反光材料：为系统补光。

　　（7）背景：黑色背景，图像二值化后便于对掌心图像做有效区域截取。

　　（8）摄像机：拍摄图像。

　　1.2 光源的设计

　　在近红外区域，体液和软组织相对透明，穿透力强。当入射光波长在700 nm~1 000 nm时，可较好地穿透皮肤和肌肉，凸现出静脉结构。另外，近红外光线对人体无创伤，人眼不可见，非常适合应用于静脉图像的采集。

　　本系统采用以850 nm为主、960 nm为辅的混合光源为系统加光。850 nm的近红外光可以避免人体其他组织对近红外光的吸收，可以采集到大多数人的掌脉图像。960 nm光源透射深度大，可以拍摄到手掌脂肪层较厚人群的静脉图像。如图2所示，图2（a）所示为正常手在850 nm光照下的成像，图2（b）为脂肪层较厚的手在850 nm和960 nm光照下成像对比。近红外光谱对静脉成像的影响问题本文不详细论述。

 

　　2 硬件电路设计

　　通过对系统控制面板的操作，可以根据需要控制所采掌脉图像是登记还是登入等工作状态，摄像机采集模拟图像，通过视频解码芯片TVP5146将模拟信号数字化，将数字化后的图像存入DDR2做预处理，将预处理后的图像存入FLASH,识别结果由液晶模块显示。图3为系统框图。