基于手指静脉纹与手指背纹的成像设备及多模态身份认证方法技术

一种基于手指静脉纹与手指背纹的成像设备及多模态身份认证方法，成像设备包括一个采集支架，其上设置手指放置凹型区；一个可见光成像装置，安装于采集支架上手指放置区的一侧，用于获取手指的指背图像；一个近红外成像装置，安装于采集支架上与所述可见光成像装置相对的手指放置区的另一侧，用于在近红外光源照射下获取手指的静脉图像，以及一个条形近红外光源，安装于采集支架上，用于从手指侧面向手指照射近红外光。身份认证方法包括注册过程和认证过程，其在采用的生物特征包括同一手指的指背纹和静脉纹。还涉及包括上述成像设备的身份认证设备。它具有较好的抗伪造性能，能有效提高生物特征识别系统的稳定性和适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于人体生物特征识别
，具体涉及一种捕获近红外光源照射下的手指静脉、手指背紋图像的设备和多模态身份认证的图像分析技术。
技术介绍
基于电子信息技术的人体生物特征识别技术研究和产品开发受到了高度关注和重视。生物特征识别系统是利用个人特征来鉴别或验证用户身份的。现有的生物识别技术，在研究对象上更多地集中在单一的生物特征-皮肤表面紋理和形状的识别上，如指紋、掌紋、人脸等，这些紋理在特殊情况下容易受到损伤、破坏和伪造。 一旦所使用的生物特征被故意改变或伪装，那么这些基于单一特征的识别系统察觉或检测到的信息是"受干扰的"或"有噪音的"，比如指紋中带有疤痕或者因感冒而发生语音改变时，这个生物特征识别系统的可靠性和稳定性就可能会受到损害，此时的验证和鉴别结果就是不可靠的。上述问题可以通过安装多种传感器捕捉不同的生物特征来解决，这也被称为生物特征融合或多模态生物特征识别系统。利用来自不同的生物特征的多种识别系统，可以增加识别系统的可靠性，过去只用单一生物特征的方法来识别是很难达到的。而且，多生物特征识别系统较少受到攻击，即使一个入侵者企图用AJt物或模仿品来同时骗过多生物特征也是很难的。相对于人体表皮特征(如指紋、掌紋等)，静脉特征是一种难以伪造、长期不变的活体特征，手背静脉紧贴于手背表皮下，而手指静脉因为位于手指皮下深处而具有更高的稳定性和抗伪造性。根据静脉血液中含有的血红蛋白吸收附近的红外线原理，可以通过近红外光源照射手指，获取手指静脉血管的脉络分布图像。然而，在某些特殊情况下，静脉血管可能受到温度及湿度的影响而在成像时产生粗细和明暗等变化，导致采集的图像质量不稳定，以致不能进行有效的身份认证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于手指静脉紋与手指背紋的多模态身份认证设备及认证方法，以解决指紋、掌紋、人脸等紋理在特殊情况下容易受到损伤、破坏和伪造、以及单一生物特征容易变化而产生的不稳定性问题，提高认证系统的稳定性和适用性。为了达到上述目的，本专利技术基于手指静脉纹与手指背紋的身份认证设备，包括一个采集支架，其上设置手指放置凹型区；一个可见光成像装置，安装于采集支架上手指放置区的一侧，用于获取手指的指背图像；一个近红外成像装置，安装于采集支架上与所述可见光成像装置相对的手指放置区的另一侧，用于在近红外光源照射下获取手指的静脉图像；一个近红外光源，安装于采集支架上，用于向手指照射近红外光；以及一台计算机，通过数据传输接口与所述两个成像装置连接，用于从所述两个成像装置输出的指静脉图像及指背图像中抽取特征矢量，完成多模态身份认证。近红外成像装置可以采用红外数码摄像机、或采用装有带通红外滤镜的通用数码摄像机。所述近红外光源可以采用波长为700~900nm的单排条形红外发射管阵列，它相对于手指侧装以反射方式在近红外成像装置成像。基于上述身份认证设备的多模态身份认证方法，包括采集人体的生物特征并转换成特征矢量后存储于样本数据库的注册过程，和采集待认证者的生物特征并转换成特征矢量后与样本数据库的特征矢量比较、判定待认证者身份的i人证过程，其特征在于所采用的生物特征包括同一手指的指背紋和静脉紋，并且，在注册和认证过程中，通过以下步骤采集人体的生物特征转换成特征矢量计算机通过两个成像装置同步获取同 一手指的指背图像和指静脉图像；从指背图像中提取指背紋理图像块；以指背紋理图像块的中心位置为参考，根据两个成像装置及手指的相对位置关系，在指静脉图像上自动提取指静脉紋图像块；对各个图像块进行图像降噪处理和信息增强处理；将处理后的指静脉紋图像块和指背紋理图像块融合；对融合后的合成图进行特征抽取并计算出相应的特征矢量。其中，指静脉紋图像块与指背紋图像块是针对同 一手指的同 一 中心位置或同一段的成4象，两者具有精确的对应关系。本专利技术中特征抽取是建立在指背紋和静脉紋两种图像信息进行融合之后的M之上的，融合方法可以多样，可以是像素级的融合，即直接将两幅图像经过图像预处理(即降噪和增强)后进行逐像素点地按照一定加权方式融合，也可以是特征级的融合，即分别对两幅图像进行特征提取(如点特征、线特征、区域等)后再进行融合。J(JC )=力(F(x，力H/2(r(x,力)其中，J^分别为图像的横纵坐标，F(JC，力为预处理后的手指背紋图像块，r(^，力为预处理后的手指静脉纹图像，y;o和/20分别代表线性或非线性变换，/(x，力为融合后的特征合成图像，nii为范数运算。可以采用显著能量分布编码方式对融合后的合成图进行特征抽取，具体步骤如下①进行不同尺度、不同方向上的Gabor滤波，得到結果？m:其中，/表示融合后的图像，g^表示Gabor滤波器，<8 代表巻积，)t，w分别是尺度指数和方向指数；②将上一步滤波后结果进行分块处理，得到的子块为5 (c c) ， r和c分别为所得子块的行索引和列索引值，计算每个子块所占的能量比例其中，jc和y分别为所计算像素的横纵坐标；③ 将步骤②的结果转化为如下的向量形式其中及和C分别为步骤②中所得子块的总行数和总列数；④ 构建在不同尺度上的Gabor能量分布向量《)-五Ww，…U⑤ 构造全部尺度上的Gabor能量分布向量/咖=五尸=[五尸o".《.U⑥ 进行阈值化处理，得到显著能量分布码(SEDC， Significant EnergyDistribution Codes):/〃、 —Jl，'//』"其中，r是设定的阈值，这样就可以得到不同尺度上的显著能量分布码/^，并以此作为后续相似性测度度量所需要的特征矢量。在认证过程中，将计算得到的待认证者的特征矢量与已注册的特征矢量库中的样本逐一进行相似性测度计算，如果相似性测度的距离小于预设的阈值，则身份认证成功，否则认证失败。决策中的相似性测度并不单一，可以采用Euclid距离、Hamming距离等多种度量方式。本专利技术针对不同应用环境和需要，可以设置低、中、高、很高等多个安全等级，具体通过测试手指数量的调整来实现，如在低安全等级中，只测试一个手指，安全等级越高，要求测试的手指越多。本专利技术还提供一种基于手指静脉紋与手指背紋的成像设备，它包括一个采集支架，其上设置手指放置凹型区；一个可见光成像装置，安装于釆集支架上手指;^文置区的一侧，用于获取手指的指背图像；一个近红外成像装置，安装于采集支架上与所述可见光成像装置相对的手指放置区的另一侧，用于在近红外光源照射下获取手指的静脉图像，以及一个条形近红外光源，波长为700~900nm,安装于采集支架上，用于从手指侧面向手指照射近红外光。本专利技术具有以下主要优点由于采用了位于手指皮下深处的具有更高的稳定性和抗伪造性的手指静脉紋作为识别特征，因此本专利技术认证设备和方法具有较高的稳定性和适用性。而且，它通过同时提取同一手指静脉紋和指背紋特征，融合后进行多模态的身份认证，克服传统的单模态生物特征识别方法受到干扰而产生的不稳定问题，进一步有效地提高了生物特征识别系统的稳定性和适用性。本专利技术采用同一手指的指背表面皮肤外观形貌特征(指背紋)和皮肤深处静脉血管的分布特征(静脉紋)作为多模态身份认证的生物特征，只需将手指放在采集支架的手指放置区，便可同步获取所需的两种生物特征，保证了认证过程简单、快速。与掌紋、人脸等认证系统相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于手指静脉纹与手指背纹的身份认证设备，其特征在于包括：　一个采集支架，其上设置手指放置凹型区；　一个可见光成像装置，安装于采集支架上手指放置区的一侧，用于获取手指的指背图像；　一个近红外成像装置，安装于采集支架上与所述可 见光成像装置相对的手指放置区的另一侧，用于在近红外光源照射下获取手指的静脉图像；　一个近红外光源，安装于采集支架上，用于向手指照射近红外光；以及　一台计算机，通过数据传输接口与所述两个成像装置连接，用于从所述两个成像装置输出的指 静脉图像及指背图像中抽取特征矢量，完成多模态身份认证。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文明，廖庆敏，杨帆，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]