基于TVP5146的掌脈圖像采集系統的設計

隨著銀行和企業的網絡交易以及電子政務、政府OA、CRM、ERP等電子商務系統的廣泛普及，提高了我們的工作效率的同時，作為對計算機系統信息安全的要求較高金融、政府、電信、軍隊行業的身份驗證、密碼等用戶個人認證技術的可靠性也日益受到關注，操作簡單并可有效防止非法用戶登錄的生物認證已成為一種公認的最為方便和安全的身份認證技術。

　　靜脈認證的基本原理是利用近紅外線照射手掌，并由傳感器感應手掌反射的光。其中的關鍵在于流到靜脈紅血球中的血紅蛋白對波長760nm附近的近紅外線會有吸收，導致靜脈部分的反射較少，在影響上就會產生靜脈圖案。也就是說，靜脈認證是利用反射近紅外線的強弱來辨認靜脈的位置。手掌靜脈識別方法是通過一個紅外線感應器，讀取手掌靜脈的分布圖，然后與已經儲存在系統中的圖像樣板做對比。手掌靜脈分布圖極難偽造，曾有統計數據顯示，每1000萬人中，僅有8人的手掌靜脈分布圖較相似，其精確性高達99.9%.相對于指紋識別技術，手掌靜脈識別技術有較高的識別準確率，錯誤接受率低于0.00008%,錯誤拒絕率為0.01%.而指紋的錯誤拒絕率則為0.1%.

　　本文設計了在光照強度恒定的前提下，通過重復配置TVP5146的光亮度和亮度對比度等寄存器來采集掌脈圖像并方便定位手形圖像。通過該方法可以同時解決提高靜脈圖像對比度及降低掌脈圖像有效區域截取算法復雜度的問題。

　　1 掌脈圖像取樣裝置及光學系統設計

　　1.1 掌脈圖像取樣裝置的設計

　　在對手掌靜脈圖像取樣裝置設計時遵循以下原則：

　　（1）使采集者對采集過程感到舒適；

　　（2）采集到的手掌圖像方向相對固定不變，方便將來對所采圖像做定位處理；

　　（3）環境相對封閉，減少外界環境所帶來的干擾噪聲。

　　根據上述原則設計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、內部反光材料、背景和攝像機8個部分所組成。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，手掌與攝像機距離相對固定，使手掌的方向不會有較大偏差，可定焦拍攝，方便以后對掌脈圖像做定位處理。

　　（2）光源：加近紅外光。

　　（3）紅外濾光片：由于攝像機對可見光的相對光譜響應遠大于對近紅外光相對光譜響應，加紅外濾光片可濾除可見光，避免可見光對成像效果造成影響。

　　（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，而箱體使采集環境相對封閉，可避免外界環境對采集效果造成影響。

　　（5）勻光板：將由一組近紅外發光二極管構成的陣列點光源轉換為相對均勻的面光源。

　　（6）內部反光材料：為系統補光。

　　（7）背景：黑色背景，圖像二值化后便于對掌心圖像做有效區域截取。

　　（8）攝像機：拍攝圖像。

　　1.2 光源的設計

　　在近紅外區域，體液和軟組織相對透明，穿透力強。當入射光波長在700 nm~1 000 nm時，可較好地穿透皮膚和肌肉，凸現出靜脈結構。另外，近紅外光線對人體無創傷，人眼不可見，非常適合應用于靜脈圖像的采集。

　　本系統采用以850 nm為主、960 nm為輔的混合光源為系統加光。850 nm的近紅外光可以避免人體其他組織對近紅外光的吸收，可以采集到大多數人的掌脈圖像。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光照下成像對比。近紅外光譜對靜脈成像的影響問題本文不詳細論述。

　　2 硬件電路設計

　　通過對系統控制面板的操作，可以根據需要控制所采掌脈圖像是登記還是登入等工作狀態，攝像機采集模擬圖像，通過視頻解碼芯片TVP5146將模擬信號數字化，將數字化后的圖像存入DDR2做預處理，將預處理后的圖像存入FLASH,識別結果由液晶模塊顯示。圖3為系統框圖。