一種微型化的指靜脈識別裝置的制作方法

本發(fā)明涉及身份識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種微型化的指靜脈識別裝置。

背景技術(shù)：

指紋識別的應(yīng)用越來越多，現(xiàn)在的智能手機(jī)很多都配有指紋身份識別了，因此用手機(jī)支付中也普遍使用了指紋識別作為支付密碼。但是由于5％左右的人群無法使用指紋識別，同時各種原因如手干、手濕導(dǎo)致指紋認(rèn)證拒真率偏高，因此人們認(rèn)證時候，往往還是需要記住密碼，預(yù)防指紋識別不通過。因此部分廠家開始研發(fā)并推出手指靜脈識別的手機(jī)。

目前靜脈識別的手機(jī)，一般會在手機(jī)屏幕上提示手指需要懸空的位置，用戶用手指靠近手機(jī)的攝像頭，實際上對用戶來說，手指放到合適的位置是不容易的，也會讓認(rèn)證時間變長。同時由于這類手機(jī)，容易受到燈光、陽光的影響，容易導(dǎo)致認(rèn)證失敗。這個是因為現(xiàn)有的靜脈識別設(shè)備采用的光學(xué)設(shè)計的原因，攝像頭有光學(xué)鏡頭組加CMOS/CCD傳感器組成，受限于光學(xué)成像條件，需要一定的物距和相距才能采集到手指靜脈圖像，因此目前的靜脈識別設(shè)備較大，為了能夠安裝到手機(jī)及其類似的設(shè)備上，只會將遠(yuǎn)紅外光LED陣列和攝像頭集成在手機(jī)上，而手指即被拍攝物懸空了，如此造成識別率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，實用的微型化的指靜脈識別裝置。

本發(fā)明是通過如下方式實現(xiàn)的：

一種微型化的指靜脈識別裝置，其特征在于：包括內(nèi)部為黑色、不反射的支撐框架1和控制器，所述支撐框架1的底部設(shè)有小孔陣列成像板2，所述小孔陣列成像板2上按矩陣陣列設(shè)有若干小孔21；所述小孔陣列成像板2的底部設(shè)有小孔成像過濾板3，所述小孔成像過濾板3上按矩陣陣列設(shè)有與若干小孔21相配合的若干圓錐孔31；所述小孔成像過濾板3的底部設(shè)有CMOS/CDD傳感器4，所述CMOS/CDD傳感器4與控制器相連接；小孔成像過濾板3上設(shè)有圓錐孔31，上孔直徑設(shè)計為0.05mm；下孔直徑設(shè)計成0.02mm；

所述支撐框架1的內(nèi)兩側(cè)分別設(shè)有850nm紅外發(fā)光二極管5；所述850nm紅外發(fā)光二極管5與控制器相連接；所述支撐框架1內(nèi)設(shè)有850nm帶通濾光片6；所述850nm帶通濾光片6位于小孔陣列成像板2的上方；所述支撐框架1上設(shè)有靜脈識別區(qū)9；所述靜脈識別區(qū)9位于850nm帶通濾光片6的上方；所述控制器內(nèi)設(shè)有儲存器；工作時，當(dāng)手指放在靜脈識別區(qū)9時，觸發(fā)手指到位傳感器8，手指到位傳感器8發(fā)送手指放到靜脈識別區(qū)9的信號給控制器，控制器向850nm紅外發(fā)光二極管5發(fā)出閃光指令，850nm紅外發(fā)光二極管5按照指令發(fā)出850nm紅外光，850nm紅外光經(jīng)過手指投射，在經(jīng)過850nm帶通濾光片6時濾掉非紅外光，利用所述小孔陣列成像板2進(jìn)行小孔成像，并用所述小孔成像過濾板3來控制成像所需要的廣角，并排除因物距過大導(dǎo)致的成像模糊問題，在CMOS/CDD傳感器4上形成了手指輪廓圖像。

進(jìn)一步的，所述支撐框架1上設(shè)有透光片7，所述850nm紅外發(fā)光二極管5通過透光片7進(jìn)行光線投射的處理。

進(jìn)一步的，所述支撐框架1上設(shè)有手指到位傳感器8；手指到位傳感器8與控制器相連接，手指到位傳感器8位于靜脈識別區(qū)9的側(cè)邊。

本發(fā)明的有益效果在于：利用小孔成像原理，代替了體積較大的光學(xué)透鏡等部件，同時與傳統(tǒng)攝像頭透鏡比較大大縮短了物距和相距的，讓靜脈識別設(shè)備體積大大縮小，可以很容易的嵌入到手機(jī)等便攜設(shè)備上使用；手指可以直接放在手機(jī)靜脈識別區(qū)進(jìn)行識別，大大提高了識別效率。

附圖說明

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2本發(fā)明結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖3本發(fā)明小孔陣列成像板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明小孔成像過濾板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5本發(fā)明光學(xué)成像幾何圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，詳述本發(fā)明具體實施方式：

如圖1至圖4所示，一種微型化的指靜脈識別裝置，包括內(nèi)部為黑色、不反射的支撐框架1和控制器，支撐框架1的底部設(shè)有小孔陣列成像板2，小孔陣列成像板2上按矩陣陣列設(shè)有若干小孔21；小孔陣列成像板2的底部設(shè)有小孔成像過濾板3，小孔成像過濾板3上按矩陣陣列設(shè)有與若干小孔21相配合的若干圓錐孔31；小孔成像過濾板3的底部設(shè)有CMOS/CDD傳感器4，CMOS/CDD傳感器4與控制器相連接；支撐框架1的內(nèi)兩側(cè)分別設(shè)有850nm紅外發(fā)光二極管5；850nm紅外發(fā)光二極管5與控制器相連接；支撐框架1內(nèi)設(shè)有850nm帶通濾光片6；850nm帶通濾光片6位于小孔陣列成像板2的上方；支撐框架1上設(shè)有靜脈識別區(qū)9；靜脈識別區(qū)9位于850nm帶通濾光片6的上方；控制器內(nèi)設(shè)有儲存器；工作時，當(dāng)手指放在靜脈識別區(qū)9時，觸發(fā)手指到位傳感器8，手指到位傳感器8發(fā)送手指放到靜脈識別區(qū)9的信號給控制器，控制器向850nm紅外發(fā)光二極管5發(fā)出閃光指令，850nm紅外發(fā)光二極管5按照指令發(fā)出850nm紅外光，850nm紅外光經(jīng)過手指投射，在經(jīng)過850nm帶通濾光片6時濾掉非紅外光，利用所述小孔陣列成像板2進(jìn)行小孔成像，并用所述小孔成像過濾板3來控制成像所需要的廣角，并排除因物距過大導(dǎo)致的成像模糊問題，在CMOS/CDD傳感器4上形成了手指輪廓圖像。

本發(fā)明支撐框架1上設(shè)有透光片7，所述850nm紅外發(fā)光二極管5通過透光片7進(jìn)行光線投射的處理。

本發(fā)明支撐框架1上設(shè)有手指到位傳感器8；手指到位傳感器8與控制器相連接，手指到位傳感器8位于靜脈識別區(qū)9的側(cè)邊。

本發(fā)明小孔成像過濾板3上設(shè)有圓錐孔31，上孔直徑設(shè)計為0.05mm；下孔直徑設(shè)計成0.02mm。

本發(fā)明850nm帶通濾光片6，對高于或低于850nm的光線進(jìn)行很大的衰減，大大減少非850nm的光線進(jìn)入CMOS/CDD傳感器4，為了正確識別靜脈的脈絡(luò)，需要讓手指放松，避免擠壓，這樣每次靜脈的脈絡(luò)基本不變，因此850nm帶通濾光片6位置不能讓手指的指腹壓到。

本發(fā)明手指到位傳感器8：一般設(shè)計兩個，也有設(shè)計一個，即檢測手指放到設(shè)備上時候，手指到位傳感器8會通知控制器手指到位；采用2個手指到位傳感器8的好處，是可以讓指尖和指根都到位，那么這樣讓手指可以相關(guān)穩(wěn)定的放到設(shè)備設(shè)定的位置，手指位置相對固定，獲得的指靜脈也相對一致。

本發(fā)明850nm紅外發(fā)光二極管5：發(fā)出850nm的遠(yuǎn)紅外光二，朝上并偏手指方向射出，850nm光照下，CMOS/CDD傳感器4感應(yīng)到靜脈血管設(shè)黑色的，而其它如骨骼、肌肉等是很淺的灰色，因此采用該波長光學(xué)可以照成清晰的靜脈圖像。

本發(fā)明小孔陣列成像板2：為了讓指靜脈每個小孔成像組成完成的一副相對一致的靜脈圖像而設(shè)計；可以擺脫目前指靜脈設(shè)備過大無法使用在手機(jī)等較小終端的問題。

本發(fā)明小孔成像過濾板3：對于小孔成像來說，小孔的位置是固定的，相距也固定了。由于手指靜脈是立體的，手指的厚度可能在5mm-20mm不等，當(dāng)兩個特征點平面緯度上看位置是相同的，僅僅高度不同。如果僅僅用小孔陣列成像板2，兩個特征點由于高度的差異會產(chǎn)生角度和物距的變化，呈現(xiàn)在CMOS/CDD傳感器4上的位置大大不同，會出現(xiàn)手指在靜脈識別區(qū)9上的位置略微改變則導(dǎo)致指靜脈圖像的特征點改變。而且由于小孔成像的廣角接近于180度，所以多個小孔之間成的像會相互干擾，無法真實的將靜脈信息拍攝出來。采用小孔成像過濾板3可以解決這個問題，解決由于手指厚度產(chǎn)生的靜脈圖像畸變問題。

本發(fā)明小孔成像過濾板3其上設(shè)有圓錐孔31，上孔直徑設(shè)計較大，下孔直徑較小。每個小孔的圓心位置與小孔成像陣列板2上的小孔圓心一一對應(yīng)，用于接收上方陣列板小孔成像的光線。由于小孔成像過濾板3直接放置CMOS/CDD傳感器4上方，下孔所接收到的光即為傳感器上感應(yīng)到的光，即我們可以通過控制下孔的直徑來控制小孔成像陣列板2上小孔成像的廣角。這樣可以使每個孔位的成像區(qū)域限定在一個范圍，并且不會產(chǎn)生小孔成像之間的相互干擾。當(dāng)過濾板下孔選定一個合適的范圍時，成像范圍就是孔位所對應(yīng)正上方的一小部分特征點的分布位置，且不會由于高度差異而產(chǎn)生畸變。

使用時，用戶的手指放置到靜脈識別區(qū)9；當(dāng)指尖和指根都接觸到手指到位傳感器8，手指到位傳感器8將手指到位信號發(fā)給控制器；控制器發(fā)出1個或多個幾十毫秒周期脈沖，啟動850nm紅外發(fā)光二極管5，即讓850nm紅外發(fā)光二極管5發(fā)光二極管亮暗1次或多次；CMOS/CDD傳感器4通過小孔成像系統(tǒng)可以拍照1張或多張指靜脈的圖像；指靜脈成像后將拍攝的相片傳給控制器；如果是采集應(yīng)用：控制器會將所拍攝的靜脈圖像進(jìn)行算法處理后，生成該用戶的特征碼并保存下來，給下次驗證使用；如果是驗證應(yīng)用：控制器根據(jù)靜脈識別算法進(jìn)行比對，實現(xiàn)了身份認(rèn)證功能。

如圖3所示，小孔陣列成像板2的設(shè)計：本說明以7mm厚度的模組為例進(jìn)行說明，也可以實現(xiàn)其它厚度。小孔成像陣列的目的是要讓需要成像的物體全部能夠成像到CMOS/CDD傳感器4上，因此陣列的密疏和設(shè)備的尺寸設(shè)計有關(guān)，還和小孔成像的原理有關(guān)。

如圖4所示，小孔成像過濾板3的設(shè)計：由于靜脈不是平面的，是立體的，因此物距范圍會在4mm-20mm(設(shè)手指厚度16mm)，因此在CMOS/CDD傳感器4上成像同樣的尺寸的靜脈成的圖像變成大小不一樣了，同時還存在不同成像之間的重疊，導(dǎo)致了圖像不清晰等問題。為了解決該問題，我們設(shè)計了一個小孔成像過濾板3；小孔成像過濾板3的圓錐孔31孔位跟小孔陣列成像板2的小孔21的孔位相對應(yīng)，小孔成像過濾板3的作用是接收小孔21的成像的光，并取0.02mm直徑的有效區(qū)域傳給CMOS/CDD傳感器4。

采用了創(chuàng)新設(shè)計，減小了靜脈(立體的)通過小孔成像畸變問題(原因是物距不同導(dǎo)致成像大小變化)。

以一個案例來進(jìn)行說明：

a、設(shè)計一個整體采樣框尺寸為35*24mm，厚度為7mm的模塊，支

撐框架1的高度為4mm，CMOS/CDD傳感器4、小孔陣列成像板2、

小孔成像過濾板3的厚度均為1mm；小孔陣列成像板2的厚度不

限1mm，可以更薄或更厚；

b、對于指靜脈來說成像350*240像素就可以正確使用了，因此可以將采樣框35mm*24mm分割成350*240的小格子，那么每個格子的最小單位為0.1mm，即每平方毫米上面將有100個格子。因此我們設(shè)計的每個點直徑為0.1mm或略大些即可，下面設(shè)計按照每格0.1mm設(shè)計，即小孔成像公式中的U＝0.1mm；小孔21的圓心相互之間間距為0.1mm，小孔21上下兩面直徑都為0.01mm；

其中：小孔成像公式為：V＝[UX+Φ(W+X)]/W

V為像的大小

U為被成像物的大小

Φ為孔的直徑

W為物距

X為像距

c、小孔陣列成像板2設(shè)計為：考慮到目前的工藝能力，小孔21的直徑設(shè)計成0.01mm；為了能夠全部采集到采樣框的信息，小孔陣列成像板2的小孔21尺寸也是35*24mm，間隔為0.1mm；

d、小孔成像的廣角設(shè)計：

從理論上說，小孔成像的廣角可以達(dá)到180°全廣角，但是廣角太大，拍照到太大的物體，根據(jù)幾何光學(xué)計算(如圖5光學(xué)成像幾何圖)：

CE為靠近設(shè)備的最小格子半徑，即CE＝0.05mm；

OB＝0.05mm；

根據(jù)幾何知識我們可以算出，AO＝0.25mm

因此廣角角度可以設(shè)計成10°即可；

e、小孔陣列成像板2的小孔21間距設(shè)計：

為了拍攝到指靜脈全部圖像，因此需要一個小孔陣列，一個小孔拍攝相當(dāng)于距離小孔4mm的直徑為0.1mm物體，因此小孔的間隔0.1mm；

f、小孔成像過濾板3設(shè)計為：

1)小孔成像過濾板3設(shè)計成圓錐形，其上設(shè)有圓錐孔31，

上孔直徑設(shè)計為0.05mm；下孔直徑設(shè)計成0.02mm；

下孔直徑取值是這么計算的，按照該設(shè)計物相縮小比是2.5，按照最近的4mm近處的直徑0.05mm成像到傳感器上的圖像是0.02mm，因此設(shè)計成下孔0.02mm；

2)圓錐孔31間距的設(shè)計同小孔陣列成像板2的設(shè)計

間距同小孔陣列成像板2間距，都采用0.1mm；

g、設(shè)計數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚?/p>

總結(jié)：

綜上所述，CMOS/CDD傳感器4接收到圖像后，為每個像素點正上方小范圍區(qū)域的靜脈特征信息圖，CMOS/CDD傳感器4是通過每個像素點感應(yīng)到指靜脈是否有圖像，只會給出0或者1的數(shù)字，因此是很容易辨別出靜脈圖案。這樣的好處是可以減少由圖像向靜脈特征圖轉(zhuǎn)換的算法，只需要根據(jù)傳感器傳出的0或者1的數(shù)字來進(jìn)行簡單處理便可以形成靜脈特征信息；經(jīng)過工程試驗驗證，該方案可行。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。