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關鍵技術

（一）總體框架

指靜脈采集器與一般生物特征識別技術相似，主要包括圖像采集單元與圖像識別單元兩個部分。在采集單元中主要完成手指靜脈圖像的采集，并將采集的圖像通過USB2.0傳輸至計算機中，這部分設計包括光源、濾光片、攝像機、控制與傳輸。在識別單元中主要包括圖像預處理、特征提取、特征數據存儲、特征匹配、輸出結果等，并通過控制系統與圖像采集單元進行通信。

（二）指靜脈采集器的圖像采集

圖像采集部分一般由光源、鏡頭、濾光片、攝像機板（包括攝數字集設備、圖像采集接口）構成。采集過程可簡單描述為在光源提供照明的條件下，攝像機拍攝目標物體并將其轉化為數字圖像信號，并通過圖像采集接口傳輸到計算機上。在設計圖像采集部分時，要考慮到多方面的問題，主要是關于光源照明、數字攝像機、圖像采集接口等方面的技術。

指靜脈血管是手指的內部特征，指靜脈識別主要是利用人體靜脈血液中血紅素對特定波長紅外光的吸收特性來實現的。手指中的骨骼、肌肉、脂肪、皮膚等組織在成像的過程中對血管都會存在影響，在光源波長的選擇上需考慮上述各因素在不同波長范圍內的吸收情況，選擇血管吸收系數高并且其他組織吸收系數低對應的波長。為了消除環境光對設備采集時的影響，在光學系統中加入配合光源使用的濾光片。針對指靜脈血管特點，靜脈紋路的拓撲結構和走向是不會變的，攝像機分辨率不需要很高，但需要選擇對近紅外光源響應曲線高和傳輸速度快的CMOS模組。除此之外，根據手指成像有效尺寸和光線分布均勻度進行設計，使用LightTools光學設計軟件，確定LED光源的數量、間距、排布方式等重要參數。同時，根據試驗結果，確定光源LED光源的控制方式。圖2為光源均勻性模擬分析圖。

（三）指靜脈采集器的圖像預處理

為了滿足靜脈特征提取和提高識別精度的要求，必須對已獲得的靜脈圖像進行預處理。圖像預處理過程分為邊緣分割、圖像增強、二值化處理、圖像塊濾波、圖像細化等步驟，經過一系列的處理，可以得到指靜脈圖像的特征紋線圖3為靜脈圖像預處理中各部分處理后圖。

指靜脈設備在圖像預處理過程中，對手指靜脈圖像進行增強，首先利用sobel算子對有效的靜脈圖像進行邊緣分割，其次，分別利用高斯濾波器、中值濾波和基于自適應灰度校正方法對圖像進行了增強，然后對圖像進行了二值處理，使用NiBlack方法，通過了大量的實驗確定了適合圖像的修正值和模板大小，分割效果良好，通過塊濾波的方法將多

余的噪點圖像進行修正，二值化圖像較好。最終對圖像進行了細化處理，為后面的特征提取與匹配提供了有力的保障

（四）指靜脈采集器的指靜脈特征提取與比對

指靜脈特征比對是將當前的指靜脈特征與事先存儲的指靜脈模板進行比對，判斷兩幅指靜脈圖像是否來自同一個手指。指靜脈比對的目的一般分為兩類:指靜脈驗證和指靜脈辨認。指靜脈驗證是一對一的匹配，即事先把指靜脈特征及其個人信息以某種有效的形式在數據庫中存儲起來，驗證時，重新采集指靜脈圖像信息，將采集到的指靜脈信息與數據庫中指靜脈進行“一對一”的比對，通過一次比對的結果來判斷是否是同一個人。指靜脈辨別是在不知道待辨別人的其他信息的前提下，把現場得到的指靜脈圖像與指靜脈數據庫中保存的多個指靜脈進行逐一的比對，從中找出與現場指靜脈相匹配的指靜脈，是“一對多”比對。

在指靜脈特征提取中引入了一種新的算法，分別選取了終點、分叉點和高曲率點作為指靜脈特征數據，首先基于細化圖像提取指靜脈特征點，并將特征點數據作為特征向量進行保存，由于指靜脈圖像特征為分布模式特征，信息量主要表現為血管的位置分布，終點、分叉點和高曲率點具有最大的位置信息量，將其作為特征數據進行保存，即可以達到減小存儲空間的目的，又能有效地用于特征數據比對。指靜脈特征比對包括兩個過程，首先通過塊匹配完成指靜脈特征的對齊并計算相似度參數1，之后比對指靜脈特征點得到相似度參數2，指靜脈特征比對相似度由這兩個相似度參數加權平均得到。