本發(fā)明涉及生物識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種皮膚血管光聲成像裝置。

背景技術(shù)：

生物識別技術(shù)通過人體固有的生理和行為特征進行個人身份的鑒別，較傳統(tǒng)身份認證技術(shù)，密鑰隨時攜帶，不易丟失、遺忘或被盜取，防偽性更強，廣泛應(yīng)用于國家安全、信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全、安全認證、電子認證等領(lǐng)域。指紋識別、虹膜識別、人臉識別、3D人臉識別、視網(wǎng)膜識別、靜脈識別等生物識別技術(shù)都是以CCD光學(xué)成像后進行圖像識別，伴隨指模、美瞳、面具等產(chǎn)品制作水平越來越高，這些技術(shù)的安全性越來越低。

血管成像技術(shù)是一種通過探測皮膚組織對光吸收作用的方法,其生物特性隱藏在皮下，不易丟失與偽造。自上世紀90年代日立公司的研發(fā)人員在一項度量人腦活動的研究中,發(fā)現(xiàn)利用近紅外光觀察血液流動可以作為一種有效的、高度安全的生物識別方法以來，各國對指靜脈識別技術(shù)倍加關(guān)注。

血管識別技術(shù)主要應(yīng)用在指靜脈與掌靜脈領(lǐng)域，其近紅外成像裝置，一般采用750nm~1100nm的近紅外光對組織進行照射，由近紅外探頭捕獲血管的圖像，再進行圖像處理，但由于受介質(zhì)對光的衰減影響，其穿深只有毫米量級，且成像對比度相對較低，且采集部位一般用于手部或耳部等薄弱的組織。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于要解決的是現(xiàn)有生物特征識別技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單的皮膚血管光聲成像裝置，有效改善血管成像對比度較低的問題，利用光聲成像技術(shù)，選用合適波長的激發(fā)光源，通過分析不同閾值范圍的超聲強度，可以將血管圖像分成靜脈和動脈兩種，對兩種血管圖像分別進行識別，提高識別準確率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種皮膚血管光聲成像裝置，該裝置包括血管光聲信號采集裝置、PC端和傳輸電纜，所述血管光聲信號采集裝置通過傳輸電纜與PC端連接；所述血管光聲信號采集裝置包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有LD光源以及準直光路、微型電機、棱鏡、A/D轉(zhuǎn)換模塊和電源。所述LD光源及準直電路位于殼體的左側(cè)，殼體中間設(shè)有棱鏡，LD光源及準直電路與棱鏡之間設(shè)有光路，微型電機與棱鏡與相連并帶動控制棱鏡轉(zhuǎn)動，棱鏡與LD光源及準直電路垂直分布，棱鏡水平面低于 LD光源及準直電路水平面3-5mm，DOE光學(xué)全息器件位于殼體上側(cè)開口處，位于棱鏡正上方，且DOE光學(xué)全息器件與棱鏡垂直分布，光聲換能器陣列分布于DOE光學(xué)全息器件兩側(cè)， DOE光學(xué)全息器件與光聲換能器均位于殼體上表面，電源模塊位于殼體左側(cè)，通過電路與位于殼體右側(cè)的A/D轉(zhuǎn)換模塊、微型電機以及LD光源以及準直光路相連并為這三個模塊供電，光聲換能器（8）與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，輸出數(shù)字信號，再由傳輸電纜連接到PC端完成信號處理等操作。

所述LD光源的波長400-800nm。

所述衍射光學(xué)元件全息器件的聚焦深度為1-3mm。

所述微型光聲換能器大小為1-5mm。

所述棱鏡為正六棱鏡。

所述棱鏡的外接圓直徑為4mm。

所述微型電機為圓柱形，長為20-50mm，半徑為5-10mm。

該裝置的使用方法，其步驟：

步驟一：啟動微型電機以及光源、電源；

步驟二：所述LD光源產(chǎn)生光束，光束沿光路傳播經(jīng)棱鏡反射，照射到衍射光學(xué)元件全息器件上，光束穿過衍射光學(xué)元件- DOE全息器件聚焦到皮下血管，射向被探測血管內(nèi)的吸收體，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，通過換能器轉(zhuǎn)換為電信號，再傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)傳輸電纜傳輸?shù)絇C端；

步驟三：棱鏡轉(zhuǎn)動，使得皮下血管橫向部位激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，同時進行A/D轉(zhuǎn)換，并傳輸至PC端；

步驟四：開口處與皮膚接觸并滑動，即可完成皮下掃描區(qū)域血管數(shù)據(jù)的采集；

步驟五：PC端對光聲信號進行濾波、放大以及取平均處理，數(shù)字化后完成圖像重建；

步驟六：對重建圖像進行預(yù)處理，將重建圖像尺寸歸一化；

步驟七：對重建圖像進行灰度歸一化處理；

步驟八：對重建圖像進行濾波處理；

步驟九：對重建圖像進行二值化處理；

步驟十：對血管特征圖像細化處理；

步驟十一：對血管特征血管圖像進行匹配計算；

步驟十二：顯示生物身份匹配結(jié)果，識別結(jié)束。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：一種皮膚血管光聲成像裝置與識別方法，采用棱鏡對光源進行偏轉(zhuǎn)，通過棱鏡與微型電機相連接的設(shè)計，實現(xiàn)對皮膚血管的區(qū)域掃描，大大減少了相關(guān)檢測的時間；采用微型光聲換能器獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號，由PC端實現(xiàn)圖像重建，大大減小了裝置的體積；在PC端對重建圖像進行歸一化、濾波、二值化和細化等處理，極大提高了識別準確率，實現(xiàn)了光聲激發(fā)與傳感的一體化、微型化和實用化，可廣泛應(yīng)用生物識別技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種皮膚血管光聲成像裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種皮膚血管光聲成像裝置使用狀態(tài)圖。

圖中：

1、殼體，2、LD光源以及準直光路；3、微型電機；4、棱鏡；5、A/D轉(zhuǎn)換模塊；6、電源；7、DOE光學(xué)全息器件；8、微型光聲換能器；9、光束；10、血管光聲信號采集裝置；11、吸收體；12、皮下血管；13、傳輸電纜；14、PC端。

具體實施方式

參見附圖1，一種皮膚血管光聲成像裝置，包括血管光聲信號采集裝置10、PC端14和傳輸電纜13，所述血管光聲信號采集裝置10通過傳輸電纜13與PC端14連接；所述血管光聲信號采集裝置10包括殼體1，所述殼體1內(nèi)設(shè)有LD光源以及準直光路2、微型電機3、棱鏡4、A/D轉(zhuǎn)換模塊5和電源6，所述LD光源以及準直光路2與電源6連接，所述棱鏡4與所述微型電機3連接，所述微型電機3帶動所述棱鏡4轉(zhuǎn)動；A/D模塊5通過所述傳輸電纜13與所述PC端14連接；所述殼體1開口處設(shè)有DOE光學(xué)全息器件7，所述殼體1開口處兩側(cè)固定有微型光聲換能器8，所述微型光聲換能器8為陣列分布；所述棱鏡4與所述微型電機3置于所述DOE光學(xué)全息器件7下方。

進一步地，所述微型電機3與棱鏡4勻速轉(zhuǎn)動，所述血管光聲采集裝置10由棱鏡4旋轉(zhuǎn)使光路發(fā)生偏移，對皮下血管進行區(qū)域性掃描，通過滑動，即可得到皮膚血管的光聲信號。

進一步地，所述LD光源2的波長范圍400-800nm。

進一步地，所述DOE光學(xué)全息器件7的聚焦深度為1-3mm。

進一步地，所述微型光聲換能器8直徑大小為1-5mm。

進一步地，所述棱鏡4為正六棱鏡。

進一步地，所述棱鏡4的外接圓直徑為4mm。

進一步地，所述微型電機3長范圍為20-50mm，半徑范圍為5-10mm。

一種皮膚血管光聲成像裝置的識別方法，包括以下步驟：

步驟一：啟動微型電機3以及光源2、電源6。

步驟二：所述LD光源以及準直光路2產(chǎn)生光束9，光束9沿光路傳播經(jīng)棱鏡4反射，照射到DOE元件全息器件7上，光束9穿過DOE光學(xué)全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探測血管內(nèi)的吸收體11，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，由超聲換能器轉(zhuǎn)換為電信號，再傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊5，經(jīng)傳輸電纜13傳輸?shù)絇C端14。

步驟三：棱鏡4轉(zhuǎn)動，使得皮下血管12橫向部位激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，同時進行A/D轉(zhuǎn)換，并傳輸至PC端14。步驟四：開口處與皮膚接觸并滑動，即可完成皮下掃描區(qū)域血管數(shù)據(jù)的采集。

步驟五：PC端14對光聲信號處理，完成圖像重建。

步驟六：對重建圖像進行預(yù)處理，將圖像尺寸歸一化；重建圖像過大，對圖像的處理時間會很長，而尺寸歸一化，可以將圖像縮小到一定大小，且不影響圖像的特征提取，大大減少算法的運行時間。

步驟七：對重建圖像進行灰度歸一化處理，由于重建圖像對比度較低，不利于后續(xù)處理，對圖像進行灰度歸一化，使其均勻分布，提高圖像對比度。

步驟八：對重建圖像進行濾波處理，由于采集過程存在噪聲干擾，擴大圖像中不同物體特征之間的差別，抑制不需要的特征，改善圖像質(zhì)量。

步驟九：對重建圖像進行二值化處理，以提取血管特征。

步驟十：對血管特征圖像細化處理。

步驟十一：對血管特征血管圖像進行匹配計算。

步驟十二：顯示生物身份匹配結(jié)果，識別結(jié)束。

進一步地，所述步驟八對重建圖像進行濾波處理，一般采用高斯濾波，平滑濾波或小波變換。

進一步地，所述步驟九對重建圖像進行二值化處理，一般采用動態(tài)閾值法、重復(fù)線性跟蹤法、最大曲率算法和四方向谷搜索法。

進一步地，所述步驟十對血管特征圖像細化處理，一般采用條件細化算法、模板細化算法、形態(tài)學(xué)細化算法和查表細化算法。

進一步地，所述步驟十一對血管特征血管圖像進行匹配計算，一般采用細節(jié)點匹配法、Hu不變矩法、模板匹配法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

參見附圖1和附圖2，啟動微型電機3以及LD光源2、電源6，所述LD光源以及準直光路2產(chǎn)生光束9，光束9沿光路傳播經(jīng)棱鏡4反射，照射到DOE光學(xué)全息器件7上，光束9穿過DOE光學(xué)全息器件7聚焦到皮下血管12，射向被探測血管內(nèi)的吸收體11，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，微型光聲換能器8獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號，轉(zhuǎn)換為電信號，由A/D轉(zhuǎn)換模塊5，經(jīng)傳輸電纜13傳輸?shù)絇C端14。棱鏡4轉(zhuǎn)動，使得皮下血管12橫向部位激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，同時進行A/D轉(zhuǎn)換，并進行傳輸，開口處與皮膚接觸并滑動，即可完成皮下掃描區(qū)域血管數(shù)據(jù)的采集。PC端14對光聲信號處理完成，進行圖像重建，對重建圖像進行預(yù)處理，為用戶提供高分辨率的圖像，同時對重建圖像進行識別并顯示生物身份匹配結(jié)果。

本發(fā)明提供的一種皮膚血管光聲成像裝置，采用棱鏡4對光束9進行偏轉(zhuǎn)，通過棱鏡4與微型電機3相連接的設(shè)計，實現(xiàn)對皮膚血管的區(qū)域掃描，大大減少了相關(guān)檢測的時間；采用微型光聲換能器8獲取目標(biāo)區(qū)域光聲信號，由PC端14實現(xiàn)圖像重建并識別，大大減小了裝置的體積，極大提高了識別準確率。

以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例之一。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多類似的改形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明所要保護的范圍。