2。1 采集原理及仪器介绍

2。1。1 采集原理

手指静脉采集装置根据手指静脉在近红外线下的成像机理进行研发，即静脉中的血红蛋白在一定波长范围的近红外线照射下会失氧还原，还原后的血红蛋白对近红外线有较强的吸收作用，而其他手指组织，如骨骼、肌肉、皮肤，对近红外线的吸收作用相对较弱，导致在获得的手指静脉图像中静脉呈现为明显较暗的部分，使光学传感器捕获静脉图像成为可能。

图3。 手指静脉识别技术工作原理

2。1。2 采集方式选择

根据光源使用方法的不同，一般可以分为透射采集、反射采集和侧射采集三种采集方式。

2002年Kono[7][19]首先使用波长为810nm的LED光源照射，从CCD中获取得到静脉图像。由于不同手指部位厚度不一致，其所需光照强度不同，因此在每次进行样本采集之前需要手动调节LED光源（如图4）。

图4。 Kono等的方法提取得到的手指静脉图像

2006年Hashimoto[7][20]总结了Hitachi公司的研究成果，比较了使用不同采集方式对最终成像结果的影响（如图5）。经过多次对比实验发现，透射采集成像效果最佳，得到的图像清晰度最高，但是占用空间较大，不利于设备微型化；反射采集占用空间最小，但是由于手指皮肤表面不平整且皮肤反射不均匀，最终得到的图像成像效果不佳。Hashimoto还给出了一种侧射采集方式，没有给出效果图，但从原理而言，是透射采集和反射采集两种方法的折衷，旨在降低少量的成像质量来减小设备所需空间。

图5。 Hashimoto等提出的手指静脉图像不同采集方式示意图

为了获取最佳图像质量进行后续实验研究，本文采用透射方式进行手指静脉图像采集，通过优化仪器控制电路来提高仪器自适应性，优化选取仪器零部件实现仪器微型化改造。

2。1。3 采集仪器设计

手指静脉采集仪器是通过镜头和滤光片有选择的控制入射光线的成分和强度，使用图像传感器感应获取近红外光线下的手指静脉图像。仪器的设计主要包括LED光源、滤光片以及采集摄像头和图像传感器的选择。论文网

（1）LED光源

实验发现（如图3），在680~800nm波段的近红外线对人体组织的透射率最大，并且血液对近红外线在760nm处有一个很强的吸收峰，因此理想光源的中心波长应该在760nm[8]，但是由于760nm的二极管光源很难获取，因此实验当中一般选择中心波长为850nm的近红外二极管光源替代。

（2）滤光片

由于手指静脉的采集环境并不是完全封闭的黑箱，因此当外界自然光线进入采集摄像头会对静脉图像质量造成一定的影响，因此需要滤光片对环境光进行筛选和滤除，实验常采用的是850nm的高通滤光镜。

（3）采集摄像头和图像传感器

图像传感器又称感光元件，它将探测到的光信号转换成电信号传送给计算机进行分析，而图像传感器的入射光的通量、面积、角度等是有镜头控制，因此两者的恰当选择是保证图像成像质量的关键因素之一。

目前常用的光电转换器有两种，分别是电荷耦合器件（Charge Coupled Device简称CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor简称CMOS）[9]。其原理都是通过阵列式的感光器将入射的光强利用光电效应转换为对应感光元位置的光强电流，由此通过输出电压便可以获得各个感光元的位置的光强数字信号。CCD成像精度高、转换速度较慢、线路较复杂、耗电量大；CMOS成像精度较低、低功耗、易集成。另外需要注意的是，CCD的像素数、面积、线数以及摄像头的焦距、光圈、像场和入射波长的选择都会对静脉成像质量造成一定的影响。经过实验对比，本文选择使用CCD传感器，采用焦距适中、相对孔径较小、视场角较大的镜头。