一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的製作方法

2023-09-17 06:01:00 1

本發明屬於生物特徵識別領域，尤其涉及一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統。

背景技術：

隨著各國對公共安全、信息安全的重視，生物識別技術已經逐漸融入人們工作和生活的各個方面，其中，指靜脈識別技術憑藉天然活體、極難被盜與被仿製等優點成為各研究機構、企業關注的焦點。

指靜脈識別技術相比於其他生物特徵識別方式具有以下優勢：

1）更高的普遍性，適用群體廣泛，幾乎所有人都可以適用指靜脈識別進行身份認證；

2）更好的獨特性，根據醫學證明，不同人之間的手指靜脈分布完全不同；

3）更高的穩定性，指靜脈識別是利用身體末端的生物特徵額來識別人員的身份，該特徵也很少受到人體生理狀況、病變等因素的影響；

4）更高的可採集性，指靜脈信息採集方便、快捷、準確，只有在人體血液正常流動的情況下才能進行識別，不受皮膚表面的褶皺、文理、粗糙度、乾濕度等任何缺陷和下次的影響；

5）更高的接受程度，採用非接觸成像技術，容易被大眾接受；

6）更高的防欺騙性，指靜脈認證利用人體內部的生物特徵，在使用時不留下任何痕跡，認證時只有在人體血液正常流動的情況下才能進行，因此即便是獲得一個人的靜脈血管圖形，利用目前的技術也完全不能進行活體複製；

7） 對人體健康無害，指靜脈識別是採用近紅外線穿透人體的手指來獲取靜脈血管圖像，對人體沒有任何影響；

8）更小的特徵提取值，靜脈圖像的特徵提取值一般都小於1kb，相比人臉的特徵小得多。

手指靜脈作為人體生物信息進行身份認證具有以上的優勢，因此在銀行、辦公場所或一些信息安全領域得到了廣泛的應用。市場上的手指靜脈識別裝置雖然能夠對識別對象進行精確地識別，但目前的方案並不能解決裝置持續耗電、續航能力差的問題，不能以達到裝置便攜化的目的，其原因在於：

1）在手指靜脈識別裝置中，紅外光源、紅外圖像採集器和處理器等處在長時間的工作狀態，會消耗很大部分的電能。在一些方案中，如文獻1（CN 200910108815）公開的一種手指靜脈圖像採集裝置和文獻2（CN 201510115417）公開的一種基於手指靜脈立體特徵的活體識別裝置及方法，裝置中的電子器件隨著裝置上電就一直處於工作狀態，持續不斷地消耗電能，不利於用在可攜式裝置上；

2）目前手指靜脈識別裝置採用有線供電或電池供電的方式。有線供電方式將手指靜脈識別裝置使用範圍局限化；電池供電的方式雖在使用範圍上不受限制，但電池電量有限，其續航能力成為實現便攜化的阻礙。

技術實現要素：

為了解決現有技術缺點，本發明提供一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統，包括：殼體、紅外光源模塊、手指檢測位、靜電能量採集器、紅外圖像採集器、存儲器、處理器和供電模塊。

所述手指檢測位為所述殼體上的手指伸入孔。

所述紅外光源模塊包括若干個近紅外照射源，所述紅外光源模塊位於手指檢測位的上方，手指檢測位和紅外光源模塊之間覆蓋一層毛玻璃散射板。

所述紅外圖像採集器用於採集紅外光源照射下的手指靜脈圖像。

所述靜電能量採集器位於手指檢測位的兩端，當被測手指放置在所述手指檢測位時，所述靜電能量採集器採集到電能並用於為所述基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統提供電能。

所述存儲器，存儲用戶手指靜脈數據，用於向處理器提供與手指靜脈相對應的身份信息。

所述處理器用於讀取存儲器中的手指靜脈數據，並與紅外圖像採集器採集的手指靜脈圖像進行比對，進行手指靜脈識別。

所述供電模塊用於為近紅外照射源、靜電能量採集器、紅外圖像採集器、存儲器、處理器提供工作電能，並接受處理器的控制，根據處理器的指令切換供電對象。

所述紅外光源模塊、手指檢測位、靜電能量採集器、紅外圖像採集器、存儲器、處理器和供電模塊都安裝在所述殼體上。

所述殼體還包括一個封閉的光腔，所述手指檢測位位於所述光腔的頂部，手指檢測位和所述光腔之間用一塊透光玻璃隔離開；所述紅外圖像採集器設置在所述光腔的底部。

所述殼體由黑色不透明亞克力板製成。

所述紅外光源模塊、靜電能量採集器、紅外圖像採集器、供電模塊、處理器和存儲器之間電連接。供電模塊分別與紅外光源模塊、靜電能量採集器、紅外圖像採集器、處理器和存儲器電連接；另外處理器還與紅外圖像採集器和存儲器電連接。

進一步地，所述靜電能量採集器由MEMS工藝製成，包括上下兩層。上層由柔性的聚四氟乙烯材料製成，包括基底和納米圓柱陣列，基底背面覆蓋一層金屬薄膜，作為輸出負電極；下層由金屬薄膜構成，作為輸出正電極。上下兩層邊緣由SU-8材料製成的連接體連接，並將上下兩層分離。輸出負電極和輸出正電極分別用導線與供電模塊電連接。

初始狀態下，即聚四氟乙烯薄膜上方無施加壓力時，聚四氟乙烯薄膜與輸出正電極分開，兩者沒有電荷，輸出負電極和輸出正電極沒有電壓輸出；當聚四氟乙烯薄膜上方施加壓力時，聚四氟乙烯薄膜與輸出正電極接觸，在聚四氟乙烯薄膜內部產生負電荷，在輸出正電極內部產生正電荷，並且向外部輸出脈寬為數百ms、電壓峰值達數百V的脈衝電壓。

本發明的有益效果是，本發明無需外部有線電源或內部電池為系統供應電能，僅通過待測手指接觸靜電能量採集器產生的電能就能完成手指靜脈圖像的採集和識別功能。在沒有待測手指時，系統沒有電能供給，處於關機狀態；在有待測手指時，靜電能量採集器產生脈衝電壓，對系統進行供電，實現自供電功能。靜電能量採集器本身並不耗電，因此，本發明起到了顯著的節能效果，解決了之靜脈識別裝置高能耗、續航能力低的問題，並實現了指靜脈識別裝置的便攜化。

附圖說明

圖1為一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的裝置剖面圖。

圖2為一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的模塊示意圖。

圖3為靜電能量採集器的結構示意圖。

圖4為一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的工作時序圖。

圖5位一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的工作流程圖。

具體實施方式

下面結和附圖與具體實施方式對本發明做進一步說明：

如圖1所示，本具體實施方式的一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統包括紅外光源模塊1、毛玻璃散射板2、手指檢測位3、靜電能量採集器4、紅外圖像採集器5、紅外濾光片6、透光片8、封閉光腔9、供電模塊10、處理器11、存儲器12、殼體13。

殼體13由黑色不透明亞克力板製成。

紅外光源模塊1位於殼體13內的頂部，由若干個紅外發光二極體構成；手指檢測位3是從殼體13的一側開的孔洞，待測手指從手指伸入孔7進入到手指檢測位；手指檢測位3與紅外光源模塊1之間放置一毛玻璃散射板2，光紅外光通過毛玻璃散射，形成均勻覆蓋在手指表面的紅外光；靜電能量採集器4位於手指檢測位下方的兩端；兩個靜電能量採集器4的中間覆蓋一塊透光玻璃8；透光玻璃8的下方為封閉的光腔9；紅外圖像採集器5放置於殼體13內的底部，並且在其表面覆蓋一層紅外濾光片6，用於濾除環境光及雜光；供電模塊10、處理器11和存儲器12位於殼體13的殼壁內側。

如圖2所示，紅外光源模塊1、靜電能量採集器4、紅外圖像採集器5、供電模塊10、處理器11和存儲器12之間通過電連接方式連接。供電模塊10分別與紅外光源模塊1、靜電能量採集器4、紅外圖像採集器5、處理器11和存儲器12電連接；另外處理器11還與紅外圖像採集器5和存儲器12電連接。

圖3為本發明的靜電能量採集器的結構示意圖，包括輸出負電極14、聚四氟乙烯薄膜15、輸出正電極16和支撐塊17。

輸出負電極14和輸出正電極16由金屬薄膜製成；聚四氟乙烯薄膜15的下方有納米圓柱18陣列；支撐塊17材料為SU-8，連接聚四氟乙烯薄膜15和輸出正電極16，並將兩者分開，納米圓柱18陣列不與輸出正電極16接觸。輸出負電極15和輸出正電極16用導線與供電模塊10電連接，分別作為正電極和負電極。

進一步地，聚四氟乙烯薄膜15具有柔性的特徵，當在其上方施加壓力時，聚四氟乙烯薄膜15彎曲，使得納米圓柱18陣列與輸出正電極16接觸；當釋放撤除壓力時，聚四氟乙烯薄膜15恢復到初始狀態，即聚四氟乙烯薄膜15與輸出正電極16分開。

靜電能量採集器4的工作方式為：初始狀態下，即聚四氟乙烯薄膜15上方無施加壓力時，聚四氟乙烯薄膜15與輸出正電極16分開，兩者沒有電荷，輸出負電極14和輸出正電極16沒有電壓輸出；當聚四氟乙烯薄膜15上方施加壓力時，聚四氟乙烯薄膜15與輸出正電極16接觸，在聚四氟乙烯薄膜15內部產生負電荷，在輸出正電極16內部產生正電荷，並且向外部輸出脈寬為數百ms、電壓峰值達數百V的脈衝電壓。

圖4為一種基於靜電能量採集的自供電指靜脈識別系統的工作時序圖，下面結和圖4來詳細說明本發明的工作方式。

具體工作方式的步驟如下：

步驟S100：當待測手指伸入手指檢測位3時，並對靜電能量採集器4施加壓力，靜電能量採集器4產生脈寬為T6-T1的電壓脈衝；

步驟S101：供電模塊10接收到靜電能量採集器4輸出的電壓脈衝，在T1~T6時刻處於工作狀態；

步驟S102：處理器11在T2時刻接收到供電模塊10供給的電能處於工作狀態；

步驟S103：處理器11在T3時刻對供電模塊10發出指令，分別對紅外光源模塊1和紅外圖像採集器5進行供電。此時紅外光源模塊1發出紅外光照射到待測手指上，其透射光通過透光片8被封閉光腔9底部的紅外圖像採集器5接收，得到手指靜脈圖像，並將手指靜脈圖像傳入到處理器11中；

步驟S104：處理器11在T4時刻對供電模塊10發出指令，切斷紅外光源模塊1和紅外圖像採集器5的供電，並同時對存儲器12進行供電；

步驟S105：處理器11在T4~T5時刻內對存儲器12中的用戶指靜脈數據進行讀取；

步驟S106：處理器11在T5時刻對供電模塊10發出指令，切斷存儲器12的供電；

步驟S107：處理器11從T5時刻開始進行指靜脈圖像識別，並在T6時刻前完成指靜脈識別圖像工作；

步驟S108：在T6時刻之後，系統斷電，等待下一個待測手指的檢測。

儘管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便於本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式的範圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。