基於手指生物特徵信息的成像設備及多模態身份識別方法
2023-12-11 15:52:27 2
專利名稱：基於手指生物特徵信息的成像設備及多模態身份識別方法
技術領域：
本發明屬於人體生物特徵識別技術領域，具體涉及ー種一次性同時採集手指紋、 手指背紋、與手指靜脈的圖像採集裝置與多模態身份認證的判決方法。
背景技術：
生物識別是一種新的身份識別技木。現實生活中，每個人都有區別於其他人的獨特的生物特徵。隨著計算機技術的發展，人們可以從自身中提取多種生物特徵數據，例如指紋、手指靜脈、手指背紋、面像、瞳孔、聲音、掌紋等等。這種依靠人身體特徵進行身份驗證的技術總稱為生物識別技木。與傳統身份認證方式相比，生物特徵識別最大的特點就是對用戶自身的特徵進行認證，具有防偽性好、隨身攜帯、不易丟失或遺忘的優點，具有更好的安全性、可靠性和有效性。由於單生物特徵在識別準確率、用戶接受程度、受環境影響程度等方面都有不同的特點，適應於不同的場合，單生物特徵識別也存在其固有的局限性在對身份識別系統的準確性及安全性要求日益提高的今天，僅靠單一生物特徵常常無法滿足實際需要。在實際應用中，由於客觀條件變化的不可預測性，單生物特徵識別技術往往會遇到難以克服的困難，譬如隨著時間的流逝或者光照變化，人臉圖像會發生變化，虹膜、DNA和指紋等識別方式又會使人感到不舒適，甚至會產生受侮辱的感覺。而多生物特徵識別技術由於利用了多種生物特徵，並結合數據融合技木，不僅可以提高識別的準確性，而且可以擴大系統覆蓋的範圍，降低系統的風險，使之更接近實用。因此，多模態生物特徵融合識別技木，近年來已成為生物特徵識別技術研究領域的ー個熱點，也是未來生物特徵應用領域的必然趨勢。通過結合多種生物特徵即多模態的生物識別，這樣可以增加識別系統的安全性、 可靠性和有效性，然而對多模態的圖像採集與處理提出了很高的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的上述不足，提供一種基於手指靜脈手指紋與手指背紋的成像設備及多模態身份識別認證方法，以解決單生物識別容易受到破壞及偽造與識別成功率低及不穩定等問題，提高認證系統的可靠性、穩定性和實用性。本發明提供的基於手指生物信息的成像設備包括外売，外売上設有電源開關，外殼的中間部分設有ー個用於深入手指的小孔，外殼內上下兩端各安裝有一個可見光成像裝置、用以獲取手指背紋與手指紋圖像，可見光成像裝置前各安裝有一個紅光濾光片，可見光成像裝置周圍各安裝有ー組紅光源、用於照射手指紋與手指背紋，在外殼的ー個側面安裝有一個紅外成像裝置、用以獲取手指靜脈圖像，在小孔下方兩側各設有ー排紅外光源、用於手指靜脈的照明，紅外成像裝置前設有ー個紅外濾光片和一個反紅外濾光片、用於反射紅外光井透射可見紅光，外殼內還設置有供電裝置和控制電路；計算機通過數據傳輸接ロ與所述的三個成像裝置連接，從三個成像裝置輸出的圖像中提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，與資料庫中的特徵向量進行獨立的特徵匹配，得到各自的匹配分數，將匹配分數進行歸一化處理之後，採用加權求和規則實現匹配分數在匹配層的融合，最後將融合後的分數與設定的閾值進行比較判斷實現身份判決，完成多模態的身份識別認證。所述的手指紋與手指背紋的圖像採集裝置的紅光源和手指靜脈採集裝置的紅外光源為LED陣列，其中紅光LED陣列成圓周排列，紅外光源LED成排排列分布在外殼內小孔下方的兩側，所述的紅外光源為850nm波長。所述的反紅外濾光片傾斜45°置於手指下方用以透過紅光並反射紅外光。本發明提供的基於手指生物特徵信息的多模態身份識別認證方法包括第1、首先採集同一手指的手指紋圖像、手指背紋圖像和手指靜脈圖像並進行預處理，提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，進行存儲樣本數據的註冊過程；第2、採集當前待識別手指的手指紋圖像、手指背紋圖像和手指靜脈圖像並進行預處理，提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，然後與樣本資料庫中的特徵向量進行獨立的特徵匹配，得到各自的匹配分數；第3、將第2步得到的匹配分數通過Tanh方法進行歸一化處理之後，採用加權求和規則實現匹配分數在匹配層的融合；第4、最後將融合後的匹配分數與設定的閾值進行比較判斷，當融合後的匹配分數大於閾值則身份認證成功，否者失敗，完成多模態的身份識別認證。所述的手指紋圖像、手指背紋圖像和手指靜脈圖像是針對同一手指的成像。所述的歸一化方法為Tanh方法，具體步驟是，將匹配分數值域歸一化到(0，1)分布，公式如下
權利要求
1.一種基於手指生物特徵信息的成像設備，其特徵在於該設備包括外売，外殼上設有電源開關，外殼中間部分有一個用於深入手指的小孔，外殼內上下兩端各安裝有一個可見光成像裝置、用以獲取手指背紋與手指紋圖像，可見光成像裝置前各安裝有ー個紅光濾光片，可見光成像裝置周圍各安裝有ー組紅光源、用於照射手指紋與手指背紋，在外殼的ー個側面安裝有一個紅外成像裝置、用以獲取手指靜脈圖像，在小孔下方兩側各設有ー排紅外光源、用於手指靜脈的照明，紅外成像裝置前設有ー個紅外濾光片和一個反紅外濾光片，反紅外濾光片用於反射紅外光井透射可見紅光，外殼內還設置有供電裝置和控制電路；計算機通過數據傳輸接ロ與所述的三個成像裝置連接，從三個成像裝置輸出的圖像中提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，與資料庫中保存的特徵向量進行獨立的特徵匹配，得到各自的匹配分數，將匹配分數進行歸一化處理之後，採用加權求和規則實現匹配分數在匹配層的融合，最後將融合後的分數與設定的閾值進行比較判斷實現身份判決，完成多模態的身份識別認證。
2.根據權利要求1所述的基於手指生物特徵信息的成像設備，其特徵是所述的手指紋與手指背紋的圖像採集裝置的紅光源和手指靜脈採集裝置的紅外光源為LED陣列，其中紅光LED陣列成圓周排列，紅外光源LED成排排列分布在外殼內小孔下方的兩側，所述的紅外光源為850nm波長。
3.根據權利要求1所述的基於手指生物特徵信息的成像設備，其特徵是所述的反紅外濾光片傾斜45°置於手指下方用以透過紅光並反射紅外光。
4.一種基於手指生物特徵信息的多模態身份識別認證方法，其特徵在於該方法包括第1、首先採集同一手指的手指紋圖像、手指背紋圖像和手指靜脈圖像並進行預處理，提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，並存儲三種獨立的特徵向量，完成存儲樣本數據的註冊過程；第2、採集當前待識別手指的手指紋圖像、手指背紋圖像和手指靜脈圖像並進行預處理，提取能夠代表三種生物特徵模式的特徵向量，然後與樣本資料庫中的特徵向量進行獨立的特徵匹配，得到各自的匹配分數；第3、將第2步得到的匹配分數通過Tanh方法進行歸一化處理之後，採用加權求和規則實現匹配分數在匹配層的融合；第4、最後將融合後的匹配分數與設定的閾值進行比較判斷，當融合後的匹配分數大於閾值則身份認證成功，否者失敗，完成多模態的身份識別認證。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在幹，第3步歸ー化方法為Tanh方法，具體步驟是，將匹配分數值域歸一化到(0，1)分布，公式如下,15 =— 2tanh(0.01x^^) + l std is)其中S'為歸ー化匹配分數，s為歸ー化處理前的匹配分數，Hiean(S)和std(s)分別為歸ー化前匹配分數的均值和標準差。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在幹，加權求和規則將三種生物特徵的匹配分數在匹配層融合 s' =式中S'為三種生物特徵的融合匹配分數，ων和Sv分別為手指靜脈對應的權值和匹配分數，Q1和も分別為手指紋對應的權值和匹配分數，ωρ和も分別為手指背紋對應的權值和指紋匹配分數。
7.根據權利要求4所述的方法，其特徵在幹，根據應用領域不同及精度要求高低，可採取進行識別一到五根手指而設定五個檔次，也可根據具體情況僅選擇單一生物信息或任兩個生物信息組合進行快速身份識別。
全文摘要
一種基於手指生物特徵信息的成像設備及多模態身份識別認證方法，成像設備包括外殼，外殼的中間部分設有一個小孔用於深入手指，外殼的上下兩側各安裝有可見光成像裝置用以獲取手指背紋與手指紋圖像，在外殼的側面部分安裝有紅外成像裝置用以獲取手指靜脈圖像，外殼內上下兩側各設有一組紅光源、在小孔下方兩側設有紅外光源、在成像裝置前設有二個紅光濾光片、一個紅外濾光片、一個反紅外濾光片，外殼內設有供電裝置和控制電路；多模態身份識別認證方法主要是採用結合同一手指的靜脈紋、手指紋與手指背紋三種生物特徵進行身份識別，具有很好的防偽造性與實用性。
文檔編號G06K9/64GK102542258SQ20111042924
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者史光遠, 吳喆明, 曹麗麗, 朱亞東, 李波, 李飛, 楊曉蘋, 陳志宏, 馬華 申請人:天津理工大學