一种应用于可穿戴设备的三维静脉识别装置的制作方法

本实用新型属于生物特征识别领域，尤其是一种应用于可穿戴设备的三维静脉识别装置。

背景技术：

静脉识别是近年来兴起的新型生物识别技术，这一技术利用人体静脉血管特征进行身份识别，具有十分广阔的应用前景。医学上的相关研究证明所有人的静脉分布都会有所区别，而人体内的静脉分布一旦成型后，也基本不会随着时间而变化。因此静脉具有生物识别应该具有的广泛性、区分性、持续性和重复性的特征。除此之外，静脉识别还具有很多其他生物识别方式不具备的独特优点，如活体识别、难以伪造、非接触识别等，这使得静脉识别成为在未来更具研究意义的生物识别方式。

然而，现有的静脉识别技术存在着很大的局限性，并且没有得到良好的普及。其主要原因在于现有静脉识别技术多为简单的二维识别，识别结果很容易受到人的静态姿势和动作的影响：人细微的动作调整将使图像获取角度发生变化，故使用者在静脉识别过程中必须按照实验室理想条件下放置手指、手腕、手掌，不能出现弯曲和偏斜，这极大地损害了用户体验，并且增加了误拒率。此外，二维静脉图像易于仿造，使得安全得不到保障。

虽然有一些工作提出了基于双目视觉识别方法的三维静脉识别装置，在一定程度上解决了二维静脉识别易受人体动作姿势影响的问题，但是此方法并没有实现真正的三维静脉构建。因为红外线并不能完全透射人体，即双目视觉获得到的静脉图像只是在一定角度范围内的静脉信息，不能获取与相机相对的位置面的静脉信息。此外，双目视觉三维重建方法需要两个摄像机同时拍摄，在控制上非常困难而且装置设备非常庞大复杂，并且成本较高，因此不能够很好地应用于可穿戴的智能设备的普及中。

综上所述，现有技术、装置和方法均不能同时实现静脉识别的以下要求：1、识别准确性高、可靠性高、鲁棒性强；2、识别过程受用户姿势、动作影响较低，误拒率低，用户体验性好，可被应用于可穿戴设备中；3、对假静脉图像具有判别力，用户身份信息安全性高，并可以实现人机互动，结构简单、便于控制，能够大量普及。

技术实现要素：

本实用新型提供一种应用于可穿戴设备的三维静脉识别装置，以解决现有静脉识别技术中存在的如下问题：多为简单的二维识别，识别结果很容易受到人的静态姿势和动作的影响；在静脉识别过程中手指、手腕、手掌不能出现弯曲和偏斜，极大地损害了用户体验并增加了误拒率；二维静脉图像易于伪造，使得安全得不到保障；基于双目视觉识别方法的三维静脉识别装置只能在一定角度内获取静脉信息，同时由于需要两个摄像机同时拍摄，在控制上非常困难而且装置设备非常庞大复杂，并且成本较高，因此不能够很好地应用于可穿戴的智能设备的普及中。

本实用新型采取的技术方案是：包括智能控制单元、环形内圈单元、图像传感器单元、圆形阵列式红外光源单元、环形外圈单元和驱动控制单元，其中，智能控制单元靠其后盖上的凸起与环形外圈单元上的凹槽过盈配合，驱动控制单元的内端面上固有三个环形阵列凹槽，环形外圈单元的环形外圈主体两个端面上分别有三个凸台，将凹槽与凸台过盈配合，实现两个驱动控制单元分别与环形外圈单元固连；环形内圈单元的主体的边缘凸起与环形外圈主体的环形凹槽间隙配合，从而实现环形内圈单元在环形外圈单元里绕着装置中心作圆周运动；图像传感器单元通过其运载装置单元的凸起的滑轨与环形外圈主体的内侧轨道沟槽间隙配合，两个驱动控制单元通过导线分别与图像传感器单元两端连接，使图像传感器单元在环形外圈主体的内侧轨道沟槽里绕着装置中心做圆周运动；图像传感器单元的上端卡在环形内圈主体的非挖空凹槽中，当图像传感器单元运动时，环形内圈主体将会随之运动；圆形阵列式红外光源单元嵌在环形外圈单元的圆形阵列式凹槽中。

所述的智能控制单元包括后盖、充电电池、微感天线安装槽、微感天线一、主机、显示屏、插头和后盖上的凸起，其中微感天线安装在微感天线安装槽中、并插入主机中，主机内设有充电电池，主机上有显示屏、插头，后盖与主机固定连接。

所述的环形外圈单元的结构是：环形外圈主体两个端面上分别有三个凸台，圆形阵列式凹槽用于内嵌圆形阵列式红外光源，环形外圈主体内侧有环形凹槽和轨道沟槽，环形外圈主体的外面有凹槽。

所述的环形内圈单元的结构是：由里向外依次是固定连接的保护层、滤光层和环形内圈主体，环形内圈主体边缘的环形凸起与环形外圈主体的内侧环形轨道凹槽相间隙配合，环形内圈主体和滤光层皆设有角度为162°的环形槽，环形内圈主体上有一个非挖空凹槽，用于卡住图像传感器单元，保护层为环形密封式，具有透光功能。

所述的图像传感器单元的结构是：运载装置单元上部分卡在环形内圈主体的非挖空凹槽里，两个主轴的一端分别与CCD相机主体上的凹槽过盈配合、另一端与运载装置单元上的凹槽过渡配合，CCD相机主体通过主轴安装在运载装置单元上，运载装置单元通过凸起的滑轨与环形外圈主体内侧的环形轨道沟槽相间隙配合；CCD相机主体内有存储芯片和微感天线二。

所述驱动控制单元的结构是：包括相同的两部分，其中一部分的结构是：环形电池单元安装在环状主体上，环状主体的内端面上有三个环形阵列凹槽，电机、分别镶嵌在环状主体的侧面，所述电机通过导线与图像传感器单元一端连接。

环形电池单元由若干环形充电电池组成，环形电池单元通过导线与智能控制单元相接，通过智能控制单元的插头进行充能，从而给电机供能，电机通过环形外圈主体内设的旋转槽中的导线带动图像传感器单元进行圆周运动。

所述圆形阵列式红外光源是波长为850nm的红外二极管，用于提供红外光源照射；

所述环形内圈单元中的滤光层是指800nm～1100nm高透滤光片以及中性灰度滤镜；

所述环形内圈单元中的保护层所用的材料是聚氨酯橡胶。

本实用新型优点在于：一是采用全新的环状结构，图像传感器单元在静脉图像采集过程中从360°获取信息，获取到的静脉信息量多，识别更加准确，可靠性高，鲁棒性更强；二是识别过程不受人的运动和姿势的影响，误拒率低，可被应用于穿戴设备中；三是由于是360°采集静脉图像，因此对假静脉图像具有判别力；四是结构设计巧妙：环形内圈主体的边缘凸起与环形外圈主体的环形凹槽相间隙配合，从而实现环形内圈单元能够在环形外圈单元里绕着装置中心作圆周运动的功能；图像传感器单元通过其运载装置单元的凸起的滑轨与环形外圈主体的内侧轨道沟槽相间隙配合，从而实现图像传感器单元能够在环形外圈主体的内侧轨道沟槽里，带着环形内圈单元绕着装置中心做圆周运动的功能；同时，CCD相机主体能绕着主轴进行一定角度的旋转，从而实现在运动过程中，图像传感器既可以获得360度范围内的信息，又可以在纵向方向上尽可能地获取更大范围内的静脉信息。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的爆炸图；

图3是本实用新型智能控制单元和环形外圈单元的连接示意图；

图4是本实用新型驱动控制单元和环形外圈单元的连接示意图；

图5是本实用新型中内圈单元和环形外圈单元、图像传感器单元和环形外圈单元的连接示意图；

图6是本实用新型中图像传感器单元与环形内圈单元的连接示意图；

图7是本实用新型智能控制单元的爆炸图；

图8是本实用新型的环形内圈单元和环形外圈单元的爆炸图；

图9是本实用新型的图像传感器单元的爆炸图；

图10是本实用新型的驱动控制单元的一部分的爆炸图；

图11是本实用新型驱动控制单元与图像传感器单元的连接示意图。

具体实施方式

包括智能控制单元1、环形内圈单元2、图像传感器单元3、圆形阵列式红外光源单元4、环形外圈单元5和驱动控制单元6，其中，智能控制单元1靠其后盖上的凸起108与环形外圈单元5上的凹槽506过盈配合，驱动控制单元6的内端面上固有三个环形阵列凹槽601，环形外圈单元5的环形外圈主体501两个端面上分别有三个凸台502，将凹槽601与凸台502过盈配合，实现两个驱动控制单元6分别与环形外圈单元5固连；环形内圈单元2的主体201的边缘凸起203与环形外圈主体501的环形凹槽504间隙配合，从而实现环形内圈单元2在环形外圈单元5里绕着装置中心作圆周运动；图像传感器单元3通过其运载装置单元301的凸起的滑轨308与环形外圈主体501的内侧轨道沟槽505间隙配合，两个驱动控制单元6通过导线分别与图像传感器单元3两端连接，使图像传感器单元3在环形外圈主体501的内侧轨道沟槽505里绕着装置中心做圆周运动；图像传感器单元3的上端卡在环形内圈主体201的非挖空凹槽202中，当图像传感器单元3运动时，环形内圈主体201将会随之运动；圆形阵列式红外光源单元4嵌在环形外圈单元5的圆形阵列式凹槽503中。

所述的智能控制单元1包括后盖101、充电电池102、微感天线安装槽103、微感天线一104、主机105、显示屏106、插头107和后盖上的凸起108，其中微感天线104安装在微感天线安装槽103中、并插入主机105中，主机内设有充电电池102，主机上有显示屏106、插头107，后盖101与主机105固定连接。

所述的环形外圈单元5的结构是：环形外圈主体501两个端面上分别有三个凸台502，圆形阵列式凹槽503用于内嵌圆形阵列式红外光源4，环形外圈主体501内侧有环形凹槽504和轨道沟槽505，环形外圈主体501的外面有凹槽506。

所述的环形内圈单元2的结构是：由里向外依次是固定连接的保护层206、滤光层204和环形内圈主体201，环形内圈主体201边缘的环形凸起203与环形外圈主体的内侧环形轨道凹槽504相间隙配合，即环形内圈主体201可实现绕着自身中心转动的功能；环形内圈主体201和滤光层204皆设有角度为162°的环形槽205，目的是让若干阵列式红外光源射出的红外光能透过，减小其余阵列式红外光源对高质量静脉图像采集的干扰；环形内圈主体201上有一个非挖空凹槽202，用于卡住图像传感器单元3，即当图像传感器单元3绕着装置中心做圆周运动时，环形内圈单元2整体也随之转动；保护层206为环形密封式，具有透光功能。

所述的图像传感器单元3的结构是是：运载装置单元301上部分卡在环形内圈主体201的非挖空凹槽202里，两个主轴304的一端分别与CCD相机主体302上的凹槽305过盈配合、另一端与运载装置单元301上的凹槽307过渡配合，CCD相机主体302通过主轴304安装在运载装置单元301上，运载装置单元301通过凸起的滑轨308与环形外圈主体501内侧的环形轨道沟槽505相间隙配合；CCD相机主体302内有存储芯片306和微感天线二303。

所述驱动控制单元6的结构是：包括相同的两部分，其中一部分的结构是：环形电池单元603安装在环状主体602上，环状主体的内端面上有三个环形阵列凹槽601，电机604、分别镶嵌在环状主体602的侧面，所述电机604通过导线605与图像传感器单元3一端连接。

环形电池单元603由若干环形充电电池组成，环形电池单元603通过导线与智能控制单元1相接，通过智能控制单元1的插头107进行充能，从而给电机供能，电机通过环形外圈主体503内设的旋转槽中的导线带动图像传感器单元3进行圆周运动。

所述圆形阵列式红外光源4主要是指波长为850nm的红外二极管，用于提供红外光源照射；

所述环形内圈单元2中的滤光层204是指800nm—1100nm高透滤光片以及中性灰度滤镜；

环形内圈单元2中的保护层206所用的材料是聚氨酯橡胶。

工作时，将三维静脉识别装置套上手腕，通过智能控制单元1触发圆形阵列式红外光源单元4开启，接着通过智能控制单元1触发驱动控制单元6，从而由两个电机604分别带动图像传感器单元3绕着装置的中心做圆周运动；图像传感器单元3带着环形内圈单元2以装置的中心为圆心，做圆周运动；在图像传感器单元3做圆周运动的同时，图像传感器单元运转一周，中间停留若干次，共捕获若干张图像；经过一段时间后，图像传感器单元3捕获到一系列腕部静脉图像，图像通过CCD相机主体302内设的微感天线二303发送，由智能控制单元1内设的微感天线一104接收，用于与数据库中的三维静脉特征点云进行匹配，验证持有者的身份。