基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置及其成像方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种阵列式超声传感器的手掌血管成像及识别装置，包括光源传感单元、多个阵列式传感器、成像设备、透明玻片、信号处理单元和外壳；所述多个阵列式传感器分布于整个外壳上，外壳上部连接光源传感单元，外壳下部设有透明玻片；多个阵列式传感器通过信号处理单元与成像设备连接；所述光源传感单元从上到下依次设有LD光源、凸透镜和DOE器件；所述DOE器件处于光源传感单元的底部。本发明专利技术还提供了利用上述装置进行成像的方法。本发明专利技术不仅可以实现静脉血管成像，还可以使用动、静脉血管图像融合的方式，实现生物识别技术的准确度；该系统采用了DOE器件，将光线转变成聚焦点阵结构，在保证扫面面积的基础上，提高了扫面的精确度，提高了扫描面上的光强，使得检测超声波能够到达的深度更大，获取的信息更多；该系统可实现全方位的超声信号的接收，实现图像的全方位处理，大幅提高识别的精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种血管成像系统，尤其涉及一种光声成像、皮下动、静脉成像以及生物识别装置及其成像方法。
技术介绍
光声成像技术是利用物质吸收光能后产生超声波的光声效应形成图像，具有光的高精度和声的低噪声特点，能利用血液中血氧含量的不同形成血管并区分动脉和静脉图像；也能依据声学计算，形成血管3D图像；也有血液多普勒的实验报道，成像同时可测量血液流速，它将成为防伪性最强的技术。生物识别技术通过人体固有的生理和行为特征进行个人身份的鉴别，较传统身份认证技术，密钥随时携带，不易丢失、遗忘或被盗取，防伪性更强。因此，该技术广泛应用于国家安全、信息安全、网络安全、安全认证、电子认证等领域，并在全球信息化浪潮下迅猛发展。更快速、准确、安全的个人身份识别和验证，是近年来的热点。指纹识别、虹膜识别、人脸识别、3D人脸识别、视网膜识别、静脉识别等生物识别技术都是以CCD光学成像后进行图像识别，伴随指模、美瞳、面具等产品制作水平越来越高，这些技术的安全性越来越低。光声成像技术同时具有光的高精度和声的低噪声特点，越来越广泛应用于活体血管成像。利用血液所激发的不同超声强度可形成血管脉络图并区分动脉图和静脉图；依据超声的时间分辨，可形成血管3D图像；利用多普勒效应，扫描成像同时可测量血液流速，该技术可实现一套硬件多模态识别，将是防伪性最好的技术之一。
技术实现思路
为克服现有掌纹识别技术的不足，本专利技术提供了一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，该系统避免了传统掌纹识别的掌纹不清晰或手掌不干净等方面的影响，而是采用手掌中的血管的成像技术，不仅可以实现静脉血管成像，还可以使用动、静脉血管图像融合的方式，实现生物识别技术的准确度；该系统所采用的DOE器件，将光线转变成聚焦点阵结构，在保证扫面面积的基础上，提高了扫面的精确度，提高了扫描面上的光强，使得检测超声波能够到达的深度更大，获取的信息更多；该系统可实现全方位的超声信号的接收，实现图像的全方位处理，大幅提高识别的精确度。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种阵列式超声传感器的手掌血管成像及识别装置，其特征在于，包括光源传感单元、凸透镜、多个阵列式传感器、成像设备、信号处理单元和外壳；所述多个阵列式传感器分布于整个外壳上，外壳上部连接光源传感单元，外壳下部设有透明玻片；多个阵列式传感器通过信号处理单元与成像设备连接。所述光源传感单元从上到下依次设有LD光源、凸透镜和DOE器件；所述凸透镜用作准直透镜，将LD光源发出的光线转换成平行光；所述DOE器件处于光源传感单元的底部，用于光路调整。进一步地，所述外壳采用半球形结构，内部采用透明介质；所述超声换能器之间的间距为8-10mm，数量为120-130个。进一步地，所述信号处理单元通过通信传输线与阵列式超声传感器相连，并通过通信传输线与成像设备。进一步地，所述DOE器件用于调整平行光，使之在底部透明玻片后2-3mm转变成聚焦点阵，经调整的光线均匀度达到90％-95％，焦点直径约为0.005-0.01mm，焦点间距约为0.05-0.1mm。进一步地，所述信号处理单元包括信号采样模块与预处理模块。进一步地，所述LD光源可分别接入波长405±5nm和波长623±5nm的光束，分别用于手掌的静脉与动脉血管成像。本专利技术还提供了利用上述装置进行成像和识别的方法，包括如下步骤：第一步：将被测体的手掌放置于被测面上，启动电源，激发LD光源工作；第二步：将光源产生的一个或两个不同波长的激光，通过凸透镜校准后，经过DOE器件进行调整，平行光经过DOE器件在手掌表面转变成聚焦点阵式结构。第三步：阵列式超声传感器将接收到的超声信号传输到信号处理单元进行信号处理；第四步：成像设备完成图像重建，并对图像进行进一步的处理，包括预处理、灰度归一化处理和滤波处理；通过超声强弱阈值分析，区分动脉和静脉血管，用伪彩绘制血管脉络图；第五步：根据重建图像进行二值化处理，并进一步提取图像特征，由血管特征图像进行匹配算法；对动脉和静脉血管脉络图像分别进行识别分析，并建立数据融合算法，提高识别准确率；第六步：对血管特征图像细化处理；第七步：对血管特征血管图像进行匹配计算；第八步：通过深度学习，得出匹配识别结果。进一步地，所述第五步具体包括：采用传统血管成像法将被测体的掌动、静脉血管数字化特征登记入库，然后与步骤四得到的动、静脉血管图像的特征信息形成特征信息匹配组；采取加权融合的方法，融合传统血管成像法得到的图像与步骤四得到的血管图像，将加权过程表示如下：F(x,y)＝aA(x,y)+bB(x,y)，其中，F(x,y)表示融合后的结果图像，A(x,y)与B(x,y)分别表示传统血管成像法得到的图像与步骤四得到的血管图像，a和b分别表示加权系数，0＜a≤1，0＜b≤1。进一步地，所述特征信息匹配组包括掌动、静脉血管的形状和方向数据。进一步地，所述第六步中，采用条件细化算法、模板细化算法、形态学细化算法或查表细化算法对血管特征图像细化处理；所述第七步中，采用细节点匹配法、Hu不变矩法、模板匹配法或神经网络算法对血管特征血管图像进行匹配计算。进一步地，所述第八步中，针对获取的样本信息采用数据加强变换的方法避免过拟合，然后用卷积神经网络进行训练。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用多种波段的光线设计，可以进行手掌动、静脉的血管成像，以及两种成像的融合，有效的提高了成像的精确度；与传统的方法相比，采用的DOE器件，将光线转变成聚焦点阵结构，在保证扫面面积的基础上，提高了扫面的精确度，提高了扫描面上的光强，使得检测超声波能够到达的深度更大，获取的信息更多；利用阵列超声传感器PET成像，使得血管的成像的效果更加明显，能够将后续生物识别的准确性提高15％以上，使其能够广泛应用于生物医学诊疗、生物识别等领域。附图说明通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本专利技术的更全面理解，本专利技术的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：图1为本专利技术的基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置的结构示意图；图2为本专利技术的基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置的使用示意图。其中的附图标记包括：1、LD光源，2、光源传感单元，3、凸透镜，4、DOE器件5、阵列式超声传感器，6、外壳，7、透明玻片，8、通信传输线，9、信号处理单元，10、成像设备，11、测试手掌。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式为详细描述本专利技术的结构，以下将结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细描述。如图1所示，一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置包括光源传感单元2、凸透镜3、多个阵列式传感器5、成像设备10、信号处理单元9和外壳6；所述多个阵列式传感器5分布于整个外壳6上，外壳6上部连接光源传感单元2，外壳下部设有透明玻片7；多个阵列式传感器5通过信号处理单元9与成像设备10连接；所述光源传感单元2从上到下依次设有LD光源1、凸透镜3和DOE器件4；所述DOE器件4处于光源传感单元2的底部，用于光路整形。所述的外壳6采用半球形外壳结构，内部采用透明介质。所述阵列式传感器5分布于整个外壳6上，阵列式传感器宜用尺寸较小(约5mm)的复合材料超声换能器。超声沿皮肤垂直方向能量最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，包括光源传感单元、凸透镜、多个阵列式传感器、成像设备、透明玻片、信号处理单元和外壳；所述多个阵列式传感器分布于整个外壳上，外壳上部连接光源传感单元，外壳下部设有透明玻片；多个阵列式传感器通过信号处理单元与成像设备连接。所述光源传感单元从上到下依次设有LD光源、凸透镜和DOE器件；所述凸透镜用作准直透镜，将LD光源发出的光线转换成平行光；所述DOE器件处于光源传感单元的底部，用于光路整形。

【技术特征摘要】
1.一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，包括光源传感单元、凸透镜、多个阵列式传感器、成像设备、透明玻片、信号处理单元和外壳；所述多个阵列式传感器分布于整个外壳上，外壳上部连接光源传感单元，外壳下部设有透明玻片；多个阵列式传感器通过信号处理单元与成像设备连接。所述光源传感单元从上到下依次设有LD光源、凸透镜和DOE器件；所述凸透镜用作准直透镜，将LD光源发出的光线转换成平行光；所述DOE器件处于光源传感单元的底部，用于光路整形。2.根据权利要求1所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，所述外壳采用半球形结构，内部采用透明介质；所述超声换能器之间的间距为8-10mm，数量为120-130个。3.根据权利要求1或2所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，所述DOE器件用于调整平行光，使之在底部透明玻片后2-3mm转变成聚焦点阵，经调整的光线均匀度达到90％-95％，焦点直径约为0.005-0.01mm，焦点间距约为0.05-0.1mm。4.根据权利要求1所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，所述信号处理单元通过通信传输线与阵列式超声传感器相连，并通过通信传输线与成像设备。5.根据权利要求1所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，所述信号处理单元包括信号采样模块与预处理模块。6.根据权利要求1所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置，其特征在于，所述LD光源可分别接入波长405±5nm和波长623±5nm的光束，分别用于手掌的静脉与动脉血管成像。7.利用权利要求1-5所述的一种基于阵列式超声传感器的手掌血管成像与识别装置进行成像的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将被测体的手掌放置于被测面上，启动电源，激发LD...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，曾吕明，丁宇，姚清凯，曾宏，刘浩，
申请(专利权)人：刘国栋，
类型：发明
国别省市：江西;36