靜脈比對時，實時采取靜脈圖，提取特征值，運用先進的濾波、圖像二值化、細化手段對數字圖像提取特征，同存儲在主機中的手指靜脈特征值比對，采用復雜的匹配算法對手指靜脈特征進行匹配，從而對個人進行身份鑒定，確認身份。

同其他生物識別相比，指靜脈認證技術具備以下主要優勢。

?生物識別技術，不會遺失、不會被竊、無記憶密碼負擔。

?人體內部信息，不受表皮粗糙、外部環境（溫度、濕度）的影響。

?適用人群廣，準確率高，不可復制、不可偽造，安全便捷。

指靜脈識別技術是利用近紅外線穿透手指后所得的靜脈紋路影 像來進行個人識別，是具有高精度、高速度的世界上 最尖端的生物識別技術。在各種生物識別技術中，因 其是利用外部看不到的生物內部特征進行識別的技術， 所以作為具有高防偽性的第二代生物識別技術備受矚目。

目前被廣泛應用到公共領域認證設備比如，會員識別一體機，銀行ATM機，門禁管理系統，PC登錄，代替汽車鎖，保險箱管理，復印機管理，電子支付等需要進行個人身份認證的領域。

在中國，指靜脈門禁系統以及USB型指靜脈設別設備已發展到很多城市。

同時，由于其是利用身體內部特征來識別且必須是活體才可利用，比較與指紋之類的識別技術又跨進了一大步。（例如，指紋很容易被復制，仿制，且將手指剁掉也可進行識別，而指靜脈則必須是活體有流動的血液，這樣就不會發生類似于呼和浩特越獄案件這樣的悲劇。）USB型靜脈識別儀

技術特點：

活體識別

用手指靜脈進行身份認證時，獲取的是手指靜脈的圖像特征，是手指活體時才存在的特征。在該系統中，非活體的手指是得不到靜脈圖像特征的，因而無法識別，從而也就無法造假。

內部特征

用手指靜脈進行身份認證時，獲取的是手指內部的靜脈圖像特征，而不是手指表面的圖像特征。因此，不存在任何由于手指表面的損傷、磨損、干燥或太濕等帶來的識別障礙。

非接觸式

用手指靜脈進行身份認證，獲取手指靜脈圖像時，手指無須與設備接觸，輕輕一放，即可完成識別。這種方式沒有手接觸設備時的不衛生的問題以及手指表面特征可能被復制所帶來的安全問題，井避免了被當作審查對象的心理不適，同時也不會因臟物污染后無法識別。手指靜脈方式由于靜脈位于手指內部，氣溫等外部因素的影響程度可以忽略不計，幾乎適用于所有用戶。用戶接受度好。除了無需與掃描器表面發生直接接觸以外，這種非侵入性的掃描過程既簡單又自然，減輕了用戶由于擔心衛生程度或使用麻煩而可能存在的抗拒心理。

安全等級高

因為有了前面的活體識別、內部特征和非接觸式3個方面的特征，確保了使用者的手指靜脈特征很難被偽造。所以手機靜脈識別系統安全等級高，特別適合于安全要求高的場所使用。韓國首爾大學電子工程系有一篇關于手指靜脈識別算法的文獻E3，介紹了傳統的靜脈識別算法以及如何用昂貴的DSP處理器處理浮點運算和提高實時性要求，縮短識別時間，文獻中描述的靜脈識別算法主要包括3大部分：靜脈圖像的獲取；靜脈圖像預處理和靜脈識別。圖像預處理部分主要由高斯低通濾波、高斯高通濾波、閡值處理、雙線性濾波以及改進的中值濾波等組成。通過對5000個樣本進行實驗，識別率達到94．88%。

優點

（1）屬于內生理特征，不會磨損，較難偽造，具有很高安全性。

（2）血管特征通常更明顯，容易辨識，抗干擾性好。

（3）可實現非接觸式測量，衛生性好，易于為用戶接受。

（4）不易受手表面傷痕或油污的影響。

缺點

（1）指靜脈仍可能隨著年齡和生理的變化而發生變化，永久性尚未得到證實

（2）雖然可能性較小，但仍然存在無法成功注冊登記的可能。

（3）由于采集方式受自身特點的限制，產品難以小型化。

（4）采集設備有特殊要求，設計相對復雜，制造成本高。

技術應用

指靜脈識別技術利用手指靜脈血管的紋理進行身份驗證，對人體無害，具有不易被盜取、偽造等特點。該識別技術可廣泛應用于銀行金融、政府國安、教育社保等領域的門禁系統。

應用于公司、工廠門禁

辦工環境是門禁系統應用最廣泛的領域，并對安全性提出更高的要求。目前大部分公司與工廠采用IC卡作為門禁系統，但是出現如下幾點不足之處：

（1）員工需要隨身攜帶IC卡片，可能發生丟失、損壞的情況；

（2）對于大型公司或者工廠，在人數上千人的情況下，需要為每位員工配備IC卡片，這將提高系統的成本和工作流程繁鎖程度；

（3）由于IC卡并不是與人體生物特征相互依存，因此會經常出現員工代打卡的情況，對公司、工廠的管理造成混亂。

應用了生物技術的門禁系統更方便員工使用，不需要員工使用或攜帶額外的標志，比如密碼、IC卡等。應用手指靜脈技術的門禁系統更加方便、衛生，更加人性化。

在實際的使用環境中，手指靜脈系統能夠和企業安防系統以及考勤系統相結合，詳細記錄員工出入管理日志，可按照不同的查詢條件查詢，并在發生危險的時候報警。

手指靜脈系統還具備雙重功能，只有不同兩人的不同手指先后通過，才有權限進入安全級別要求更高的場所。這將是高端企業比較好的安全解決方案。

應用于公共場所

隨著社會的發展和生活節奏的加快，像地鐵出入口，辦公樓大廳，圖書館等公共場所的人流量越來越大，控制這些場所的正常運行和安全成為管理機構的重要任務。在這些場所的人數比在某個企業的員工數量大許多，使用IC卡片式的出入管理裝置將是低率和不安全的做法。方便快捷的生物識別技術將是比較適合這些公共場所的生物識別技術。

應用于智能樓宇系統

最近幾年，中國的房地產市場飛速發展，人們對住宅的要求也越來越高，期望一種舒心、便利，同時更安全的居住條件。智能樓宇技術應運而生，它融合了通信網絡技術、計算機技術、自動控制技術、安全技術等。

在人們在享受高科技帶來的高質量生活的同時，居住環境的安全成為這一切的根本。目前某些高檔住宅已經使用IC卡控制電子鎖。但是往往出現老人和小孩忘記攜帶卡片的情況，造成生活上的不便。使用IC卡也容易被另有用心之人復制或者盜竊，造成財產的損失和人身的安全。

而應用了手指靜脈系統的智能樓宇系統，能夠給住戶帶來更加方便和安全的居住體驗。主人回家只需要輕輕將手指插入靜脈系統。系統就能夠驗證有效性，并記錄出入日志。更進一步，手指靜脈系統能夠和智能樓宇系統中的電梯聯動。當用戶在大堂門插入手指通過的瞬間，電梯將會自動降到一樓，并在住戶進入電梯的時候，根據手指靜脈系統數據庫的記錄，自動運行到用戶所在樓層。而整個過程中，住戶不用按任何按鈕，能夠方便快捷地回到家，這將是一種全新的生活體驗。

應用于酒店管理

與智能住宅系統類似，將手指靜脈系統應用于酒店管理也將會是非常方便，并且能夠提升酒店檔次的安全解決方案。

應用于政府機構

指靜脈識別技術利用手指靜脈血管的紋理進行身份驗證，對人體無害，具有不易被盜取、偽造等特點。該識別技術可廣泛應用于銀行金融、政府國安、教育社保等領域的門禁系統。2013年度全國專業技術人員職稱外語等級統一考試全面推廣應用指靜脈識別技術。2013年的報考者除須提交相關的資料信息外，省直考區在資格審查時將采用指靜脈識別技術進行個人指靜脈信息采集。

應用于監獄門禁

手指靜脈識別系統可以實現電子化身份和物理身份的高度統一，從而可以有力支持利用現代化計算機技術實現對監獄的全方位數字化管理。手指靜脈識別技術可以應用于監獄管理的方方面面，從而真正幫助監獄實現管理職能化。

監獄門禁系統建設是我們國家“金盾工程”的重要內容之一，監獄門禁系統是保障監獄安全，實現現代化管理的重要手段。前幾年，我國監獄系統內部發生的一系列負面事件表明，如何建設一個完整、可靠、高效、安全、易操作的監獄安防門禁系統，已成為監獄主管部門的當務之急！從目前監獄的軟硬件設施上來看，中國大多數監獄大門都安裝有門禁系統，管理也比較科學。比如呼和浩特市第二監獄的大門就用上了指紋確認裝置，但是越獄罪犯還是能夠通過割手指的方法脫逃。所以對于監獄身份識別上來講傳統的身份識別方式已經不能滿足管理要求，濟南凌佳科技有限公司于2009年就已經推出了指靜脈識別技術，經過近4年的實踐應用已經非常成熟，成功應用到門禁系統，不可仿造，必須是活體，識別率高！

應用于銀行金融門禁

中國金融行業是貨幣集中流通的行業，屬于高風險行業，對安全防范系統的防護等不能等同于普通單位。出入人員控制智能門禁系統是安防系統中的一個很重要的組成部分，而在銀行、金庫等金融行業的應用場所，網絡門禁系統更是金融行業的“守護神”，其作用至關重要。

在傳統單一的卡式身份認證系統中，主要著眼于一卡通的便捷性，在銀行這種特定的環境下，如金庫、守庫室等，無法更好的滿足金融行業的保密性和安全性的要求。針對金融行業的高安全性，必須使用生物識別技術的新一代省份識別技術：指靜脈識別技術的安全優勢和特點，為這種高安全需求提供了更好的解決方案。

靜脈識別的基本原理

手指靜脈是指人體手指內部的靜脈血管，手指靜脈識別就是利用該血管結構的特征來實現身份認證。在可見光下，靜脈是不可見的，只有在特殊的采集裝置下才能獲取。醫學證明，人體手指靜脈的血管結構在波長為0.7一1.lum的近紅外光的照射下，能夠穿透骨骼和肌肉，而流經靜脈血管的血紅蛋白容易吸收該波段的紅外光而突顯出靜脈結構。通過專門的圖像采集裝置如紅外CCD攝像機即可拍攝到靜脈圖像，然后對靜脈圖像進行分析處理，便可從中得到靜脈特征。研究表明］，不同人的靜脈結構是不同的，即使是雙胞胎的各手指靜脈也是不同的，而且成年人的靜脈結構不再變化，即靜脈具有唯一性，這就為靜脈識別提供了科學依據。圖2.1所示的是兩幅采集到的手指靜脈圖像，指尖在左，圖中的陰影紋路就是靜脈血管結構，利用靜脈的分布特征可以識別不同的人。這就手指靜脈識別的基本原理。

靜脈識別的系統流程

典型的生物特征識別系統主要包括四個部分：圖像采集、預處理、特征提取和模式識別。其中特征提取和模式識別是最主要的兩個部分，關系到整個識別系統的識別精度，手指靜脈識別系統也不例外。

一個基本的手指靜脈識別系統由靜脈采集、質量評估、圖像預處理、特征提取和編碼、模式匹配共5個部分組成。靜脈圖像的預處理一般包括圖像定位、濾波除噪、歸一化等步驟。手指靜脈識別的流程如圖2，2所示。

其中，圖像采集模塊是靜脈系統的第一步，負責完成近紅外圖像的獲取，一般通過近紅外 CCD或者CMos器件拍攝。質量評估是一個可選模塊，主要功能是評價當前的靜脈圖像是否合格，例如可排除非法使用異物試圖進入識別系統的情況發生。圖像預處理是靜脈識別算法的第一步，也是有必要的一個環節，它直接影響著后續的提取效果。特征提取模塊完成對靜脈模式的提取，主要包括對靜脈圖像的分割、二值化、細化等操作，最終提取出靜脈結構特征。模式匹配是靜脈識別算法的最后一步，執行輸入靜脈與數據中的靜脈特征匹配，計算出匹配度，最終輸出識別結果給相應控制系統，如門禁系統、ATM機、計算機登錄系統等。靜脈識別一般用于多用戶的身份識別，因此要求用戶注冊靜脈并錄入系統，系統組成框圖中的靜脈注冊模塊就是完成這個功能的。

手指靜脈的特征提取與匹配

靜脈圖像的預處理

靜脈圖像的定位

拍攝到的手指靜脈圖像可知，在裝置封閉性好的情況下，背景部分呈現黑色，即灰度級級低，而手指區域（含靜脈）的灰度級別相對較高，兩者有明顯的灰度差別。根據這種實際情況，本文采用的手指定位步驟如下：

STEP1：簡單濾波，濾除圖像噪聲。先使用中值濾波算法，濾除斑點狀噪聲或掃描線噪聲，然后進行簡單平均濾波，使圖像更加清晰、平滑，為后面的圖像二值化做準備。

STEP2：利用圖像二值化獲取手指掩膜圖。由于手指區域和背景區域的灰度級相差很大，因此采用一般的單閡值二值化就可以將靜脈圖像分為靜脈和背景兩部分，即獲得手指掩膜圖像。

STEP3：對原靜脈圖像進行反掩膜處理獲取感興趣區域（ROI）。即將當前采集的整幅靜脈圖像與前面得到的掩膜圖像相乘，背景部分灰度置為0，手指部分灰度保持不變，就得到了需要的感興趣區域—手指部分圖像。

圖4.1（a）為采集到的一幅靜脈圖像，包含背景和靜脈部分，并且背景部分灰度接近0值。如果對整幅圖像進行特征提取，可能在背景部分提取到靜脈，顯然是錯誤的靜脈信息。

圖4.1（b）顯示的是經過單閡值分割后得到的二值圖像，其中背景灰度為。，靜脈區域的灰度為255，這幅二值圖像也被稱為掩膜圖像。在實際圖像數據處理過程中，為方便計算，可創建這樣一個掩模矩陣：背景像素灰度為0，靜脈區域像素灰度為1，這樣可以直接通過矩陣相乘獲得手指部分的圖像數據。

圖4.1（c）所示是經反掩膜后得到的手指區域圖。其背景區域的灰度已全部設置為O，而靜脈區域的灰度保持原值不變。這樣就避免了在后續的靜脈脈絡提取中，背景圖像對提取結果帶來的影響。

靜脈圖像歸一化

在靜脈血管圖像采集時，因系統光強、手指厚度、血液溫度、手指傾斜度等條件不同，在不同時間采集到的圖像在灰度分布上有較大差異，這會給以后的圖像處理和匹配增加難度。因此在采集圖像以后要進行歸一化處理，包括靜脈尺寸歸一化和灰度歸一化。

1、尺寸歸一化

在靜脈特征匹配階段需要統一大小的靜脈圖像，而同一只手指在不同時刻放置在采集器的位置會有一定偏差，因而采集到的圖像手指部分的圖像大小也不同，會影響后續的匹配結果。因此，手指靜脈圖像的尺寸歸一化的必要步驟。靜脈識別的尺寸歸一化其作用主要有以下三個方面：

（l）相同的靜脈尺寸便于靜脈的提取算法的參數設置，例如圖像分割閾值等，有利于統一靜脈特征的提取。

（2）對于不同手指而言，尺寸大小不同對靜脈的匹配結果無影響，即不會引起誤識;但如果是同一手指，如果尺寸不一樣，采用有關識別算法如模板匹配，易引起拒識，即自己認不出自己的情況。

（3）如果實際采集到的圖像過大，進行圖像處理的時間會很長，而歸一化尺寸例如縮小到一定像素大小，在不影響識別結果的前提下，可以進一步縮短算法時間。

圖像尺寸歸一化實質上是一種圖像的幾何變換，一般采用從目標圖像反方向影射實現。反向影射就是掃描目標圖像的每個像素，按照給定的變換公式來確定目標像素對應的原像素。用這種方法來計算目標圖像可以保證整個目標圖像沒有空像素，即得到的目標圖像每個像素點上都有相應的灰度值。然而，由于經過變換公式計算出來的原圖像的像素位置可能不是整數，而是分數。因此難以選取該分數位置處的灰度。為此，必須使用灰度插值的方式來彌補圖像縮放帶來的誤差。

常用的灰度插值算法有3種：最近臨近插值法、雙線性內插法和曲線插值法。其中雙線性插值法使用較廣泛，保真度比較好，本文歸一化選取了這種方法。實驗中，靜脈原始圖像大小為 768X288像素，經過雙線性內插算法歸一化后的圖像大小為 384X128，且圖像不失真，效果滿意。尺寸歸一化前后的對比圖見圖4.2所示。另外，歸一化操作也可以對靜脈提取后的二值圖像處理，但是考慮到對灰度尺寸歸一化后，由于靜脈樣本變小，提取時間能夠縮減很多，因此這里選取了先尺寸歸一化，再進行后續的提取等操作。