RU228100U1

RU228100U1 - Устройство для распознавания рисунка вен ладони

Info

Publication number: RU228100U1
Application number: RU2024116947U
Authority: RU
Inventors: Никита Владимирович Смирнов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Прософт-Биометрикс"
Filing date: 2024-06-19
Publication date: 2024-08-15

Abstract

Полезная модель относится к области распознавания биометрических шаблонов, относящихся к человеку, в изображениях или видеоданных, в частности, к идентификации человека по изображению его ладони.

Устройство для распознавания рисунка вен ладони, содержащее: корпус, в котором установлены блок освещения ладони, блок приема изображения ладони, блок обработки изображения ладони, характеризующееся тем, что блок освещения ладони содержит множество ИК-светодиодов, объединенных в пары и расположенных по периметру блока освещения, и два токовых драйвера, каждый из которых питает один ИК-светодиод из каждой пары, внутри периметра блока освещения расположен блок приема изображения ладони, ИК-светодиоды из пары расположены так, что расстояние между ними меньше расстояния между соседними парами; ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм и 940 нм; блок освещения ладони содержит поляризационный фильтр, и блок приема изображения ладони содержит поляризационный фильтр; блок приема изображения ладони содержит фильтр, пропускающий излучение с длиной волны излучения ИК-светодиодов; в корпус встроен блок подсказки, выполненный с возможностью инструктировать пользователя о корректном расположении ладони.

Технический результат заключается в повышении точности распознавания вен ладони.

Description

Уровень техники

Известно устройство для бесконтактной идентификации по отпечатку ладони (US11151234B2, опубл. 2021-10-19). В известном решении раскрывается вычислительная платформа для сопоставления цифрового представления ладони с шаблоном ладони. Платформа включает в себя логический блок, обеспечивающий представление изображения в видоискателе, включая поток изображений и/или сигнал, который находится по существу перед пользователем, чтобы помочь пользователю выровнять ладонь в положении в поле зрения камеры; захват набора изображений с помощью камеры; обработку набора изображений для определения набора идентифицирующих признаков ладони; и сравнение набора идентифицированных признаков с зарегистрированными отпечатками ладоней для идентификации ладони.

В известном решении имеется OLED-экран для подсказки по позиционированию руки на устройстве; динамик, подсказывающий как скорректировать положение ладони; блок освещения, содержащий множество мультиспектральных светодиодов.

Однако в данном решении не раскрывается деталей реализации освещения ладони светодиодами, в частности не раскрыто применение токовых драйверов для групп светодиодов.

Известно выбранное в качестве прототипа устройство для визуальной внутренней связи умного здания на основе идентификации вен на пальцах (WO2016019680A1). Известное решение содержит источник питания, схему драйвера источника питания, одиночный чип, схему сбора вен, SD-карту, схему интерфейса SD-карты, схему ЖК-дисплея, ЖК-дисплей экран дисплея, схему вывода звука, динамик, схему связи RS-232/485 и контроллер доступа. Источник питания подключен к одиночному чипу через схему драйвера источника питания; схема сбора вен соединена с одиночным чипом; SD-карта подключена к одиночному чипу через схему интерфейса SD-карты; одиночный чип передает визуальную информацию внутренней связи на экран ЖК-дисплея через схему ЖК-дисплея; контроллер доступа подключен к схеме преобразования RS-232/385 для управления открытием и закрытием двери. В известном решении обеспечивается точная идентификация пользователей для обеспечения безопасности в жилых помещениях.

Однако в данном решении не раскрывается деталей реализации освещения ладони светодиодами, не предлагается использования токовых драйверов для групп светодиодов.

Раскрытие полезной модели

В одном аспекте полезной модели раскрыто устройство для распознавания рисунка вен ладони, содержащее:

корпус, в котором установлены блок освещения ладони, блок приема изображения ладони, блок обработки изображения ладони,

характеризующееся тем, что

блок освещения ладони содержит множество ИК-светодиодов, объединенных в пары и расположенных по периметру блока освещения, и два токовых драйвера, каждый из которых питает один ИК-светодиод из пары,

внутри периметра блока освещения расположен блок приема изображения ладони.

В дополнительных аспектах раскрыто, что ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм; ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 940 нм; в котором ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм и 940 нм; блок освещения ладони содержит поляризационный фильтр и блок приема изображения ладони содержит поляризационный фильтр; блок приема изображения ладони содержит фильтр, пропускающий излучение с длиной волны излучения ИК-светодиодов; блок обработки изображения выполнен с возможностью отдельно управлять яркостью ИК-светодиодов с разной длиной волны излучения; токовые драйверы выполнены с возможностью импульсной стабилизации тока; в корпус встроен блок подсказки, выполненный с возможностью инструктировать пользователя о корректном расположении ладони; блок освещения ладони содержит четыре светодиода дальности, выполненные с проецирования четырех точек на ладонь, блок обработки изображения ладони выполнен с возможностью по расстоянию между упомянутыми четырьмя точками определять расстояние до ладони и масштабировать изображение ладони.

Основной задачей заявленного решения является повышение надежности и точности работы устройства распознавания.

Сущность решения заключается в том, что для освещения ладони применяются две группы ИК-светодиодов, при этом отдельные ИК-светодиоды каждой группы устанавливают в непосредственной близости друг от друга, причем две эти группы получают питание от собственного токового драйвера.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в повышении надежности и точности работы распознавания вен ладони.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает вид сверху на заявленное устройство.

Осуществление полезной модели

Заявленное устройство представляет собой конструктивно и функционально единое устройство, все элементы которого установлены в корпусе, функционально связаны друг с другом, и вместе реализуют функцию распознавания вен ладони.

Устройство производится на заводе-изготовителе посредством стандартных производственных операций (пайка, сварка, резка, резьбовое соединение и т.д.), изготовленные элементы устройства монтируются в корпус, который устанавливается в месте контроля доступа.

Корпус устройства выполняется из металла, пластика или иного подходящего материала размера достаточного для вмещения всех электронных компонентов. На одной из поверхностей корпуса располагают блок освещения (содержащий группы ИК-светодиодов и при необходимости световые фильтры) и блок приема изображения (содержащий камеру и при необходимости световые фильтры), работой ИК-светодиодов и камеры управляет блок обработки (процессор, микропроцессор, контроллер, микроконтроллер или специализированная интегральная схема). Устройство содержит элементы памяти на связи с блоком обработки. Блок обработки работает согласно заложенному в него алгоритму, существенные особенности (реализуемые функции) которого раскрыты ниже, однако детальное описание работы цифровых элементов не приводится здесь, так как является очевидным для специалиста в данной области техники.

На фиг.1 показаны следующие элементы:

101 – корпус устройства,

102 – ИК-светодиоды,

103 – блок приема изображения.

На фиг.1 показан вариант размещения ИК-светодиодов 102 в корпусе 101. Форма корпуса 101 может быть квадратной, прямоугольной, круглой или овальной, что не относится к сущности решения, существенно то, что вокруг блока 103 расположены ИК-светодиоды 102, объединенные в пары. Блок освещения может иметь собственный корпус или может быть реализован без него, что не относится к сущности решения. Предпочтительно пары ИК-светодиодов 102 расположены по существу равномерно, под «по существу равномерным» расположением следует понимать такое расположение, при котором расстояние между двумя соседними парами не отличается больше чем на 100% от среднего расстояния между соседними парами ИК-светодиодов 102.

ИК-светодиоды 102 объединены в пары, в паре ИК-светодиоды 102 расположены настолько близко, что расстояние до соседней пары значительно больше расстояния между ИК-светодиодами 102 пары, в частности, расстояние между парами в 5 и более раз больше расстояния между ИК-светодиодами 102 в паре. Возможны варианты, в которых пара ИК-светодиодов 102 находится в одном корпусе и у них один и тот же общий провод.

Каждый ИК-светодиод 102 в паре питается от своего токового драйвера – устройства, которое преобразует входное электропитание до параметров, подходящих для надежной работы ИК-светодиодов 102: : обеспечивает стабильный ток заданного уровня.

В группах ИК-светодиоды 102 подключены последовательно. Это обеспечивает протекание тока одинаковой величины через все ИК-светодиоды 102 группы и это уже обеспечивает одинаковую интенсивность свечения каждого ИК-светодиода 102 группы.

Использование токовых драйверов обеспечивает стабильный режим работы светодиодов, что продлевает их ресурс и обеспечивает равномерное освещение ладони, и, как следствие, повышается надежность работы всего устройства для распознавания рисунка вен.

Также использование двух токовых драйверов повышает надежность устройства, так как выход из строя одного драйвера не приводит к потере работоспособности устройства. Поскольку токовые драйверы питают группы, в которых ИК-светодиоды расположены примерно в одном месте (парами вокруг камеры), то выход из строя одного токового драйвера и выключение одной группы светодиодов не приводит к изменению паттерна освещенности. Например, в случае питания правых ИК-светодиодов 102 одним драйвером, а левых – другим, выход из строя одного драйвера и соответственно только правых или левых ИК-светодиодов привел бы к тому, что правая сторона была затемнена, что привело бы к большим неточностям распознания ладони по сравнению с вариантом равномерного изменения освещенности (когда используются пары ИК-светодиодов 102 и один ИК-светодиод 102 из каждой пары погас). Такие неточности распознавания могли бы привести к снижению надежности работы устройства, так как оно менее точно распознавало бы ладони.

В качестве токовых драйверов могут использоваться драйверы с линейной или импульсной стабилизацией тока, при этом импульсная стабилизация является предпочтительной, так как точность поддерживаемого напряжения выше, что в конце концов приводит к более точному и надежному распознаванию ладоней.

Также использование импульсной стабилизации тока обеспечивает больший КПД, то есть, дает снижение потребления, что повышает эффективность системы в целом, в частности, не увеличивает нагрев камеры и благодаря этому не повышается паразитный шум на изображении, что повышает надежность и точность распознания.

Внутри периметра ИК-светодиодов 102 расположен блок 103 приема изображения. Такое расположение блока 103 обеспечивает наибольшую точность распознания рисунка вен, так как изображение ладони получается под прямым углом.

Описание работы устройства

Пользователь подносит ладонь к устройству для распознавания рисунка вен ладони, ладонь освещается ИК-светодиодами 102 (они могут быть включены постоянно или включаться по команде блока обработки при выявлении наличия ладони этим блоком), свет отражается от ладони и попадает в блок 103 приема изображения ладони, который оцифровывает изображение ладони и направляет его в блок обработки. Блок обработки распознает рисунок вен и сопоставляет его с рисунками вен, сохраненными в блоке памяти. При выявлении соответствия двух рисунков вен с заданной достоверностью (на данном этапе предпочтительно использование технологий искусственного интеллекта) пользователь идентифицируется, определяются его права доступа и принимается решение о предоставлении тех или иных прав доступа.

Вариант 1 осуществления

В одном из вариантов осуществления блок освещения содержит ИК-светодиоды 102, которые излучают на длине волны 850 нм, в другом варианте - ИК-светодиоды 102, которые излучают на длине волны 940 нм.

В предпочтительном варианте устройство содержит и ИК-светодиоды 102, работающие и на длине волны 850 нм, и на длине волны 940 нм. При освещении ладони ИК-светодиодами 102 с разной длиной волны «проявляются» разные признаки ладони (наличие и форма вен, форма ладони, наличие и форма складок), что повышает точность распознания благодаря наличию большего объема информации для обработки.

Также блок обработки изображения выполнен с возможностью отдельно управлять яркостью ИК-светодиодов 120 с разной длиной волны излучения, что может быть полезно для более яркого выделения тех или иных признаков ладони, что может помочь при распознании ладони. Например, при недостаточной достоверности распознания блоком обработки может быть дана команда блоку освещения повысить или снизить яркость освещения, чтобы получить новое изображение и после этого провести распознание ладони повторно.

Вариант 2 осуществления

В одном из вариантов осуществления блок освещения ладони содержит поляризационные фильтры для каждого ИК-светодиода 102, а также блок 103 приема изображения содержит поляризационный фильтр.

В блоке освещения над ИК-светодиодами 102 расположены поляризационные фильтры, которые обеспечивают получение плоскополяризованного в ближнем ИК диапазоне излучения из формируемого ИК-светодиодами 102 неполяризованного излучения. Над блоком 103 приема изображения расположен поляризационный фильтр приемника, также обеспечивающий поляризацию в ближнем ИК диапазоне излучения. Направление поляризации излучения характеризуется вектором напряженности световой волны, при этом вектор напряженности световой волны поляризационного фильтра блока 103 приема изображения является перпендикулярным вектору напряженности световой волны поляризационных фильтров ИК-светодиодов 102. Такая взаимно перпендикулярная ориентация направлений поляризации позволяет осветить ладонь пользователя плоскополяризованным светом, а при отражении плоскополяризованного света от внутренних слоев ладони его направление поляризации совпадает с направлением поляризации поляризатора приемника. Это позволяет блоку 103 приема изображения зафиксировать только отраженный от вен ладоней свет, минимизируя при этом отражение ИК излучения от поверхности кожи пользователя, за счет чего обеспечивается повышение контрастности изображения, содержащего рисунок вен ладоней пользователя, что повышает точность распознания ладони. Таким образом удается отсечь значительную часть паразитных источников света и повысить тем самым точность распознавания.

Вариант 3 осуществления

В одном из вариантов осуществления блок 103 приема изображения ладони содержит фильтр, пропускающий излучение с длиной волны излучения ИК-светодиодов 102 и отсекающий другие длины волн, что позволяет повысить контрастность изображения рисунка вен ладони и повысить тем самым точность распознавания ладони.

Вариант 4 осуществления

В одном из вариантов осуществления блок обработки выполнен с возможностью определения расстояния до ладони, что позволяет привести размер полученного изображения ладони в соответствие с размером сохраненных изображений ладони, что в свою очередь повышает точность распознания.

Для определения расстояния до ладони используется четыре светодиода дальности. Они в заданном режиме работы проецируют четыре точки на приложенную ладонь. По расстоянию между этими точками можно определить, как близко находится ладонь и ее положение относительно сканера. Эту информацию в дальнейшем используют для масштабирования изображения, чтобы повысить точность распознания, так как для повышения точности распознания целесообразно сравнивать ладони одного размера.

Вариант 5 осуществления

В одном из вариантов осуществления заявленное устройство содержит блок подсказки, выполненный с возможностью инструктировать пользователя о корректном расположении ладони. Этот блок подсказки может представлять собой дисплей, который инструктирует пользователя о том, куда необходимо сместить ладонь, чтобы местоположение ладони наилучшим образом соответствовало требуемому. Дисплей может показывать стрелки, указывающие, куда сместить ладонь (влево, вправо, вперед, назад, вверх, вниз, повернуть по часовой стрелке, повернуть против часовой стрелке). Блок подсказки может представлять собой динамик, который инструктирует пользователя голосовыми сообщениями.

Блок подсказки получает информацию о необходимой корректировке от блока обработки, который предварительно оценивает расположение и позу ладони (что занимает гораздо меньше времени по сравнению с распознанием рисунка вен), алгоритмы оценки расположения и позы ладони не описываются здесь подробно, так как они известны специалисту в данной области техники. Точное расположение и поза ладони очевидным образом способствуют более точному распознанию ладони.

Вариант 6 осуществления

В одном варианте полезной модели раскрыто устройство для распознавания рисунка вен ладони, содержащее:

характеризующееся тем, что

блок освещения ладони содержит множество ИК-светодиодов, равномерно расположенных по периметру блока освещения, внутри периметра блока освещения расположен блок приема изображения ладони.

В дополнительных вариантах раскрыто, что ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм; ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 940 нм; ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм и 940 нм; блок освещения ладони содержит поляризационный фильтр и блок приема изображения ладони содержит поляризационный фильтр; блок приема изображения ладони содержит фильтр, пропускающий излучение с длиной волны излучения ИК-светодиодов; блок обработки изображения выполнен с возможностью отдельно управлять яркостью ИК-светодиодов с разной длиной волны излучения; блок обработки выполнен с возможностью определения расстояния до ладони; в корпус встроен блок подсказки, выполненный с возможностью инструктировать пользователя о корректном расположении ладони.

Вариант 7 осуществления

корпус, в котором установлены блок освещения ладони, блок приема изображения ладони, блок обработки изображения ладони, разъем для Ethernet кабеля, блок питания,

характеризующееся тем, что

разъем для Ethernet кабеля содержит фиксатор кабеля,

устройство выполнено с возможностью получения электропитания через Ethernet кабель,

блок питания подключен к разъему для Ethernet кабеля и содержит два токовых драйвера для питания блока освещения.

В дополнительных вариантах раскрыто, что ИК-светодиоды 102 разделены на группы, каждая группа выполнена с возможностью получения электропитания от своего токового драйвера; каждый ИК-светодиод 102 группы подключен к токовому драйверу последовательно; блок питания содержит защиту от повышенного напряжения; токовые драйверы выполнены с возможностью импульсной стабилизации тока.

Вариант 8 осуществления

В одном из вариантов осуществления для повышения надежности работы заявленного устройства на входе устанавливается гальванический трансформатор, который значительно уменьшает уровень помех, повышает качество и надежность распознания изображений. Также в одном из вариантов осуществления перед гальваническим трансформатором на входе устанавливается ограничитель напряжения и фильтр верхних частот. Ограничитель напряжения устанавливается для снижения риска выхода электронных компонентов устройства из строя из-за повышения входного напряжения. Фильтр верхних частот предпочтительно устанавливается, чтобы защитить устройство от кратковременных скачков напряжения.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными выше вариантами, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления решения, не выходящие за пределы сущности и объема данного решения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы решения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы решения.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое решение, и что данное решение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации, раскрытые в различных частях описания, могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно.

Claims

1. Устройство для распознавания рисунка вен ладони, содержащее:

характеризующееся тем, что

блок освещения ладони содержит множество ИК-светодиодов, объединенных в пары и расположенных по периметру блока освещения, и два токовых драйвера, каждый из которых питает один ИК-светодиод из каждой пары,

внутри периметра блока освещения расположен блок приема изображения ладони,

ИК-светодиоды из пары расположены так, что расстояние между ними меньше расстояния между соседними парами;

ИК-светодиоды выполнены с возможностью излучения на длине волны 850 нм и 940 нм;

блок освещения ладони содержит поляризационный фильтр, и блок приема изображения ладони содержит поляризационный фильтр;

блок приема изображения ладони содержит фильтр, пропускающий излучение с длиной волны излучения ИК-светодиодов;

в корпус встроен блок подсказки, выполненный с возможностью инструктировать пользователя о корректном расположении ладони.

2. Устройство по п.1, в котором блок обработки изображения выполнен с возможностью отдельно управлять яркостью ИК-светодиодов с разной длиной волны излучения.

3. Устройство по п.1, в котором токовые драйверы выполнены с возможностью импульсной стабилизации тока.

4. Устройство по п.1, в котором блок освещения ладони содержит четыре светодиода дальности, выполненные с возможностью проецирования четырех точек на ладонь, блок обработки изображения ладони выполнен с возможностью по расстоянию между упомянутыми четырьмя точками определять расстояние до ладони и масштабировать изображение ладони.

5. Устройство по п.1, в котором блок освещения ладони, блок приема изображения ладони, блок обработки изображения ладони подключены к сети питания через гальванический трансформатор.