紐約州立大學布法羅分校的研究項目實現了手指靜脈的3D成像。

近些年，針對生物特征認證（獨特的解剖學特征可提供對特定個體的安全識別）的研究廣泛使用了生物光子學和生物成像技術，但是提高識別準確性一直是非常重要的應用需求。

據麥姆斯咨詢報道，紐約州立大學布法羅分校（State University of New York at Buffalo）的一個研究項目開發出一種使用光聲層析成像技術（PAT）來精確“繪制”志愿者手指血管網絡的3D圖像。這項研究工作在《應用光學（Applied Optics）》期刊上發表。

利用光聲層析成像技術實現手指靜脈識別

之前已經有很多關于手指靜脈識別的研究，相比指紋識別，靜脈血管屬于內部生理特征，不會磨損，較難偽造，具有很高安全性，且不易受手表面傷痕或油污的影響。但是，到目前為止，靜脈識別僅限于2D成像，還沒實現紐約州立大學布法羅分校此次研究的3D成像技術。

3D手指靜脈識別系統的硬件組成

紐約州立大學布法羅分校的光學和超聲波成像實驗室Jun Xia說道：“我們研究的3D手指靜脈生物特征認證方法實現了以前無法達到的特異性和反欺騙水平。”

“由于世界上沒有兩個人擁有完全相同的3D靜脈圖像，所以偽造靜脈生物特征認證將需要創建一個人手指靜脈的精確3D復制品，這基本上是不可能的。”

這項突破性技術采用了光聲層析成像方式，其中可以用超聲波探測器檢測當紅外激光短暫加熱目標組織時產生的超聲波壓力脈沖，并通過算法將其轉換為3D圖像。由于紅細胞中血紅蛋白的固有吸收特性，血管是該技術特別有用的靶標。

3D手指靜脈識別系統（3D-Finger）流程圖

紐約州立大學布法羅分校的先前研究工作調查了光聲層析成像方式在手掌血管成像中的應用。現在，該小組基于這項研究，設計了一個新的系統：3D-Finger，專門用于手指血管系統的3D成像，尤其是確保無論手指的位置和曲率如何，聲光束和紅外光束始終彼此同軸，消除對齊誤差。

“與以前的系統相比，我們重新設計了光傳輸方案，并調整了3D-Finger系統的掃描幾何形狀。”該研究項目在其發表的論文中指出，“通過將高性能的冷鏡（cold mirror）用作聲光組合器，我們實現了共面光照明和聲記錄，從而大大提高了系統的魯棒性和成像深度。”

手持式生物識別安全設備

在對36名志愿者的試驗中，3D-Finger系統被證明能夠從左右手的四個手指中產生血管圖像，并顯示復雜的深度信息（利用算法去除了與骨骼和周圍組織相關的圖像信息，這些信息會干擾血管圖像）。

與先前對手掌血管和其它生物特征安全方法的研究相比，該項新方法顯示出了平均錯誤概率（EER）的改進，EER是與錯誤接受和錯誤拒絕閾值相關的生物特征安全參數。

根據該研究項目，其EER低于1.23%，優于：2D靜脈紅外掃描儀的EER（5.6%）、個人步態評估的EER（7%）、電容式手觸摸屏的EER（2.5%），因此這使得手指3D靜脈識別在實際的應用場景中更加安全。

下一步工作將使用高功率LED或LED陣列，以盡量減小系統的尺寸，并增加照明的重復頻率，從而將3D成像時間縮短到1秒以內。

根據該研究項目介紹，由于目前超聲波指紋識別系統已經進入智能手機，因此3D-Finger系統經過優化可以用于手持式設備之中。

“我們預想這種技術將用于安全性要求很高的關鍵設施中，例如銀行和軍事基地。”該研究項目團隊成員Giovanni Milione說，“但隨著3D-Finger系統進一步的小型化，3D靜脈認證還可以用于個人電子產品，或者與2D指紋識別相結合從而進行雙因素認證。”

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