指静脉识别专利技术综述

刘洋

摘要：静脉识别是利用体内的静脉血管纹路作为识别信息的非接触式生物认证技术，在多个应用领域展现出了巨大的市场前景。其中，指静脉识别因其独特的优势具有巨大的市场潜力，得到了国内外各研究团体和工业界的高度关注。本文基于对指静脉识别领域国内外专利申请的检索和统计，对该领域的国内专利申请量趋势、主要申请人以及全球专利申请、公开概况进行了分析和探讨，并对指静脉识别技术的几个关键技术的发展路线和研发重点进行了梳理。

关键词：指静脉识别；专利分析

一、引言

信息化时代对身份认证提出了更高的要求。生物特征识别是利用一种或多种人类的生理特征（如指纹、掌纹、人脸、虹膜、DNA、声音、静脉等）或特征行为进行身份认证的一种技术。相对于钥匙、卡、密码等传统身份认证方式而言，生物特征识别技术具有不会忘记、不会丢失和安全性高等诸多优势，得到了国内外学术界和企业界的高度关注。在国内外同行的多年努力下，指纹、人脸、虹膜等生物特征识别技术的研究和应用已经取得了重大进展，逐步在很多行业得到应用，产生了巨大的经济效益和社会效益。与其他生物特征识别技术相比，指静脉识别具有一些独特的优势：(1)指静脉属于人体的内部特征，难以被伪造和盗窃，具有较好的唯一性和特异性，特征数据易于区分；(2)指静脉图像只有在活体条件下才能采集到，不会磨损；(3)可实现非接触式采集，识别的准确率较高；(4)采集设备相对较小，方便携带。

静脉认证技术起源于20世纪90年代末日本日立公司在医疗领域对人体手指静脉血管的近红外成像的研究。2000年，日立制作所研制的指静脉生物认证产品发布。日本富士通公司也于2005年起开始在欧美和亚洲市场发布静脉认证产品。多年来，指静脉识别的研发呈现出迅速繁荣的趋势。

二、专利申请全球情况分析

（一）全球专利申请量分析

自2000年起，指静脉识别技术发展按专利申请的情况主要分为三个阶段：

起步阶段：在此阶段，研究人员意识到指静脉纹路图像能够作为一种新的生物认证对象，以日立、索尼公司为代表的一些日本公司开始进行相关研发并申请了相关专利。

稳定发展阶段：从2004年开始，第一台用于ATM机安全认证的指静脉识别系统等产品的商业化，静脉识别技术更加受到各国的重视，与此同时，也带动了国内一批企业、科研单位、高校以及个人从事相关研究。

快速增长阶段：在此阶段有关指静脉识别的专利申请开始快速上升，主要原因在于随着市场需求地增大，国内外申请人对静脉认证技术越来越重视，研发力度愈发加大。

指静脉识别的国内外专利申请量中，在2000-2003年，各国的申请数量大致相同，但均未进入大量专利申请的时期，从2004年各国的申请数量开始有所增长。

（二）在华专利申请分析

1. 在华国内/外申请国别分布和类型分布

由在华国内外申请国别分布可看出，除了本国申请，日本在华申请占据较大的比例。而美国、韩国和德国的数量并不是很高。指静脉识别技术专利的申请人多数集中在企业，其次为大专院校和个人以及科研单位。

2. 在华国内/外申请人及研发重点

在华的国内外主要申请人关于指静脉识别的专利申请情况，在排名前11名的主要申请人中，日本日立、富士通和索尼三家国外公司在华的指静脉识别专利申请量较多。

三、指静脉识别关键技术及其发展路线

指静脉识别技术是根据血液中的血红素有吸收红外线光的特质来进行身份识别，将只感红外的相机对近红外照射的手指进行拍照，即可采集到手指内部的血管脉络灰度图，然后对血管脉络灰度图进行增强、滤波、归一化、二值化和特征提取等多个处理过程，获得可以反映静脉空间拓扑结构的特征，从而可靠准确地确定一个人的身份。 一个完整的指静脉身份识别系统是由指静脉图像采集、预处理、特征提取和比对三部分组成的。

（一）图像采集

图像采集部分一般由光源、镜头、滤光片、摄像机板构成。在设计图像采集部分时，要考虑到多方面的问题，主要是关于光源照明、数字摄像机、图像采集接口等方面的技术。

指静脉采集设备主要分为光反射式采集和光直射式采集两种。这两种图像采集方式的主要区别是近红外光源和影像手机设备的放置位置，光反射式采集近红外光源与图像采集器位于手指同侧，而光直射式采集近红外光源与图像采集器位于手指两侧。

目前市场上主流的技术厂商均采用光直射式采集方法。

（二）预处理

受采集设备质量、光照条件等因素的影响，采集到的指静脉图像往往会带有一定噪声，质量不够理想，这就需要采用相应的预处理技术加以解决。

（三）特征提取和对比

指静脉特征主要包括静脉纹路特征、纹理特征和细节点特征。

纹路特征：指静脉的纹路特征是指从静脉灰度图像中提取出境外网络，该类特征能够较好的表达静脉整体拓扑结构。

纹理特征：指静脉识别中，图像的纹理特征多用局部二值码来表达。二值码通过当前像素的灰度值与邻域像素的灰度值的对比来获得。

细节点特征：指静脉识别中的细节点是指静脉图像中血管的分叉点，端点。

指静脉的特征对比主要是将表达信息需求的检索提问与存储在检索系统中的信息标识进行异同的比较与匹配，选取两者相符或部分相符的信息予以输出。

四、总结和展望

指静脉认证技术是新一代的非接触式生物认证技术，在安全保护领域具有非常广阔的前景。通过上述对国内外指静脉认证技术领域专利申请状况的分析，对国内今后静脉认证技术的发展提出如下三点建议。

（1）我国相关部门、企业和科研机构要认清技术发展的潮流，加大研发投人，形成自主研发体系。在硬件方面上，可以考虑从改善成像质量、提高产品便携性上人手，加大研发力度，在软件方面，继续加强对于优化图像处理、提高识别精度等技术的研发，逐步形成自己的核心技术，提高企业竞争力。

（2）加强企业和高校、科研院所的合作。国内的高校和科研院所在图像处理、特征提取和匹配算法方面做了大量的研究工作，并且形成了一定的技术积累和科研成果。国内企业应当增强与科研单位之间的合作和联系，将科研单位的优质科研资源和成果与企业的市场运作机制有机结合，实现科研单位成果的产业化。

（3）不断加强专利意识，完善企业专利管理机制。面对日本企业在我国设置的专利壁垒，国内企业应当给予足够的重视，在进行技术研发的同时要积极地进行专利布局，还要密切关注相关国外公司已有的研究成果和专利布局，通过检索和分析，及时了解竟争对手的技术发展动态，提前预警。进一步加大专利申请力度，提高专利申请的数量和质量，特别是要加强海外专利布局以提升国际竟争力，以期在竟争激烈的市场中拥有一席之地。