[发明专利]用于生物特征识别的手掌生物电阻抗频谱测量装置

说明书

技术领域

本发明属于医疗电子仪器以及生物特征识别技术领域，具体涉及一种用于生物特征识别的手掌生物电阻抗频谱测量装置。

背景技术

生物特征识别(Biometric)是指通过计算机利用人体固有的生理特征(如人脸、虹膜、指纹等)或行为特征(例如笔迹、步态等)鉴别个人身份。生物特征识别与传统的密码、证件等认证方式比较，具有依附于人体、不易伪造、不易模仿等优势，已经成为发达国家普遍重视并大力发展的关键技术和产业。

用于生物识别的生理特征有指纹、掌纹、手形、人脸、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征有签字、声音、步态等。基于这些特征，人们已经发展了指纹识别、手形识别、人脸识别、虹膜识别、签名识别、声音识别、步态识别及多种生物特征混合识别等诸多识别技术，其中虹膜识别和指纹识别被公认为最可靠的两种生物识别技术。

但是，当前各种生物特征识别技术都存在一些缺点。例如，上述大部分的生物特征如人脸、指纹、虹膜、掌纹、手形、静脉等都是通过光学传感器如CCD或CMOS形成图像信号，需要光照条件才能采集；静脉图像需要主动的红外光源才可以得到细节清晰的个性特征，虹膜识别需要昂贵的聚焦摄像头，成本均较高；指纹识别存在利用假指或断指来钻空子的可能；视网膜识别所用的激光透视可能有损眼睛健康；人脸识别错误率很高，且存在假面的伪造可能；声音识别可以被录音欺骗，签名识别也有被模仿的隐患，等等。此外，活体检测功能一直是生物识别系统的薄弱环节，已经有研究人员使用伪造的指纹和人脸攻破了现有的系统，引发了有些用户对生物识别技术的信任危机，所以活体检测技术将是生物识别系统进入高端安全应用的最大瓶颈。总体来说，现有的生物识别技术在采集成本、易用性、无创性和可靠性之间不能兼顾，制约了该项技术的普及应用。

生物电阻抗频谱(Bioimpedance Spectroscopy，BIS)是近二十年以来随着测量技术的进步而发展起来的一种以多频率、复阻抗测量为基础的生物组织监测技术，是生物电阻抗研究领域的一个新的重要分支。由于BIS技术反映了微观上细胞层次的电特性，因此从它诞生开始就一直被定位于疾病诊断的重要手段。BIS技术可以在疾病的潜伏期或功能代偿期发现异常，提供疾病的前瞻性信息，被认为是疾病早期诊断的主要手段之一，基于BIS技术的疾病诊断研究在近几年得到了蓬勃的发展。

BIS技术的疾病诊断机理是生物组织的阻抗性质及其随频率变化的规律可以从细胞层次上反映人体组织的生理状态及变化，因此长期以来，生物医学工程领域的研究者们主要专注于研究同一生物组织产生病变前后其电阻抗频谱的变化规律，而不同健康个体的生物电阻抗频谱特性差异一直被忽略。事实上，研究同时也发现，不同个体生物组织的细胞具有不同的时间常数，并且对不同的频率具有不同的表现，根据不同组织的电阻率以及它们的频率特性，就可以甄别不同的组织，进而识别不同的个体。因此生物组织的BIS特性也表征了一种可以区别个体差异的生物特征。

人体手掌是由无数细胞构成的一个微观巨系统，手掌表皮、肌肉、骨骼以及血管分布在内部形成了无数个导电通路，整体上构成了一个复杂无比的阻抗网络。不同个体的手掌大小、肌肉厚薄、手指粗细、手指间的距离、内部肌肉骨骼以及血管分布等个性特征千差万别，这些因素决定了每个手掌内部结构的独一无二性，因此手掌内在的BIS特性独一无二；另外，由于手指尖乳突纹分布、表皮角质层结构因人而异，手指与电极的接触阻抗可以反映人与人之间指纹特性的差异性，因此手掌外在的BIS特性也会因人而异。由此可见，对手掌进行BIS测量，分析手掌内在的阻抗性质及其随频率变化的规律，就可以获得丰富而稳定的生物鉴别特征。

综上所述，手掌的BIS数据代表了一种独特的生物特征，通过合适的方法对手掌进行BIS测量，并通过合理的数据处理，建立手掌BIS数据的校准、特征表达、特征提取及特征匹配识别方法，完全有可能实现基于手掌BIS测量的生物特征识别，从而建立一种全新的生物特征识别方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生物特征识别的手掌生物电阻抗频谱测量装置，通过对手掌进行生物电阻抗频谱测量，得到样本数据，用于生物特征识别。

本发明所采用的技术方案是，一种用于生物特征识别的手掌生物电阻抗频谱测量装置，包括单片机，单片机分别与复位及时钟系统、RS232串口、键盘、阻抗分析芯片、LCD显示器、电源转换芯片、继电器控制电路连接，电源转换芯片与继电器控制电路之间设置有5V的电源；阻抗分析芯片与二/四电极转换电路连接，二/四电极转换电路和继电器控制电路分别与手掌电极切换电路连接。