掌脉图像采集的原理是：通过特定波长范围的近红外光源发射近红外光束照射到用户的手掌上，由于静脉血管中的血色素比周围其他生物组织吸收更多的近红外光，近红外光线反射回图像传感器形成静脉血管形状的掌脉图像。
根据红外采集原理可知，当近红外入射光线的波长范围在720～1100nm时，才能获得清晰的静脉血管结构，故本系统所用的近红外光源必须能够发射720～1100 nm波长范围内的近红外光。我们选取了欧思朗公司型号SFH4231的大功率红外发光二极管，额定功率为2 W，发射区域为1 mm×1 mm，发射角度为0～120°，最大电流为1A，它的发射波长与输入电流的关系图如图6.1所示。
图6.1 发光二极管的发射波长与输入电流的关系图
单一的红外发光二极管发光强度、稳定性和均匀性等条件并不能符合掌脉采集系统的要求，因此必须采用二极管发光阵列的结构。二极管发光阵列一般有三种结构，即二维的单线或双线阵列、矩形阵列和环形阵列，如图6.2所示。
由于本系统采用的是散射型近红外二极管，其发射角度为0～120°，并非全角度，而且在每个角度的光强分布并不完全相同，因而，二维的单线或双线阵列和矩形阵列结构的光源发射的近红外光不能均匀地覆盖整个手掌，强度分布明显不够均匀，周围的光强，中间的光明显较弱，而环形阵列结构的近红外光源发射的近红外光可以比较均匀地覆盖整个手掌，强度分布比较均匀。
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图6.2 二极管发光阵列的几种结构
为了进一步改善光的强度分布，可以通过在光源前面加散射片来获得分布均匀的光。散射片将分散近红外二极管阵列发射的光，同时降低光的强度。大功率的近红外二极管阵列光源因其发射的光强过大而发生手掌表面反光，降低了掌脉图像的对比度，对实验产生不利影响，因此在光源前加多层散射片不仅能获得分布均匀的光，同时可以更为方便地通过加减散射片的数量来控制照射到手掌上的光的强度，获得采集掌脉图像的最优光照条件。
考虑到建立掌纹和掌脉融合识别系统的需要，成像设备选取JAI公司的AD-080CL型号的双CCD多光谱摄像机，近红外部分CCD为SONY公司的ICX204AL型号的1/3英寸CCD，有效像素为1024×768，具有较高的灵敏度和噪声等级，波长响应曲线如图6.3所示。根据摄像机的特性选用DALSA公司的X64-CL iPro图像采集卡，通过Camera Link接口与摄像机通信。镜头选取维视公司的VS-04510M镜头，焦距范围为4.5～10 mm，相对孔径为1∶1.6。近红外CCD的波长响应曲线如图6.3所示。
图6.3 近红外CCD的波长响应曲线
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