[發(fā)明專利]一種低畸變單指指紋采集系統(tǒng)及降低梯形畸變的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210098936.3
• 申請(qǐng)日: 2012-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN102663381A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊曉蘋;吳喆明;李飛;李波;曹麗麗;陳志宏;朱亞?wèn)|;史光遠(yuǎn);馬華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/20
• 分類號(hào): G06K9/20;G02B13/22
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)儀器和模式識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及生物特征采集裝置方面。由一塊梯形棱鏡、兩片透鏡構(gòu)成的低畸變、高分辨率指紋采集系統(tǒng)及結(jié)合遠(yuǎn)心光路和棱鏡傾斜面補(bǔ)償降低梯形畸變的方法。

背景技術(shù)

生物識(shí)別是一種新的身份識(shí)別技術(shù)。現(xiàn)實(shí)生活中，每個(gè)人都有區(qū)別于其他人的獨(dú)特的生物特征。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們可以從自身中提取多種生物特征數(shù)據(jù)，例如指紋、手指靜脈、手指背紋、面像、瞳孔、聲音、掌紋等等。這種依靠人身體特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)總稱為生物識(shí)別技術(shù)。

隨著國(guó)內(nèi)第二代身份識(shí)別系統(tǒng)的全面推開，社會(huì)對(duì)于身份識(shí)別的準(zhǔn)確性、安全性、識(shí)別速度等都提出了新的要求。國(guó)家公安部已準(zhǔn)備將個(gè)人指紋生物特征存入第三代身份識(shí)別系統(tǒng)。生物識(shí)別的核心在于如何獲取這些生物特征，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中，利用可靠的匹配算法來(lái)完成驗(yàn)證與識(shí)別個(gè)人身份的過(guò)程。

光學(xué)指紋識(shí)別系統(tǒng)是指紋識(shí)別系統(tǒng)中使用最廣泛的一類。但是光學(xué)指紋采集系統(tǒng)的梯形畸變、分辨率一直是影響指紋識(shí)別系統(tǒng)準(zhǔn)確性及處理速度的重要因素。

國(guó)內(nèi)外企業(yè)及科研院校對(duì)這類系統(tǒng)也做了相當(dāng)多的研究，其中就有提出棱鏡傾斜面補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)減小梯形畸變，但這樣的系統(tǒng)存在固有的像散，系統(tǒng)的成像質(zhì)量較差。又有通過(guò)遠(yuǎn)心光路來(lái)降低系統(tǒng)畸變的方法，但該方法更適合于多指或掌紋這類在尺寸上較大的系統(tǒng)。再有采用軟件插值算法對(duì)顯示前的圖像進(jìn)行形狀調(diào)整和補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)梯形畸變校正，但主要針對(duì)圖像精度要求不高的應(yīng)用，圖像經(jīng)校正后，圖像出現(xiàn)毛刺和不平滑現(xiàn)象，導(dǎo)致清晰度低影響識(shí)別效率。

本發(fā)明針對(duì)單指指紋采集光學(xué)系統(tǒng)的小型化、簡(jiǎn)易化、低畸變，增加識(shí)別系統(tǒng)的安全性、可靠性和有效性，所以對(duì)指紋采集光學(xué)系統(tǒng)提出了新的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于近遠(yuǎn)心光路和棱鏡傾斜面補(bǔ)償結(jié)合方法的一種低畸變單指指紋采集系統(tǒng)，以解決指紋采集系統(tǒng)由于原理上存在的梯形畸變問(wèn)題，提高認(rèn)證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實(shí)用性。

本發(fā)明提供的低畸變單指指紋采集系統(tǒng)，包括采集器支架(1)、光學(xué)鏡頭(2)、梯形棱鏡(3)、CMOS控制及LED供電模塊(6)、CMOS圖像傳感器(7)，采集器支架(1)的中間部分安放光學(xué)鏡頭(2)，支架的前端安放梯形棱鏡(3)，梯形棱鏡的底面用于按壓指紋，梯形棱鏡頂面處安裝LED光源模組(8)用以提供指紋采集面的照明，采集器支架的后端安放CMOS圖像傳感器(7)用以獲取高對(duì)比度指紋圖像；光學(xué)鏡頭(2)由孔徑光闌(9)、凸透鏡(4)和凹透鏡(5)構(gòu)成，凸透鏡主要起到匯聚指紋處漫反射光線作用，凹透鏡主要起到校正光學(xué)像差作用；在CMOS圖像傳感器(7)背面設(shè)有CMOS控制及LED供電模塊(6)：

所述的CMOS控制及LED供電模塊包括單片機(jī)、DSP芯片、FLASH芯片、穩(wěn)壓電源，單片機(jī)分別與DSP芯片、FLASH芯片和LED連接，DSP芯片又分別與CMOS圖像傳感器和FLASH芯片相連，DSP用于向CMOS圖像傳感器發(fā)送控制信號(hào)以及接收CMOS圖像傳感器采集的圖像信息，同時(shí)DSP將圖像信息存入FLASH芯片，穩(wěn)壓電源分別連接DSP芯片、FLASH芯片和LED，采用穩(wěn)壓電源向CMOS控制電路及LED光源模塊供電，單片機(jī)同時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)整體時(shí)序；

所述的LED光源模組采用兩顆550nm波長(zhǎng)LED作為光源，也可替換為其它波長(zhǎng)LED作為光源，LED光源根據(jù)保證像面的照度均勻進(jìn)行分布；

所述的CMOS圖像傳感器可以更換成CCD圖像傳感器，同樣能起到獲取指紋圖像的作用。

本發(fā)明同時(shí)提供了一種降低梯形畸變的方法，該方法采用近遠(yuǎn)心光路及棱鏡傾斜面補(bǔ)償相結(jié)合的方法降低系統(tǒng)由于指紋采集原理產(chǎn)生的梯形畸變；具體步驟包括：

第一、將孔徑光闌設(shè)置在光學(xué)鏡頭凸透鏡的焦點(diǎn)附近處，使得指紋面進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)的主光線近似平行光軸，實(shí)現(xiàn)近遠(yuǎn)心光路的光路特征，降低畸變；

第二、光學(xué)式單指指紋采集系統(tǒng)，采集指紋時(shí)將待采集指紋的手指按壓在指紋采集面，利用棱鏡的全反射原理，手指指紋谷線處空氣與玻璃的界面發(fā)生全反射，脊線處與指紋采集棱鏡緊密接觸而不發(fā)生全反射，形成高對(duì)比度指紋圖像，然后后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)將棱鏡采集面的指紋紋理成像在探測(cè)器CMOS/CCD上，為使得指紋接觸面能產(chǎn)生全反射，光學(xué)系統(tǒng)的光軸必須與指紋接觸面產(chǎn)生一定的傾斜。傾角θ可由光全反射定律得出：

θ＝arctan(1/n)

式中θ為光軸與采集面法線夾角，n為棱鏡折射率。