CN102254168A - 活体人手指掌纹图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种活体人手指掌纹图像采集装置，包括具有用于放置手掌的平镜面、第一侧镜面和第二侧镜面的三棱镜；此三棱镜的平镜面与所述箱体的上表面位于同一水平面，所述第三夹角角度范围为85°~90°，所述第一夹角比第二夹角角度大2°~4°；一面光源位于所述三棱镜的第二侧镜面一侧；用于接受来自三棱镜的折射光的第一反射平面镜和用于接受来自第一反射平面镜反射光的第二反射平面镜，此第一、第二反射平面镜分别由玻璃基板和涂覆于玻璃基板一表面的反射层组成；所述第一反射平面镜位于所述三棱镜的第一侧镜面一侧，第一反射平面镜和所述第一侧镜面的夹角为22.5°；所述第二反射平面镜位于所述三棱镜的下方；镜头位于所述第二反射平面镜一侧；CMOS传感器位于所述光学镜头另一侧。本发明采集装置所采集指纹清晰度高、光损小且指纹图片畸变小。

Description

活体人手指掌纹图像采集装置

技术领域

本发明属于指掌纹采集领域，具体涉及一种活体人手指掌纹图像采集装置。

背景技术

指掌纹作为历史最悠久的人体生物特征身份鉴别载体，具有采集简单、辨识明确、信息保存方便等优点，特别是进入计算机信息处理时代，其作为最优秀的身份鉴别方法，越来越受人们的重视，使用领域越来越广泛。

指掌纹采集原理是利用指掌纹凹部（谷线），入射光在成像表面进行全内反射，对指掌纹凸部（脊线），入射光的某些部分被吸收并从指掌纹凸部散射，从而将较暗的指掌纹凸部与较亮的指掌纹凹部区别开。高准确率生物特征识别技术是当今技术含量较高的信息技术，其中光学掌纹、指纹图像采集处理设备会集了光学、机电、半导体、计算机信息技术、材料学等等学科技术的综合运用，特别是活体掌纹、指纹图像的采集已成为当今公安刑侦使命任务完成的重要手段，随着公安机关数据库的完善，依靠指纹、掌纹信息来鉴别人的身份是世界各国的普遍手段。目前根据公共安全行业规范，活体人手指掌纹图像采集需要采集左右手的四连指纹、掌心纹、侧掌纹、十指的手捺和滚动指纹等共计26枚图像，其中静态手捺手指掌纹16枚，动态滚动手指指纹10枚。因此，研发出一款便携式高准确率满足复杂的使用环境的采集仪，将在保障社会安全中起到越来越重要的作用。

发明内容

本发明目的是提供一种活体人手指掌纹图像采集装置，此采集装置所采集指纹清晰度高、光损小且指纹图片畸变小。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种活体人手指掌纹图像采集装置，包括：

一箱体，此箱体安装有三棱镜，此三棱镜具有用于放置手掌的底平镜面、第一侧镜面和第二侧镜面；所述三棱镜的底平镜面位于所述箱体的上表面，第一侧镜面与所述底平镜面之间夹角为第一夹角θ₁，第二侧镜面与所述底平镜面的夹角为第二夹角θ₂，第一侧镜面与所述第二侧镜面的夹角为第三夹角θ₃，所述第三夹角θ₃角度范围为85°<θ₃<90°，所述第一夹角θ₁比第二夹角θ₂角度大2°~4°；

面光源，此面光源位于所述三棱镜的第二侧镜面一侧并与第二侧镜面平行放置；

用于接受来自三棱镜第一侧镜面的出射光的第一反射平面镜和用于接受来自第一反射平面镜出射光的第二反射平面镜，此第一、第二反射平面镜分别由玻璃基板和涂覆于玻璃基板表面的反射层组成，此反射层由交替涂覆的若干银层和若干砷层组成；所述第一反射平面镜和所述第一侧镜面之间夹角为22.5°；所述第二反射平面镜位于所述三棱镜的下方，此第二反射平面镜与所述三棱镜的底平镜面垂直并与第一反射平面镜的夹角为45°；

用于接受来自所述第二反射平面镜出射光的光学镜头，此光学镜头位于所述第二反射平面镜一侧；

用于将来自所述光学镜头的像转换为电信号图像的CMOS传感器，此CMOS传感器位于所述光学镜头另一侧；

用于处理来自所述CMOS传感器的电信号图像信息的处理器，此处理器连接到所述CMOS传感器另一端。 

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述三棱镜的组分由下列质量百分含量的材料组成： 

二氧化硅（SiO₂）               69.13%；

三氧化二硼（B₂O₃）            10.75%；

氧化钡（BaO）                  3.07%；

氧化钠（Na₂O）                10.40%；

氧化钾（K₂O）                  6.29%；

三氧化二砷（As2O3）            0.36%。

2、上述方案中，所述面光源由增光层、扩散膜、导光板、背光源框体和反射片依次叠放组成且位于所述三棱镜的第二侧镜面一侧，所述导光板内嵌有625nm波长的18~20颗半导体发光二极管，此面光源与第二侧镜面平行放置。

3、上述方案中，所述反射层总厚度为32埃，所述银层层数为8层，所述砷层层数为7层。

4、上述方案中，所述光学镜头焦距为16 mm，光圈为1.4，透射率在600—700nm波长的条件下为85~95%；所述CMOS传感器尺寸为1/2.3英寸，像素为1000万。

5、上述方案中，所述三棱镜第一侧镜面与所述第一反射平面镜之间设有第一光阑，所述第二反射平面镜与光学镜头之间设有第二光阑。

6、上述方案中，所述第一反射平面镜的反射层，是为适合与光入射角成22.5°的角度，采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层；所述第二反射平面镜的反射层，是为适合与光入射角成45°的角度，采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果： 

1、本发明装置，三棱镜作为采集反射窗口，采用特定配方的材料制造的三棱镜具有折射率可控、透射性能好特点之外，三棱镜顶角及两偏折角的设计完全吻合和体现了光轴方向调整的需求，从而保证了图像清晰度高、光损小、成像界面－致性好等优点。

2、本发明利用偶平面镜系统，巧妙的改变光轴角度，既调制实现了“一致像”保证达到了像的清晰度、大小、形状不改变，又保证了光程具有一定长度从而使得图像边缘高清晰，实现了指纹/掌纹同界面静态、动态均可采集，同时还保障了透镜像素的匹配性以及本装置的小体积化。

3、本发明采用LED 656.nm波长的高亮庋发光二极管，通过导光板散射出125*135mm面积的平板光经过反射片、增光膜、扩散膜等多层组合，形成的面光源不仅光源照度、均匀性、方向性好，而且相对衡定的波长对图像每一像素的高质量采集起了根本性的保证。

4、本发明将计算机平板电脑与光路、电信号的处理融为一体，既增加了本装置的功能，完成了许多光机一体化过去无法实现的例如多指掌纹编辑采集、大拇指滚动指纹采集等，又实现了本装置成为便携式的一个完整功能的独立系统设备。

5本发明保证了足够的光程、较小的系统尺寸、采集窗口界面范围内一致的高像素和清晰图像采集，从而实现了图像以及整个采集界面四周都能具有很高的清晰度。

附图说明

图1为本发明活体人手指掌纹图像采集装置结构示意图；

图2为本发明光机结构立体示意图；

图3为本发明光机结构主视图；

图4为附图3的俯视图；

图5为本发明面光源结构示意图。 

以上附图中： 1、箱体；2、底平镜面；3、第一侧镜面；4、第二侧镜面；5、三棱镜；6、增光层；7、扩散膜；8、导光板；9、背光源框体；10、反射片；11、面光源；12、第一反射平面镜；13、第二反射平面镜；14、光学镜头；15、CMOS传感器；16、处理器；17、第一光阑；18、第二光阑。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种活体人手指掌纹图像采集装置，包括一箱体1，此箱体1安装有具有用于放置手掌的底平镜面2、第一侧镜面3和第二侧镜面4的三棱镜5，此三棱镜5的组分由下列质量百分含量的材料组成： 

二氧化硅（SiO₂）               69.13%；

三氧化二硼（B₂O₃）            10.75%；

氧化钡（BaO）                  3.07% ；

氧化钠（Na₂O）                10.40% ；

氧化钾（K₂O）                  6.29% ；

三氧化二砷（As₂O₃）            0.36%；

所述三棱镜5的底平镜面2位于所述箱体1的上表面，第一侧镜面3与所述底平镜面2之间夹角为第一夹角θ₁，第二侧镜面4与所述底平镜面2的夹角为第二夹角θ₂，第一侧镜面3与所述第二侧镜面4的夹角为第三夹角θ₃，所述第三夹角θ₃角度范围为85°<θ₃<90°，所述第一夹角θ₁比第二夹角θ₂角度大2°~4°；

由增光层6、扩散膜7、导光板8、背光源框体9和反射片10依次叠放组成的面光源11位于所述三棱镜5的第二侧镜面4一侧，所述导光板8内嵌有625nm波长的18~20颗半导体发光二极管，此面光源11与第二侧镜面4平行放置；

用于接受来自三棱镜第一侧镜面3的出射光的第一反射平面镜12和用于接受来自第一反射平面镜12出射光的第二反射平面镜13，此第一、第二反射平面镜12、13分别由玻璃基板和涂覆于玻璃基板表面的反射层组成，此反射层由交替涂覆的若干银层和若干砷层组成，所述第一反射平面镜12的反射层是为适合与光入射角成22.5°的角度而采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层，所述第二反射平面镜13的反射层是为适合与光入射角成45°的角度而采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层；所述第一反射平面镜位于所述三棱镜5的第一侧镜面3一侧，第一反射平面镜12和所述第一侧镜面3之间夹角为22.5°；所述第二反射平面镜13位于所述三棱镜5的下方，此第二反射平面镜13与所述三棱镜5的底平镜面2垂直并与第一反射平面镜12的夹角为45°；

用于接受来自所述第二反射平面镜13出射光的光学镜头14位于所述第二反射平面镜13一侧；

用于将来自所述光学镜头14的像转换为电信号图像的CMOS传感器15位于所述光学镜头14另一侧；

用于处理来自所述CMOS传感器15的电信号图像信息的处理器16连接到所述CMOS传感器15另一端。 

上述反射层总厚度为32埃，所述银层层数为8层，所述砷层层数为7层。

上述光学镜头14焦距为16 mm，光圈为1.4，透射率在600—700nm波长的条件下为85~95%；所述CMOS传感器15尺寸为1/2.3英寸，像素为1000万。

上述三棱镜第一侧镜面3与所述第一反射平面镜12之间设有第一光阑17，所述第二反射平面镜13与光学镜头14之间设有第二光阑18。

最终由采集界面采集得到一幅光信息图像，通过光学镜头成像给CMOS图像感应器化为电信号。计算机平板电脑根据上传入库图像像素值的要求，定位裁剪并保存。每个用户的指掌纹信息，都是以文件夹的形式保存，文件夹名为身份证号码或预设号码。每个文件夹保存1～26个nnn.bmp图像文件。每个用户的指掌纹信息，支持三种调用方式：USB移动存储设备，网络和3G传送。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种活体人手指掌纹图像采集装置，其特征在于：包括：

一箱体（1），此箱体（1）安装有三棱镜（5），此三棱镜（5）具有用于放置手掌的底平镜面（2）、第一侧镜面（3）和第二侧镜面（4）；所述三棱镜（5）的底平镜面（2）位于所述箱体（1）的上表面，第一侧镜面（3）与所述底平镜面（2）之间夹角为第一夹角，第二侧镜面（4）与所述底平镜面（2）的夹角为第二夹角，第一侧镜面（3）与所述第二侧镜面（4）的夹角为第三夹角，所述第三夹角角度范围为85°~90°，所述第一夹角比第二夹角角度大2°~4°；

面光源（11），此面光源（11）位于所述三棱镜（5）的第二侧镜面（4）一侧并与第二侧镜面（4）平行放置；

用于接受来自三棱镜第一侧镜面（3）的出射光的第一反射平面镜（12）和用于接受来自第一反射平面镜（12）出射光的第二反射平面镜（13），此第一、第二反射平面镜（12、13）分别由玻璃基板和涂覆于玻璃基板表面的反射层组成，此反射层由交替涂覆的若干银层和若干砷层组成；所述第一反射平面镜位于所述三棱镜（5）的第一侧镜面（3）一侧，第一反射平面镜（12）和所述第一侧镜面（3）之间夹角为22.5°；所述第二反射平面镜（13）位于所述三棱镜（5）的下方，此第二反射平面镜（13）与所述三棱镜（5）的底平镜面（2）垂直并与第一反射平面镜（12）的夹角为45°；

用于接受来自所述第二反射平面镜（13）出射光的光学镜头（14），此光学镜头（14）位于所述第二反射平面镜（13）一侧；

用于将来自所述光学镜头（14）的像转换为电信号图像的CMOS传感器（15），此CMOS传感器（15）位于所述光学镜头（14）另一侧；

用于处理来自所述CMOS传感器（15）的电信号图像信息的处理器（16），此处理器（16）连接到所述CMOS传感器（15）另一端。

2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述三棱镜（5）的组分由下列质量百分含量的材料组成： 

二氧化硅（SiO₂）               69.13%；

三氧化二硼（B₂O₃）            10.75%；

氧化钡（BaO）                  3.07%；

氧化钠（Na₂O）                10.40%；

氧化钾（K₂O）                  6.29%；

三氧化二砷（As2O3）            0.36%。

3.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述面光源（11）由增光层（6）、扩散膜（7）、导光板（8）、背光源框体（9）和反射片（10）依次叠放组成且位于所述三棱镜（5）的第二侧镜面（4）一侧，所述导光板（8）内嵌有625nm波长的18~20颗半导体发光二极管，此面光源（11）与第二侧镜面（4）平行放置。

4.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述反射层总厚度为32埃，所述银层层数为8层，所述砷层层数为7层。

5.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述光学镜头（14）焦距为16 mm，光圈为1.4，透射率在600—700nm波长的条件下为85~95%；所述CMOS传感器（15）尺寸为1/2.3英寸，像素为1000万。

6.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述三棱镜第一侧镜面（3）与所述第一反射平面镜（12）之间设有第一光阑（17），所述第二反射平面镜（13）与光学镜头（14）之间设有第二光阑（18）。

7.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于：所述第一反射平面镜（12）的反射层，是为适合与光入射角成22.5°的角度，采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层；所述第二反射平面镜（13）的反射层，是为适合与光入射角成45°的角度，采用定向真空溅射镀膜工艺形成的反射层。

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