CN102385699A

CN102385699A - 暗背景掌纹采集系统

Info

Publication number: CN102385699A
Application number: CN2011103391944A
Authority: CN
Inventors: 韩正臣; 黄玮; 安亚娟; 王尧; 刘健飞
Original assignee: FANGYUAN PHOTOELECTRIC TECH Co Ltd CHANGCHUN
Current assignee: FANGYUAN PHOTOELECTRIC TECH Co Ltd CHANGCHUN
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明涉及一种暗背景掌纹采集系统，该装置包括光源，棱镜，接收系统；所述接收系统包括镜头和图像接收器；棱镜包括光入射面、图像输出面、采集面和背景面；黑色的背景面通过采集面全反射，再由图像输出面出射，经镜头成像在图像接收器上，成为掌纹图像的背景；光源发出的光线通过光入射面进入棱镜照射在掌纹与棱镜接触的采集面发生散射，散射的部分光线通过图像输出面出射，经镜头成像在图像接收器上。本发明在棱镜上增加了一个黑色背景面，背景与掌纹共同构成一幅黑色背景、白色掌纹纹路的掌纹图像。由于背景面是黑色，其成像的灰度不变，而通过调整光源的亮度可以使掌纹纹路成像的灰度变高，因而能够有效提高掌纹图像的对比度。

Description

暗背景掌纹采集系统

技术领域

本发明属于精密光学仪器技术领域，涉及一种掌纹采集系统，特别涉及一种暗背景活体掌纹采集系统。

背景技术

传统的指纹采集仪一般由棱镜、光源、透镜组、图像传感器构成。所述棱镜包括一个采集用光入射面、一图像输出面、一采集面；光源发出的光线通过光入射面进入棱镜，在采集面发生全反射，经过图像输出面照射到具有一定放大倍率的透镜组，最后在图像传感器上成亮背景图像；手掌按捺采集面后，掌纹部分光线发生散射，在传感器上显示成暗条纹。此种方法由于其采集速度快，分辨率、对比度相对较高，成为活体掌纹采集系统的主流方式。现市面所有同类型产品所成像皆为亮背景、黑条纹，这就不得不面对一个问题：背景的亮度和掌纹纹路图像的亮度变化是同向的，也就是说无法从光源调节上很好的增大掌纹纹路图像和背景的对比度，只能通过后期图像处理的办法来提高对比度，但是会损失图像的一些细节信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效提高掌纹采集图像对比度的暗背景掌纹采集系统。

为了解决上述技术问题，本发明的暗背景掌纹采集系统包括光源，棱镜，接收系统；所述接收系统包括镜头和图像接收器；棱镜包括光入射面、图像输出面、采集面和背景面；黑色的背景面通过采集面全反射，再由图像输出面出射，经镜头成像在图像接收器上，成为掌纹图像的背景；光源发出的光线通过光入射面进入棱镜照射在掌纹与棱镜接触的采集面发生散射，散射的部分光线通过图像输出面出射，经镜头成像在图像接收器上。

本发明在棱镜上增加了一个黑色背景面，背景与掌纹共同构成一幅黑色背景、白色掌纹纹路的掌纹图像。由于背景面是黑色，能够起到消光作用，其成像的灰度是不变的，而掌纹纹路的散射光能量会随着光源的亮度提高而增大，因而通过调整光源的亮度可以使掌纹纹路成像的灰度变高，能够有效提高掌纹图像的对比度。对于输出一个8位的BMP图像来说，图像灰度等级为256级，黑色背景的灰度可以无限接近于0，而掌纹纹路图像可以无限接近255，因此理论上对比度可以做到无穷大，但是一般背景灰度可以调节到1～5，而掌纹纹路灰度调节到250～255，所以背景和指纹纹路的反差很容易做到1∶50。

本发明的暗背景掌纹采集系统还可以包括折返光路；由图像输出面出射的光线经折返光路多次折返后，入射到接收系统。

所述折返光路由第一反射镜、第二反射镜构成；由图像输出面出射的光线经第一反射镜反射后照射到第二反射镜，在经第二反射镜反射后入射到接收系统。

所述折返光路由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜构成；由图像输出面出射的光线依次经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射后入射到接收系统。

由于掌纹采集要求采集面很大，图像输出面出射的光线如果直接由接收系统接收，则接收系统的镜头口径要求很大，造价会很高；减小镜头口径的方法是拉大镜头与棱镜间的距离，此时系统体积会很大，可行性低。所以本发明通过增加折返光路，使光线在一定体积内经多次折返，相当于光线在很小空间内行走了很长一段距离，以此达到增大镜头与棱镜间距的目的，减小了系统体积，降低了成本。

所述棱镜两侧可安装加热模块，以解决干、湿手采集状况不同的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的暗背景掌纹采集系统实施例1结构示意图。

图2是本发明实施例2结构示意图。

图3是本发明实施例3结构示意图。

图4为棱镜的左视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的暗背景掌纹采集系统包括光源1，棱镜2，接收系统4；所述棱镜2包括光入射面2.1、图像输出面2.4、采集面2.3和背景面2.2。背景面2.2涂黑漆；棱镜2的背景面2.2和图像输出面2.4分布于采集面2.3两侧，光入射面2.1位于采集面2.3对面，光源1紧邻棱镜光入射面2.1外侧放置。接收系统4位于图像输出面2.4光线出射光路上；接收系统4由镜头4.1、连接件4.2和图像接收器4.3构成，图像接收器4.3通过连接件4.2与镜头4.1固定连接。本发明整个装置通过金属骨架与其他电子元器件安装固定在一固定大小的封闭壳体内。

黑色的背景面2.2通过采集面2.3全反射，再由图像输出面2.4出射，经镜头4.1成像在图像接收器4.3上，成为掌纹图像的背景；光源1发出的光线通过光入射面2.1进入棱镜2照射在掌纹与棱镜接触的采集面2.3发生散射，散射的部分光线通过图像输出面2.4出射，经镜头4.1成像在图像接收器4.3上。

实施例2

如图2所示，本发明的暗背景掌纹采集系统包括光源1，棱镜2，折返光路3，接收系统4；所述棱镜2包括光入射面2.1、图像输出面2.4、采集面2.3和背景面2.2。背景面2.2涂黑漆；棱镜2的背景面2.2和图像输出面2.4分布于采集面2.3两侧，光入射面2.1位于采集面2.3对面，光源1紧邻棱镜光入射面2.1外侧放置。折返光路3位于图像输出面2.4与接收系统4之间，由第一反射镜3.1、第二反射镜3.2构成；接收系统4由镜头4.1、连接件4.2和图像接收器4.3构成，图像接收器4.3通过连接件4.2与镜头4.1固定连接。本发明整个装置通过金属骨架与其他电子元器件安装固定在一固定大小的封闭壳体内。考虑到干、湿手采集状况不同的问题，如图4所示，在棱镜2两侧固定板5上安装可控制开、关的加热模块6。

光源1是中心波长850nm的近红外单色光源，紧邻棱镜光入射面2.1外侧底面放置；棱镜2为K9材料，临界角为42°，2.2为背景面，2.3为采集面，2.1为光入射面，2.4为图像输出面，其中背景面2.2和图像输出面2.4以各自固定角度分布于采集面2.3两侧，光入射面2.1位于采集面2.3对面；第一反射镜3.1的反射面尺寸大于第二反射镜3.2的反射面尺寸，通过第一反射镜3.1和第二反射镜3.2折返可以减小装置体积。第一反射镜3.1和第二反射镜3.2做成可调节形式，以消除由于添加反射镜所带来的中心偏。通过连接件4.2将COMS(图像接收器4.3)固定在镜头4.1上。整套装置通过金属骨架与其他电子器件配合安装在399×341×314.5的封闭壳体内，考虑到干、湿手采集状况不同的问题，如图4所示，在棱镜2两侧固定板5上安装可控制开、关的加热模块6。

近红外单色光源散射，黑色的背景面2.2通过采集面2.3发生全反射，通过沿光路固定的第一反射镜3.1、第二反射镜3.2，水平射入镜头4.1，镜头4.1将黑色的背景面2.2成像于COMS上，经采集设备内主板的图像处理后，通过USB2.0接口将数据即时输入计算机内，此时图像显示为黑色底面；当手掌按捺采集面2.3时，光线在掌纹与采集面2.3接触部分发生散射，看不到背景面2.2的像，在屏幕上显示为亮条纹，与暗背景形成鲜明对比。由于图像接收器4.3成黑色背景像，故光强变化不会引起黑色底面灰度的变化，可通过调节光源的亮度提高背景与指纹纹路之间的对比度。

实施例3

本发明的暗背景掌纹采集系统包括光源1，棱镜2，折返光路3，接收系统4；所述棱镜2包括光入射面2.1、图像输出面2.4、采集面2.3和背景面2.1。背景面2.2涂黑漆；棱镜2的背景面2.2和图像输出面2.4分布于采集面2.3两侧，光入射面2.1位于采集面2.3对面，光源紧邻棱镜光入射面2.1外侧放置。折返光路3位于棱镜图像输出面2.4与接收系统4之间，由第一反射镜3.1、第二反射镜3.1、第三反射镜3.3和第四反射镜3.4构成；接收系统4由镜头4.1、连接件4.2和图像接收器4.3构成，图像接收器4.3通过连接件4.2与镜头4.1固定连接。本发明整个装置通过金属骨架与其他电子元器件安装固定在一固定大小的封闭壳体内。考虑到干、湿手采集状况不同的问题，如图4所示，在棱镜2两侧固定板5上安装可控制开、关的加热模块6。

光源1散射，黑色的背景面2.2通过采集面2.3发生全反射，通过沿光路固定的第一、第二、第三、第四反射镜3.1、3.2、3.3、3.4，水平射入镜头4.1，镜头4.1将背景面2.2(涂漆面)放大成像于COMS(图像接收器4.3)上，经采集设备内主板的图像处理后，通过USB2.0接口将数据即时输入计算机内，此时图像显示为黑色底面；当手掌按捺采集面2.3时，光线在掌纹与采集面2.3接触部分发生散射，看不到涂漆面像，在屏幕上显示为亮条纹，与暗背景形成鲜明对比。由于图像接收器成涂漆面像，故光强变化不会引起黑色底面灰度的变化，可通过调节光源的亮度提高背景与指纹纹路之间的对比度。

本发明即时采集即时成像，背景和指纹纹路的灰度反差大，分辨率高，解决了亮背景情况下散射对成像质量的影响问题。

本发明不限于上述实施方式，应当理解的是，凡是在本发明权利要求技术方案基础上作出的任何简单变形，都在本发明意图保护范围之内。

Claims

1.一种暗背景掌纹采集系统，包括光源(1)，棱镜(2)，接收系统(4)；所述棱镜(2)包括光入射面(2.1)、图像输出面(2.4)、采集面(2.3)；接收系统(4)包括镜头(4.1)和图像接收器(4.3)；其特征在于棱镜(2)还包括背景面(2.2)；黑色的背景面通(2.2)过采集面(2.3)全反射，再由图像输出面(2.4)出射，经镜头(4.1)成像在图像接收器(4.3)上，成为掌纹图像的背景；光源(1)发出的光线通过光入射面(2.1)进入棱镜(2)照射在掌纹与棱镜接触的采集面(2.3)发生散射，散射的部分光线通过图像输出面(2.4)出射，经镜头(4.1)成像在图像接收器(4.3)上。

2.根据权利要求1所述的暗背景掌纹采集系统，其特征在于还包括折返光路(3)；由图像输出面(2.4)出射的光线经折返光路(3)多次折返后，入射到接收系统(4)。

3.根据权利要求2所述的暗背景掌纹采集系统，其特征在于所述折返光路(3)由第一反射镜(3.1)、第二反射镜(3.2)构成；由图像输出面出射的光线经第一反射镜(3.1)反射后照射到第二反射镜(3.2)，再经第二反射镜(3.2)反射后入射到接收系统(4)。

4.根据权利要求2所述的暗背景掌纹采集系统，其特征在于所述折返光路(3)由第一反射镜(3.1)、第二反射镜(3.1)、第三反射镜(3.3)和第四反射镜(3.4)构成；由图像输出面出射的光线依次经第一反射镜(3.1)、第二反射镜(3.2)、第三反射镜(3.3)和第四反射镜(3.4)反射后入射到接收系统(4)。

5.根据权利要求1所述的暗背景掌纹采集系统，其特征在于所述棱镜(2)两侧安装加热模块(6)。