CN102436577A - 一种反射式数字全息指纹成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字全息装置，特别涉及警用领域的指纹采集成像装置。针对目前潜在指纹显现技术中存在的有毒检测以及破坏物证原始状况的问题，提出了一种非接触无损测量的指纹采集数字全息装置。该装置包括激光器，连续衰减片、半波片、偏振分束棱镜、全反射镜、扩束滤波系统、合束棱镜、CCD图像传感器以及计算机，能够在不破坏指纹的情况下进行多次采集，不仅解决了传统刑侦现场指纹采集的不足的问题，而且为获取指纹信息纹理提供了一种额外信息——相位信息，对于警用领域的指纹采集有实用意义。

Description

一种反射式数字全息指纹成像装置
技术领域：
本发明涉及一种数字全息装置，特别涉及警用领域的指纹采集成像装置。 
背景技术：
随着计算机处理能力的巨大进步和指纹自动识别的应用，指纹识别技术已经广泛应用于人们的生活当中。在指纹识别技术中最关键的问题之一就是潜在指纹的显现技术，犯罪现场遗留的指纹如果不能有效的显现出来，就无法进行之后的信息提取及指纹鉴定。目前应用于刑侦现场指纹显现的技术有很多种，按显色原理分类可分为：加底色显现、化学反应显现、理化作用显现、激光显现法。经过一个多世纪的探究和实践，指纹显现技术得到了长足的进步，但是还有尚未解决的问题，如刷显法的粉尘，熏显法产生有毒气体，部分试剂和染料具有毒性，显现中形成的有色物质会破坏物证的原始状况，一些显示试剂DFO(1，8-二氮芴-9-酮)等价格昂贵。 
发明内容：
本发明装置的目的在于针对现有技术的不足，提供一种数字全息测量装置，可以用于实现指纹的非接触、无毒、无损及多次测量。 
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案： 
一种反射式数字全息指纹成像装置，包括激光器，连续衰减片、半波片、偏振分束棱镜、全反射镜、扩束滤波系统、合束棱镜、CCD图像传感器、计算机；所述的计算机实时重构CCD图像传感器记录的数值化的全息图； 
在激光器的输出光路上依次垂直放置连续衰减片、半波片和偏振分束棱镜；偏振分束棱镜输出的A光路上依次设置了全反射镜和扩束滤波系统；偏振分束棱镜输出的B光路上依次设置了半波片、全反射镜和扩束滤波系统；在A、B光路的交汇处设置合束棱镜；光束经过合束棱镜后产生的干涉图像被CCD传感器接收，并发送至计算机。 
激光束通过偏振分束棱镜后分为两束线偏振光，一束光经过扩束滤波系统作为平行参考光照射到CCD上，另一束则经扩束滤波系统后成为平行光垂直照射 到待测样本上，两者在合束棱镜的作用下以一定物参夹角在CCD靶面上相遇发生干涉，通过调整合束棱镜座下的角度平移台来控制物参夹角，使其满足尼奎斯特抽样定理和再现像分离条件。为了得到高质量的全息图，通过调节光路方向上第一个半波片来优化A路光和B路光的强度比，结合第二个半波片的使用可保证A路光和B路光的偏振态一致。 
待测对象置于可移动平移台上，可移动平移台垂直位于偏振分束棱镜输出的A光路上； 
CCD图像传感器采集到图像后发送至计算机，在计算机中进行数值再现。首先对全息图做傅里叶逆变换得到频谱图，为了消除零级像和共轭像的干扰，用频谱滤波的方法截取出感兴趣的频谱，并将其移到频域中心，再对它做一次傅里叶逆变换，得到全息图上的物光波分布，最后根据菲涅耳衍射传播理论及再现距离就可得到再现振幅像，此时的相位像是存在畸变的，将其畸变进行校正，就能得到清晰的相位像。 
有益技术效果： 
数字全息指纹成像系统能够实现非接触、无毒、无损测量，能克服传统刑侦现场指纹采集的不足，在不破坏指纹的情况下进行多次采集。较传统方法相比，数字全息指纹采集成像系统为警方获取指纹纹理提供了一种额外信息——相位信息，相位像的获取增强了指纹的信息量，特别是对于不可见的透明指纹或者弱振幅信息的指纹，以及振幅清晰但信息不全的指纹，可以通过相位信息和振幅信息融合尽可能获得充分的指纹信息。 
附图说明：
图1为数字全息指纹采集成像系统装置的原理图； 
图2为铝板上潜在指纹的实验结果，(a)补零后全息图，(b)频谱图，(c)频谱滤波后的频谱图，(d)傅里叶逆变换得到的全息图上的物光波分布，(e)再现振幅像，(f)去畸变后的相位像，(g)三维显示图； 
图3光盘上潜在指纹的实验结果，(a)振幅像，(b)相位像，(c)三位显示图； 
图4平面镜上潜在指纹的实验结果，(a)振幅像，(b)相位像，(c)三位显示图。其中：1、激光器，2、连续衰减片，3、半波片，4、偏振分束棱镜，5、全反射 镜，6、扩束滤波系统，7、合束棱镜，8、CCD图像传感器，9、计算机，10、可移动平移台。 
具体实施方式
1、本发明的组成结构 
本发明数字全息指纹采集成像系统装置的原理图如图1所示。本发明数字全息指纹采集成像系统包括：一台50mW、中心波长532nm的绿光固体激光器，一片连续衰减片，连续衰减片是一块能使绿光激光光强连续衰减的介质膜板，两片半波片，一个偏振分束棱镜，偏振分束棱镜是能将绿光激光光强反射和透射的介质膜板，两个全反射镜，全反射镜是一块能将绿光激光100％反射的介质膜板，两个扩束滤波系统，扩束滤波系统是能将绿光激光光束直径扩大的扩束光学系统，属于现有技术，一个合束棱，合束棱镜是一块能将绿光激光反射和透射的介质膜板，像素为1316×1035的CCD图像传感器，以及计算机。 
在激光器的输出光路上依次垂直放置连续衰减片、半波片和偏振分束棱镜；偏振分束棱镜输出的A光路上依次设置了全反射镜和扩束滤波系统；偏振分束棱镜输出的B光路上依次设置了半波片、全反射镜和扩束滤波系统；在A、B光路的交汇处设置合束棱镜；CCD图像传感器采集合束棱镜发出的图像，并发送至计算机。 
待测样品可以是犯罪现场容易留下指纹的铝板、光盘、平面镜等。工作时将待测样品置于可平行和前后移动的可移动平移台，该可移动平移台精度可达微米量级。本实施例中待测样品选用留下指纹的铝板。 
2、本发明数字全息指纹采集成像装置的工作原理和基本过程： 
绿光固体激光器1发射的激光经过连续衰减片2、半波片3和偏振分束棱镜4分成A、B两束光。A束光经过全反射镜5反射，然后经过扩束滤波系统6，之后透过合束棱镜7照到待测样品上，反射后经过合束棱镜7的反射面反射到CCD8上。B光束经过半波片3，全反射镜5，扩束滤波系统6后，再经过合束棱镜10，透射到CCD8上。A束和B束相遇产生全息图，CCD图像传感器将采集到的全息图发送至计算机，计算机对该信号进行数值再现。 
首先对铝板上潜在指纹进行采集，记录距离为18cm，CCD采集到全息图，全息图经过补零后，大小为1316×1316，如图2(a)所示。然后在计算机中进行 数值再现，补零后的全息图经过一次傅里叶变换得到频谱图如图2(b)所示，为了消除零级像和共轭像的干扰，用频谱滤波的方法截取出感兴趣的频谱，并将其移到频域中心，如图2(c)所示，再对它做一次傅里叶逆变换，得到全息图上的物光波分布如图2(d)所示，根据菲涅耳衍射传播理论，再现距离为-180mm，将图2(d)进行再现，得到再现振幅像其中截取部分如图2(e)所示，大小为661×661。为了得到高精度的相衬像，这里用基于最小二乘曲面拟合法对畸变予以校正，图2(f)是校正后的相位图，图2(g)是其三维显示，视场为7.1mm×7.1mm。可见，应用于警用领域指纹采集的数字全息方法能得指纹振幅像和相位像，图2(e)和图2(f)矩形部分中的将振幅像和相位像进行对比，可知相位像更为清晰。 
此外，分别对犯罪现场经常留下犯罪嫌疑人指纹的平面镜和光盘进行了实验，同样运用上述的方法进行实验和数值再现，得到了很好的再现结果，分别如图3、图4所示。图3(a)-(c)分别为平面镜上潜在指纹的再现振幅像、相位像及其三维分布，大小为521×521，再现距离为-230mm，视场为7.14mm×7.14mm，图4(a)-(c)分别为光盘上潜在指纹的再现振幅像、相位像及其三维分布，大小为621×621，再现距离为-240mm，视场为8.87mm×8.87mm。通过对比图3(a)和图3(b)、图4(a)和图4(b)矩形部分中振幅像和相位像，可见，在某些区域得到的相位像比振幅像清晰。 

Claims (1)

1.一种反射式数字全息指纹成像装置，包括激光器(1)，连续衰减片(2)、半波片(3)、偏振分束棱镜(4)、全反射镜(5)、扩束滤波系统(6)、合束棱镜(7)、CCD图像传感器(8)以及计算机(9)；所述的计算机实时重构CCD图像传感器记录的数值化的全息图；
在激光器(1)的输出光路上依次垂直放置连续衰减片(2)、半波片(3)和偏振分束棱镜(4)；偏振分束棱镜(4)输出的A光路上依次设置了全反射镜(5)和扩束滤波系统(6)；偏振分束棱镜(4)输出的B光路上依次设置了半波片(3)、全反射镜(5)和扩束滤波系统(6)；在A、B光路的交汇处设置合束棱镜(7)；CCD图像传感器(8)采集光束经过合束棱镜后形成的干涉图像，并发送至计算机(9)。
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