CN105279501B - 一种暗背景的折返式掌纹采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暗背景的折返式掌纹采集装置，包括光源、棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、透镜组和成像器件；所述光源的光经过棱镜到采集面后依次经过棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和透镜组，最终抵达成像器件。本发明的有益效果是：本发明通过折返式光路，在保证光轴长度的同时，缩短了产品结构，实现了小型化设计。通过对折反棱镜角度的设计，由外部进入到棱镜中的杂散光无法通过后面反射镜进入到透镜组，对成像采集无任何影响，达到消除杂散光的目的；本发明通过对光路角度的设计，使得透镜整体调焦，既方便了镜片的固定安装，也方便镜头调焦，提高了生产的适用性。

Description

一种暗背景的折返式掌纹采集装置

技术领域

本发明属于掌纹采集装置，更具体地说，涉及一种暗背景的折返式掌纹采集装置。

背景技术

随着计算机技术的快速发展，利用人体生物学或行为学特征的新的身份认证技术已日渐成熟，比如指纹采集技术，已普及到日常生活，但掌纹识别技术目前还处于停滞状态，这是由于低分辨的掌纹图像满足不了市场需求，需要一种高分辨率的采集装置来提升图像质量，提高用户体验。此外，由于掌纹采集区域较大，为了减小图像的畸变，传统的采集装置结构较长，这也是导致掌纹采集技术进展缓慢的一个重要因素。

传统的光学掌纹采集装置，很难同时满足“易生产”和“高分辨率”两个需求。所谓的“高分辨率”是指采集的掌纹图像有很高的清晰度，容易辨别手掌的特征。传统的光学掌纹采集装置在实际生产过程中最不容易控制的就是遮挡杂散光和固定镜头焦距的过程，只有采用镜头整组调焦的方式，才可以减少调焦的难度，甚至达到免调焦的效果。在手掌采集面积确定的情况下，系统要具有较长的光轴来减小图像的畸变，这同“小型化”的要求是矛盾的。所以，本发明主要解决传统掌纹采集装置中遇到的小型化、低畸变、高分辨率和低杂散光几个困难，通过有效方案来实现产品化。

传统掌纹采集装置的棱镜、透镜和成像器件沿光先传播方向按顺序排列，造成了结构轴向距离较长，不易实现产品的小型化，也不利于实际生产。

传统的掌纹采集装置大部分采用的是序列式设计，即采用棱镜、透镜和成像器件的顺序排布来采集掌纹图像，这种方式的缺陷在于产品结构长，难以做成便携式采集装置。另有一部分采用了双远心光路的设计方式，来减小图像的畸变和产品的尺寸，这种方案的缺点在于内部镜片安装相对复杂，对结构的加工精度要求比较高，给产品的批量生产带来很大的不便。主要体现在以下两个方面：

a)传统的掌纹采集装置很难通过减小光轴的方式来完成小型化设计。这是因为短光轴意味着视场角变大，相应的畸变也会变大，图像质量下降会导致产品不合格。传统掌纹采集装置为了产品小型化而减小光轴长度，造成畸变变大，这样使得图像发生非线性弯曲，给后续图像校正带来困难。

b)传统的掌纹采集装置通常对杂散光无法抑制。这是因为所采用的光源没有做均匀化处理，且结构无法遮挡外部进入的杂散光，导致此类光线同有效光线一起进入探测器中，造成干扰，降低了图像对比度。传统掌纹采集装置中杂散光对图像采集质量影响严重，只能通过增加结构的复杂性来遮挡部分杂散光，增加了装配的难度。

传统的掌纹采集装置中棱镜全部都采用了直角棱镜，光源位置在棱镜底部，而且结构对杂散光无法遮挡，对成像造成很严重的干扰，采集图像对比度降低，采集的图像是一幅低对比度亮背景的图像。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种解决传统掌纹采集装置中遇到的小型化、低畸变、高分辨率和低杂散光几个困难的暗背景的折返式掌纹采集装置。

这种暗背景的折返式掌纹采集装置，包括光源、棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、透镜组和成像器件；所述光源的光经过棱镜到采集面后依次经过棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和透镜组，最终抵达成像器件。

作为优选：所述采集面与水平面夹角θ1、棱镜顶角θ2、第二反射镜与水平面夹角θ3、第一反射镜与垂直面夹角θ4和第三反射镜与垂直面夹角θ5满足θ1+θ2+θ3+θ4+θ5＝180°且θ1+θ2≥90°。

作为优选：所述第三反射镜和透镜组之间设有消光结构。

作为优选：所述光源包括封闭腔体结构，在封闭腔体结构内依次设有不规则三角体、复眼曲面阵列、LED光源和PCB板。

作为优选：所述不规则三角体和复眼曲面阵列为PMMA材质。

本发明的有益效果是：

1.传统的掌纹采集装置结构比较长，杂散光无法处理。

本发明通过折返式光路，在保证光轴长度的同时，缩短了产品结构，实现了小型化设计。通过对折反棱镜角度的设计，由外部进入到棱镜中的杂散光无法通过后面反射镜进入到透镜组，对成像采集无任何影响，达到消除杂散光的目的；

2.一种小型化低畸变的掌纹采集装置，但是透镜装配难固定，镜头调焦不方便，不适合批量化生产。

本发明通过对光路角度的设计，使得透镜整体调焦，既方便了镜片的固定安装，也方便镜头调焦，提高了生产的适用性。

3.传统的光源一般为点光源，有些面光源体积较大，且发光强度不够。

本发明通过对光源处结构的设计，使得光源均匀出射，发光强度达到90％以上且体积很小，对产品结构的影响不大。

附图说明

图1为本发明光学原理图；

图2为杂散光消除示意图；

图3为实施例结构图；

图4为光源结构图；

附图标记说明：第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3、棱镜4、透镜组5、成像器件6、消光结构7、封闭腔体结构8、不规则三角体9、复眼曲面阵列10、LED光源11、PCB板12、采集面13。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。虽然本发明将结合较佳实施例进行描述，但应知道，并不表示本发明限制在所述实施例中。相反，本发明将涵盖可包含在有附后权利要求书限定的本发明的范围内的替换物、改进型和等同物。

如图1至图4所示，这种暗背景的折返式掌纹采集装置，包括光源、棱镜4、第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3、透镜组5和成像器件6；所述光源的光经过棱镜4到采集面13后依次经过棱镜4、第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜3和透镜组5，最终抵达成像器件6。所述采集面13与水平面夹角θ1为45°、棱镜4顶角θ2为60°、第二反射镜2与水平面夹角θ3为10°、第一反射镜1与垂直面夹角θ4为40°、第三反射镜3与垂直面夹角θ5为25°。所述第三反射镜3和透镜组5之间设有消光结构7。所述光源包括封闭腔体结构8，在封闭腔体结构8内依次设有不规则三角体9、复眼曲面阵列10、LED光源11和PCB板12。所述不规则三角体9和复眼曲面阵列10为PMMA材质。光学总长为180mm。

通过棱镜4的反射和折射,第一反射镜1、第二反射镜2和第三反射镜3的全反射，然后入射到透镜组5，最后透射到成像器件6上。由于对光轴进行了多次反射，且反射高度都控制在棱镜4高度左右，所以实现了小型化低畸变的要求；其次，透镜组5在结构最下面，可以方便调焦，减小了装配的难度，提高生产效率；最后，光源设有封闭腔体结构8进行导光，使得光源光线均匀的出射在棱镜4中，避免了光线在内部的多次反射，提高图像对比度。图1所示：

①手掌与棱镜4的采集面13接触于P，光线从D1、D1’、D1”处反射进入棱镜4内部形成光线L1、L1’、L1”；

②光线L1、L1’、L1”由棱镜4表面D2、D2’、D2”处折射出，到达第一反射镜1形成光线L2、L2’、L2”；

③光线L2、L2’、L2”由D3、D3’、D3”反射出，到达第二反射镜2形成光线L3、L3’、L3”；

④光线L3、L3’、L3”由D4、D4’、D4”反射出，到达第三反射镜3形成光线L4、L4’、L4”；

⑤光线L4、L4’、L4”由D5、D5’、D5”反射出，到达透镜组5表面形成光线L5、L5’、L5”；

⑥光线L5、L5’、L5”经过透镜组5后，到达成像器件6采集到一幅暗背景的掌纹图像。

本发明的杂散光处理结构图如图2所示：杂散光由两部分组成，由外部进入的L1和L2，由内部漫反射产生的L3。光线L2垂直入射到采集面13后，一部分反射进入空气中，一部分折射进入棱镜4内部，通过对棱镜4底面涂墨处理，吸收该折射光线；光线L1从外部进入棱镜4，经过棱镜4折射进入系统，根据光的直线传播原理，入射光线L1入射到消光结构7被吸收处理；光线L3为漫反射光线，经过光学系统的折射和反射，在第二反射镜2处出射角度偏小，反射到消光结构7处被吸收处理，无法入射到透镜组5表面，所以不会造成成像干扰。

Claims (4)

1.一种暗背景的折返式掌纹采集装置，其特征在于：包括光源、棱镜(4)、第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)、透镜组(5)和成像器件(6)；所述光源的光经过棱镜(4)到采集面(13)后依次经过棱镜(4)、第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、第三反射镜(3)和透镜组(5)，最终抵达成像器件(6)；所述采集面(13)与水平面夹角θ1、棱镜(4)顶角θ2、第二反射镜(2)与水平面夹角θ3、第一反射镜(1)与垂直面夹角θ4和第三反射镜(3)与垂直面夹角θ5满足θ1+θ2+θ3+θ4+θ5＝180°且θ1+θ2≥90°。

2.根据权利要求1所述的暗背景的折返式掌纹采集装置，其特征在于：所述第三反射镜(3)和透镜组(5)之间设有消光结构(7)。

3.根据权利要求1所述的暗背景的折返式掌纹采集装置，其特征在于：所述光源包括封闭腔体结构(8)，在封闭腔体结构(8)内依次设有不规则三角体(9)、复眼曲面阵列(10)、LED光源(11)和PCB板(12)。

4.根据权利要求3所述的暗背景的折返式掌纹采集装置，其特征在于：所述不规则三角体(9)和复眼曲面阵列(10)为PMMA材质。