CN106815554A - 内指纹快速成像和生物识别系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种内指纹快速成像和生物识别系统和方法，利用具有于大景深和深穿透能力的全场光学层析仪，对内指纹组织提取与手指表皮有倾角(或者曲面)的一幅二维图像，进行编码保存和身份识别。该系统还可将内外指纹数据融合，提高安全度并与传统指纹数据库兼容。本发明克服了现有指纹识别装置由于容易被指纹膜欺骗而存在安全问题，以及手指表面弄脏、太湿或者磨损也会导致识别失效等鲁棒性差的问题。
Description
技术领域
本发明属于生物识别技术，特别是涉及一种内指纹快速成像和生物识别系统和方法，利用手指的内指纹进行生物身份识别。
背景技术
世界交流越来越频繁广泛，同时恐怖和犯罪活动也愈演愈烈，因而生物识别技术近年需求增长迅速，对快速准确的身份验证提出了更高要求。
由于传统指纹识别方法，容易以复制指纹而欺骗通过，以及手指表面弄脏、太湿或者磨损则失效，安全性和鲁棒性受到质疑，受到各个国家安全和执法部门的驱动，面部识别、声纹识别、唇纹识别、虹膜结构和视网膜静脉识别等技术不断发展，但这些技术要么可靠性存在争议，要么使用及其不方便、体积庞大、成本太高。
根据Holder E.H.等人的研究成果[The fingerprint sourcebook(U.S.Department.of Justice,Office of Justice Programs,National Institute ofJustice,Washington,DC,2011)]，在手指内部220-550μm的皮肤层，具有表面(外部)指纹相同的拓扑特征,Robinson L.O.,Laub J.H.,National Institute of J.,。这些内部层，充当“主模板”导致外部指纹按照它的形状生长，因此，皮下指纹不受环境影响和磨损，难以仿制，用于身份识别更准确。另外，手指内部的汗腺和微血管结构也和指纹有跟随形状。我们定义内指纹为皮下指纹，和对应层面的汗腺和毛细血管等组织结构，它具有终生不变性，可以用于准确而高度鲁棒的生物身份识别。当前的指纹识别技术中，光学、电容、热图、压感等指纹提取方式都无法获得内指纹。而超声方法因探测器尺寸过大、响应速度慢、处理系统庞大也无法应用。2006年美国休斯敦大学Larin KV[IEEE Photonics Technol.Lett.19(20),1634–1636(2007)]提出用扫频层析成像获得内指纹，但是传统层析成像技术对二维正面图像提取需要点对点扫描，并最终从三维指纹结构中重构(z方向必须首先成像)正面图像，数据量太高(1G以上)，提取速度过慢(10秒以上)。
全场光学相干层析术1998年由，Beaurepaire E和Boccara A C等人发明，其原理阐述在“Full-field optical coherence microscopy”，Optics Letters,1998,23(4):244-246。为高速内指纹成像提供了可行性解决方案。
全场光学相干层析系统无扫描可一次性获得二维图像，相对于传统光学层析点扫描成像方式，特别是只需要一幅垂轴(面对面)图像的工业检测需求，成像速度和分辨率有数量级的提高。主要优势包括：(1)提取图像速度快。采取非相干光照明全视场，一次获得多通道二维图像，利用光源的空域非相干性抑制横向串扰；(2)轴向分辨率和横向分辨率解耦合。其横向分辨率决定于成像物镜的数值孔径，而纵向分辨率决定于光源性质，即光谱宽度，光谱越宽，轴向分辨率越高，采取白光卤钨灯照明基本达到1微米以下轴向分辨率。全场光学相干层析术主要用于高分辨生物应用领域，如对皮肤、脑组织、肠胃壁、乳房肿瘤、组织培养过程等成像。系统具有具有非接触无损检测能力，可以无扫描一次性提取活体组织二维图像。
将全场光学相干层析系统用于活体身体组织内部成像，其重要指标之一是它的横向分辨率(δx，δy)，
这里λc为光源的中心波长(对应光谱宽度的中心，或者是光谱分布不均匀情况下对应光功率峰值位置的波长)，NA为光学系统的数值孔径。根据生物识别对象和特性，横向分辨率的要求会有所变化，对于指纹识别一般小于10μm较好。
全场光学相干层析系统不同于传统光学系统的特点是，横向和纵向分辨率解耦合，其轴向分辨率与光学系统参数无关，仅由光源特性决定，其轴向分辨率δz有，
这里Lc为光源相干长度，n′为人体组织的折射率。光源的相干长度为
其中λc为光源的中心波长，Δλ为光源的光谱宽度。采取卤钨灯照明时，λc＝750nm，δz可以达到0.8μm以下，对生物身份识别的应用完全可以满足需要。
全场光学相干层析系统的穿透深度是另外一个对活体组织成像进行生物识别的重要参数，通常系统数值孔径越小，穿透深度越大。现有全场光学相干层析系统主要针对高分辨率细胞级生物成像以及微纳米机械成像的，数值孔径很高，因而穿透深度受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内指纹快速成像和生物识别系统和方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种内指纹快速成像和生物识别系统，包括：
全场光学层析成像单元，对内指纹组织提取与手指表皮有倾角的二维图像，或者对内指纹组织提取曲面的二维图像，数值孔径控制在0.1以下；
识别处理单元，对二维图像处理，生成判识结果。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，还包括：
输出单元，将判识结果和相应的应用平台或系统关联。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述相应的应用平台或系统为考勤管理系统、或含有登录验证的系统、或信息管理平台、或门禁管理系统。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述全场光学层析成像单元包括：
照明臂，包括时域弱相干光源；
参考臂，包括参考反射器，该参考反射器可旋转和/或沿光轴方向可移动；
样品臂，采用长焦距物镜或取消物镜，该长焦距物镜的焦距大于等于100mm；
探测臂，包括面阵列探测器，该面阵列探测器的光敏面共轭到参考反射器反射平面和光轴交点；
分束器，分别与所述照明臂、参考臂、样品臂和探测器连接。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述样品臂包括对指纹图像进行分别采集的第一样品臂和第二样品臂。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述参考臂包括用于色差补偿的窗口。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述照明臂还包括将空间非相干光源耦合到系统种正光焦度元件。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述照明臂包括远焦系统，远焦系统包括第一透镜和第二透镜，第二透镜位于所述时域弱相干光源和第一透镜之间，该远焦系统与时域弱相干光源构成科勒照明方式，所述时域弱相干光源被投射到第一透镜的前焦面。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述探测臂包括远焦图像中继组，该远焦图像中继组包括第一正光焦度元件和第二正光焦度元件。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述探测臂包括一分束器、位于分束器入射光路上的第一正光焦度元件、以及分别位于分束器两个出射光路上的第一面阵列探测器和第二面阵列探测器，所述第一面阵列探测器和第二面阵列探测器和分束器之间分别设有第二正光焦度元件和第三正光焦度元件，所述第一正光焦度元件和第二正光焦度元件构成复合聚焦透镜。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述探测臂包括一薄分束器、位于薄分束器入射光路上的正光焦度元件、以及分别位于薄分束器两个出射光路上的第一面阵列探测器和第二面阵列探测器。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别系统中，所述参考反射器为可沿着轴向移动的楔形，移动该参考反射器，使其楔形底面共轭到样品臂窗口朝样品一侧表面来获得外指纹图像，将楔形参考反射器的斜面共轭到手指内部探测内指纹。
相应的，本申请还公开了一种内指纹快速成像和生物识别方法，采用全场光学层析成像方法，对内指纹组织提取与手指表皮有倾角的二维图像，或者对内指纹组织提取曲面的二维图像，对二维图像处理，生成判识结果。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别方法中，所述二维图像处理包括对二维图像进行唯一性编码，以表征内指纹图像。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别方法中，所述二维图像处理还包括将内指纹的唯一性编码与另一个参考编码对比运算的，根据对比结果以特定阈值判识二者是否相同，形成接受或者拒绝的判识结果。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别方法中，还包括提取外指纹图像，将内指纹的二维图像与外指纹图像数据融合。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别方法中，所述外指纹图像由内指纹图像经过图像处理获得。
优选的，在上述的内指纹快速成像和生物识别方法中，对内指纹组织提取两幅二维图像，并进行图像的融合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明克服了现有指纹识别装置由于容易被指纹膜欺骗而存在安全问题，以及手指表面弄脏、太湿或者磨损也会导致识别失效等鲁棒性差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中仅含有内指纹成像系统和识别单元的系统方框图；
图2所示为本发明具体实施例中含有内指纹成像系统、识别单元以及输出单元的系统方框图；
图3所示为本发明具体实施例中识别单元对内指纹图像的处理和识别流程图；
图4所示为本发明具体实施例中识别单元对内指纹图像和外指纹图像的处理和数据融合流程图；
图5所示为本发明具体实施例中输出单元将判识结果对应用系统输出关系框图；
图6所示为本发明具体实施例中利用全场光学相干层析仪提取一幅内指纹图像的原理框图；
图7所示为本发明具体实施例中利用全场光学相干层析仪提取一幅内指纹图像和一幅外指纹图像的原理框图；
图8所示为本发明具体实施例中利用全场光学相干层析仪提取两幅内指纹图像的原理框图；
图9所示为本发明第一实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图10所示为本发明第二实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图11所示为本发明第三实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图12所示为本发明第四实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图13所示为本发明第五实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图14所示为本发明第六实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图15所示为本发明第七实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图16所示为本发明第八实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图17所示为本发明第九实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图18所示为本发明第十实施例中利用全场光学相干层析术对内指纹成像的示意图；
图19所示为本发明具体实施例中指纹图像提取的位置组态的示意图。
具体实施方式
用于生物识别中的系统，我们将需要改变系统参数，以极低数值孔径系统来来完成大穿透深度的组织内部成像系统。
进一步地，在样品臂中采用长焦距物镜(焦距大于等于100mm)，甚至取消物镜，将数值孔径控制在0.1以下，物空间的景深小于或等于300μm，优选为300μm。
全场光学相干层析系统的数值孔径还关联着另外一个重要参数是物空间的景深DOF，
其中λc为光源的中心波长，NA为光学系统的数值孔径。采用卤钨灯照明时，数值孔径为0.05，物空间的景深可以达到200μm。如此大的景深，允许我们改变传统的垂直于光轴成像的方式，采取倾斜或者曲面照明，只要成像物空间在身体组织中在指定的景深范围内，均可以获得高的图像质量。针对全场光学相干层析系统，物空间图像采样的位置取决于参考臂的参考反射器的形状，采取倾斜或者曲面成像面的情况，只要将参考臂的参考反射器采取对应形状即可。像面采集的位置，对应于参考臂的参考反射器在活体组织中的对应位置，移动或者旋转参考反射器，则成像面也相应移动和旋转。
本发明现在将参照附图，其中本发明的说明性实施例示出在下文中更充分地描述。本发明可能，但是，可以体现为许多不同的形式和为限于这里阐述的实施例不应被解释；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将充分地传达本发明的范围本领域技术人员的技术人员。相同的数字指代相同的元件。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的，并非意在限制本发明的。如本文中所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解，术语“包括”，并在本说明书中使用时指定所陈述的特征，整数，步骤，操作，元件的存在/或“包含”，和/或部件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征，整数，步骤，操作，元件，组件和/或它们的组。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有如普通技术人员通常的一个本发明所属的领域中所理解的相同的含义。将进一步理解，术语，例如那些在常用字典中定义的，应当被解释为具有含义与它们在相关领域的上下文中和本说明书中的含义一致，并且将不会在理想化或过度被解释正式的意义，除非在此明确定义。
“正面图像”指的是平行或倾斜于组织表面的平面内被成像。应当进一步理解的是，如本文所用的，从频率转换为时间的变换，对光学信息而言等效于频率和空间之间的变换。
如由本领域的技术人员理解的，内指纹识别系统通常使用可与高灵敏度和特异性来测定一个独特的个人属性。以获得最好的结果，该属性应该是不能被容易地修改或伪造，但通过非侵入性的装置迅速并容易地测量的属性。我们有时采取第二(或第而通道)测量为了增强单次测力求那个的有效性，或者为了和传统的识别系统兼容。例如，主要属性可以是一个人从全像场层析成像系统获得的内指纹，次要属性可以是传统外指纹的图像。辅助属性的图像可以是模拟的，但我们结合主要属性图像可以与传统数据库系统兼容，在没有主属性数据库的情况下，首先测量辅助属性数据库是否通过识别，如果被接受了，则从主属性判断是生物活体的可能，如果得到确认，则将传统数据的身份信息与主属性数据关联，自动建立了新的主属性数据库。
结合图1所示，本发明一些实例中，内指纹快速成像和生物识别系统900仅含有内指纹成像系统500和识别单元600。其中，成像系统500用于获得内指纹图像220，而识别单元600用于处理和识别内指纹图像220
所提取的内指纹图像210对应于物空间一个平面，该平面与手指皮肤表面成一个倾角；或者所提取的内指纹图像210对应于物空间一个任意曲面。
结合图2所示，本发明一些实例中，系统900含有内指纹成像系统500、识别单元600以及输出单元700。其中，成像系统500用于获得内指纹图像210，识别单元600用于处理和识别内指纹图像210，而输出单元700将判识结果607用于驱动和连接不同的应用系统。
结合图3所示，本发明一些实例中，识别单元600对内指纹图像210的处理和识别过程。内指纹图像210经过Gabor小波滤波器602滤波，形成唯一性编码603，与数据库中的参考编码605对比，其结果将基于给定阈值进行判识，输出接受或者拒绝的判识结果607。
结合图4所示，本发明一些实例中，识别单元600对内指纹图像210进行生理特征分析，判断是否来自于活体，但不进行实质性识别，利用所测量的外指纹211与传统外指纹数据库进行识别对比，以内外指纹数据融合的方式形成判识结果，保持高度安全的情况下，同时对传统指纹数据库保持兼容。
结合图5所示，本发明一些实例中，识别结果607被应用到到考勤管理系统701、门禁控制系统702、信息管理平台703、登录验证系统704，其中门禁控制系统702又与电子锁连接。
结合图6所示，本发明一些实例中，全场光学相干层析仪501包括至少一个弱相干照明臂10，一个分束器120，一个参考臂14，一个样品臂13，一个计算系统200，一个探测臂15和手指样品210。计算系统10用于计算内指纹图像210，包括预处理增强等。
结合图7所示，本发明一些实例中，全场光学相干层析仪501包括至少一个弱相干照明臂10，一个分束器120，一个参考臂14，一个样品臂13，一个计算系统200，一个探测臂15和手指样品210，与以上图6中讨论的结构类似。不同的是增加了一个数字采集单元30用于以常规成像方法对外指纹211成像。
结合图8所示，本发明一些实例中，全场光学相干层析仪501包括至少一个弱相干照明臂10，一个分束器120，一个参考臂14，一个样品臂13，一个计算系统200，一个探测臂15和手指样品210，与以上图6中讨论的结构类似。不同的是增加了样品臂40额外提取一幅内指纹图像212。两幅内指纹图像的融合可以更加提高安全度以及鲁棒性。
结合图9所示，本发明一些实例中，照明臂10由时域弱相干光源100组成，可以是LED、超辐射激光管SLD、卤钨灯等光谱较宽的面光源，中心波长可能在近红外，系统也可以通过这些光源经光纤束耦合来照明系统；探测臂15由正光焦度元件150，面阵列探测器160组成，其中探测臂由正光焦度元件150把内指纹层共轭到探测器160光敏面。面阵列探测器160可以是二维CCD、InGaAs、CMOS或者光电二极管阵列；参考臂14由一个参考反射器140组成，可以是结晶硅Silicon、锗Gallium、氧化锌Zinc oxide、镀膜反射镜或者Yag晶体材料；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品组成。
成像过程中，面阵列探测器160的光敏面共轭到参考反射器140反射平面和光轴交点，而参考反射器140反射面对应于手指样品210内部将取得图像的内指纹组织层。该成像截面一般位于手指内部，倾斜于光轴，或者为任意形状曲面，外指纹211将无法影响成像内容，这样可以防止复制指纹以及手指表面不洁不影响识别结果。特例的，如果参考反射器140共轭于窗口130靠近手指样品210一侧，所取得的指纹图像211将是皮肤表面的外指纹。
本实施例中，实现了数值孔径为0.05，对手指内500μm深度内指纹成像。
结合图10所示，本发明一些实例中，样品臂窗口131用于色差补偿，照明臂10由时域弱相干光源100组成；探测臂15由正光焦度元件150，面阵列探测器160组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。其中参考臂14增加了窗口131，通常是和样品臂窗口130相同，用于色差补偿。
结合图11所示，本发明一些实例中，照明臂含有一个具有光焦度元件，探测臂15由正光焦度元件150，面阵列探测器160组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成，与以上图9中讨论的结构类似。只是这里其中照明臂除了时域弱相干光源100，增加了正光焦度元件110，用于将空间非相干光源更高效率的耦合到系统中。如果空间非相干光源100输出端不够均匀，正光焦度元件110一般将焦面对准光源100的输出端用来准直，采取科勒照明的方式使得像面照明均匀；如果空间非相干光源100输出端均匀度很高，正光焦度元件110一般用来将空间非相干光源100输出端成像到参考反射器140面上用来提高光能耦合效率。
结合图12所示，本发明一些实例中，可旋转和位移参考反射器用于采集不同层不同角度的内指纹结构，照明臂10由时域弱相干光源100，正光焦元件110组成；探测臂15由正光焦度元件150，面阵列探测器160组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。参考反射器140可以旋转和沿着光轴位移，这样可以采集不同层不同角度的内指纹结构的光路。
结合图13所示，本发明一些实例中，光源臂10含有一个远焦中继组件可提高光传输效率的光路。探测臂15由正光焦度元件150，面阵列探测器160组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例照明臂10除了时域弱相干光源100，还包含元件110和111组成的远焦系统，光源100被投射到110前焦面，采用严格的科勒照明方式。
结合图14所示，本发明一些实例中，探测臂中含有一个远焦图像中继组件可减少渐晕的光路。照明臂10由时域弱相干光源100，正光焦元件110组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例探测臂15由正光焦度元件150和151构成远焦图像中继组，共轭到手指物体可减少渐晕；
结合图15所示，本发明一些实例中，光源臂10含有一个远焦中继组件，且探测臂15中也含有一个远焦图像中继组件的光路。探测臂15由正光焦度元件150和151构成的远焦图像中继组，面阵列探测器160组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例照明臂10除了时域弱相干光源100，还包含透镜110和111组成的远焦系统，光源100被投射到110前焦面，采用严格的科勒照明方式，手指210和参考反射器140被均匀照明。
结合图16所示，本发明一些实例中，采取远焦图像中继混合分束镜同时采集内外指纹图像，可经后续处理可和当前外指纹识别系统数据库兼容的光路。照明臂10由时域弱相干光源100，正光焦元件110组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例探测臂15除了由正光焦度元件150和151构成的远焦图像中继组，以及面阵列探测器160，还增加了一个探测通道：由正光焦度元件150和152构成的复合聚焦透镜，以及面阵列探测器161，该探测通道通过分束器121获得含有样品结构的光信号。该结构的优点是通过调整正光焦度元件152，可以将面阵列探测器161单独共轭到窗口130靠近样品一侧，用于测量外指纹211图像。而探测器160用于探测内指纹图像。在识别过程中，可以将外指纹图像作为索引获得被识别主体的身份信息与内指纹数据关联，同时，内指纹图像的生理结依然可以起到防伪的限制作用。该系统对已经有大型数据库的国家安全部门和大型企业，以及指纹重新注册难度很高的应用场景具有重要意义，可以完全与原有系统兼容的升级到安全度更高的状态。
结合图17所示，本发明一些实例中，采取薄分光镜同时采集内外指纹图像，可经后续处理可和当前外指纹识别系统数据库兼容的光路。照明臂10由时域弱相干光源100，正光焦元件110组成；参考臂14由一个参考反射器140组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例探测臂15除了由正光焦度元件150和面阵列探测器160，还增加了一个新探测通道：面阵列探测器161，该探测通道通过薄分束器122分别获得含有样品结构的光信号，分束器122厚底越小有利于降低像差探测器161所成图像的像差。该结构的优点是通过调整面阵列探测器161可以将其单独共轭到窗口130靠近样品一侧，用于测量外指纹211图像。该系统对已经有大型数据库的国家安全部门和大型企业，以及指纹重新注册难度很高的应用场景具有重要意义，可以完全与原有系统兼容的升级到安全度更高的状态。
结合图18所示，本发明一些实例中，参考反射器140采取光楔形形式，经过位移可以用弱相干干涉方法分别提取内外指纹的层析图像的光路。照明臂10由时域弱相干光源100，正光焦元件110组成；探测臂15由正光焦度元件150和面阵列探测器160组成；样品臂13由一个玻璃窗口130，和手指样品210组成。本实施例参考臂中参考反射器141为可沿着轴向移动的楔形，这种结构可以移动参考反射器141，使其楔形底面共轭到样品臂窗口130朝样品一侧表面来获得外指纹图像，将楔形参考反射器141的斜面共轭到手指内部探测内指纹。通过分时方式获得内指纹210和外指纹211，对已经有大型数据库的国家安全部门和大型企业，以及指纹重新注册难度很高的应用场景具有重要意义，可以完全与原有系统兼容的升级到安全度更高的状态。
结合图19所示，141至148原件外框表示有效的可用于唯一标识身份的活体组织范围，长度方向代表深度。其中，141表示全像场弱相干层析成像系统的参考臂140组态是提取平行于样品表面的固定位置图像，但成像面为曲面，该曲面可以对应于任意深度的活体组织结构，曲面一般在样品臂的景深范围内；142表示可调节的参考臂组态，取样曲面可以在指定的范围内移动，获得任意深度位置的层析图像；143表示静态的两个参考臂组态，固定取得间隔开的两个位置的取样曲面的层析图像；144表示静态的取得与样品表面既不平行也不垂直的倾斜平面的层析图像；145表示可调节的参考臂组态，它可以在指定的角度范围内转动，获得任意角度物面的层析图像；146表示静态的两个参考臂组态，固定取得间隔开的两个旋转位置的倾斜于手指表面的层析图像；147表示静态的两个参考臂组态，固定取得外指纹和某深度处内指纹的曲面层析图像；148表示静态的两个参考臂组态，固定取得外指纹和倾斜于手指表面成某角度的内指纹的层析图像。以上141-148等组态还可以相互组合提取多幅图像用于识别。
本发明提高穿透深度主要采取低数值孔径的系统设计，以及采用散射和吸收系数低红外光照明等实现。其中，低的数值孔径一般通过在样品臂中采用长焦距物镜，甚至取消物镜而获得。数值孔径一般在0.1以下适宜。
在以上图案中，我们揭示了一些本发明的实例。但是，遵循本发明原理，很多种变化和修改无法穷尽枚举。相应的，这些实例仅仅用于一般性的解释，而不是限制，具体本发明的限制见优先权说明。
Claims (18)
1.一种内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于，包括：
全场光学层析成像单元，对内指纹组织提取与手指表皮有倾角的二维图像，或者对内指纹组织提取曲面的二维图像，数值孔径控制在0.1及以下，物空间的景深小于或等于300μm；
识别处理单元，对二维图像处理，生成判识结果。
2.根据权利要求1所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：还包括：
输出单元，将判识结果和相应的应用平台或系统关联。
3.根据权利要求2所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述相应的应用平台或系统为考勤管理系统、或含有登录验证的系统、或信息管理平台、或门禁管理系统。
4.根据权利要求1所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述全场光学层析成像单元包括：
照明臂，包括时域弱相干光源；
参考臂，包括参考反射器，该参考反射器可旋转和/或沿光轴方向可移动；
样品臂，采用长焦距物镜或取消物镜，该长焦距物镜的焦距大于等于100mm；
探测臂，包括面阵列探测器，该面阵列探测器的光敏面共轭到参考反射器反射平面和光轴交点；
分束器，分别与所述照明臂、参考臂、样品臂和探测器连接。
5.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述样品臂包括对指纹图像进行分别采集的第一样品臂和第二样品臂。
6.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述参考臂包括用于色差补偿的窗口。
7.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述照明臂还包括将空间非相干光源耦合到系统种正光焦度元件。
8.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述照明臂包括远焦系统，远焦系统包括第一透镜和第二透镜，第二透镜位于所述时域弱相干光源和第一透镜之间，该远焦系统与时域弱相干光源构成科勒照明方式，所述时域弱相干光源被投射到第一透镜的前焦面。
9.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述探测臂包括远焦图像中继组，该远焦图像中继组包括第一正光焦度元件和第二正光焦度元件。
10.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述探测臂包括一分束器、位于分束器入射光路上的第一正光焦度元件、以及分别位于分束器两个出射光路上的第一面阵列探测器和第二面阵列探测器，所述第一面阵列探测器和第二面阵列探测器和分束器之间分别设有第二正光焦度元件和第三正光焦度元件，所述第一正光焦度元件和第二正光焦度元件构成复合聚焦透镜。
11.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述探测臂包括一薄分束器、位于薄分束器入射光路上的正光焦度元件、以及分别位于薄分束器两个出射光路上的第一面阵列探测器和第二面阵列探测器。
12.根据权利要求3所述的内指纹快速成像和生物识别系统，其特征在于：所述参考反射器为可沿着轴向移动的楔形，移动该参考反射器，使其楔形底面共轭到样品臂窗口朝样品一侧表面来获得外指纹图像，将楔形参考反射器的斜面共轭到手指内部探测内指纹。
13.一种内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：采用全场光学层析成像方法，对内指纹组织提取与手指表皮有倾角的二维图像，或者对内指纹组织提取曲面的二维图像，对二维图像处理，生成判识结果。
14.根据权利要求13所述的内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：所述二维图像处理包括对二维图像进行唯一性编码，以表征内指纹图像。
15.根据权利要求14所述的内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：所述二维图像处理还包括将内指纹的唯一性编码与另一个参考编码对比运算的，根据对比结果以特定阈值判识二者是否相同，形成接受或者拒绝的判识结果。
16.根据权利要求13所述的内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：还包括提取外指纹图像，将内指纹的二维图像与外指纹图像数据融合。
17.根据权利要求16所述的内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：所述外指纹图像由内指纹图像经过图像处理获得。
18.根据权利要求13所述的内指纹快速成像和生物识别方法，其特征在于：对内指纹组织提取两幅二维图像，并进行图像的融合。
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