CN109919019A - 一种指尖三维信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种指尖三维信息采集系统，包括OCT指尖内部信息采集模块(1000)、全反射指尖表皮信息采集模块(1100)、支持模块(1200)以及计算机(1300)；所述支持模块(1200)用于实现数据接口拓展以便计算机(1400)与各个模块的数据传输和电源输出；所述全反射指尖表皮信息采集模块(1100)用于实现指尖表皮指纹信息的采集；OCT指尖内部信息采集模块(1100)用于负责指尖OCT信息的采集；计算机(1400)用于实现对采集到的光谱信号进一步处理，得到最终所需的指尖三维信息。本发明可以得到指尖三维信息，包括指尖表皮指纹、指尖真皮指纹、指尖汗孔汗腺信息等三维结构信息。
Description
技术领域
本发明属于生物特征识别技术领域，尤其是一种采集指尖表皮信息、指尖内部信息的系统。
背景技术
随着信息技术的不断发展，传统的身份认证方法容易被伪造或者冒充，而生物识别技术是对个人自身独有的特征进行认证识别，许多国家都选择将生物特征识别技术应用于国家安全和身份防盗等方面。生物识别数据库也在逐步建立。这一趋势使生物识别技术成为安全相关应用的重要组成部分，例如：公安的犯罪调查，门禁系统，政府身份认证以及恐怖主义的预防或检测。各种生物识别技术可用于通过测量指纹、虹膜、面部特征、签名、声音或这些特征的组合来识别或验证个体。但是由于单一模态的生物特征在实际应用中会收到诸多问题的限制，比如易受数据噪声的影响，而随着生物特征伪造技术的进步，防伪性也更容易受到挑战。
因此，将多种模态生物特征进行信息融合来完成身份认证成为一种可行的解决方案。相比于单一模态的生物特征认证技术，将多种模态生物特征进行融合来完成身份认证，多种模态生物特征形成优势互补，拥有区分性高、防伪性高等特点。如今每年都会有新的算法或者技术提出，推动着生物特征识别行业的发展。
光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)是一种非侵入、非接触和无损伤的光学成像技术。OCT基于低相干干涉测量法，通常采用近红外光。其使用相干光来获得来自光学散射介质(例如，生物组织)内微米级分辨率的二维和三维图像。目前已经用于医学成像和工业无损检测(NDT)。
发明内容
为了解决现有指尖三维信息采集的问题，本发明提供了一种可以同步采集指尖表皮信息、指尖内部信息的系统，为了实现多个信息的同步采集，采用了特制梯形棱镜的设计，使得整个装置中的两种光源互不影响地工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种指尖三维信息采集系统，包括OCT指尖内部信息采集模块(1000)、全反射指尖表皮信息采集模块(1100)、支持模块(1200)以及计算机(1300)；所述支持模块(1200)用于实现数据接口拓展以便计算机(1300)与各个模块的数据传输和电源输出；所述全反射指尖表皮信息采集模块(1100)用于实现指尖表皮指纹信息的采集；OCT指尖内部信息采集模块(1100)用于负责指尖OCT信息的采集；计算机(1300)用于实现对采集到的光谱信号进一步处理，得到最终所需的指尖三维信息。
进一步，所述的OCT指尖内部信息采集模块(1000)由OCT弱相干光源(1001)、50:50光纤耦合器(1002)、光谱仪(1003)、参考臂(1004)、样品臂(1005)和特制梯形棱镜(1006)组成，由OCT弱相干光源(1001)发出的光束经过50:50光纤耦合器(1002)分成两路同等的相干光，一路到达参考臂(1004)，另一路达到样品臂(1005)，样品臂(1005)和参考臂(1004)返回的干涉光信号经过50:50光纤耦合器(1002)后由光谱仪(1003)解析收集，之后通过支持模块(1200)传向计算机(1300)。
所述的OCT弱相干光源(1001)用于负责给OCT指尖内部信息采集模块(1000)提供光源。采用Inphenix的IPSDS1307C弱相干光源，该光源中心波长为1308.2nm，3dB带宽85.6nm，输出功率17.18mW；
所述50:50光纤耦合器(1002)用于实现光信号的等分与耦合，采用thorlabs的TW1300R5A2宽带光纤耦合器，分光比50:50，配备了四个FC/APC接头，FC/APC接头的端面是倾斜的，可以有效抑制端面反射带来的噪声；
所述光谱仪(1003)用于检测样品臂(1005)和参考臂(1004)耦合光的干涉信号，光谱仪的准直镜f＝90mm；光谱仪聚焦镜f＝75mm；投射光栅制造商为Wasatch Photonics，尺寸D＝50.8mm，厚度为6mm，中心波长1310nm，刻线密度为1145线/mm，而应用的线阵CCD采用SENSORS公司GL2048R线阵CCD，像元数目为2048个，单个像元大小为10um*210um，最大采样频率可达147kHz；
所述的参考臂(1004)包括镀金反射镜、特制梯形棱镜(1006)与聚焦透镜，镀金反射镜为大恒光电GCC-102302保护金反射镜，聚焦透镜采用大恒光电GCL-010661双胶合消色差透镜，其参数为：f＝10.0mm。从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过聚焦透镜聚焦，透过特制梯形棱镜(1006)后，经过镀金反射镜的反射一部分光线原路返回光纤，重新到达50:50光纤耦合器(1002)；
所述的样品臂(1005)由光纤准直器、振镜、聚焦透镜和特制梯形棱镜(1006)构成，从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过光纤准直器然后照在振镜上，经过振镜的反射后通过聚焦透镜最终射在指尖上，指尖样品反射回来的光信号原路返回至50:50光纤耦合器(1002)与参考臂(1004)返回的光信号发生干涉。光纤准直器为thorlabs的FC/APC光纤准直器F260APC-C，参数为1310nm，f＝15.36mm，NA＝0.16，距离透镜一倍焦距处的1/e^2直径理论值为d＝2.8mm；聚焦透镜采用thorlabs的AC300-100-C消色差双胶合透镜，f＝100.0mm，增透膜：1050-1700nm。振镜包括一对X振镜和Y振镜，通过对X振镜和Y振镜的控制来改变准直光束的方向，使得照射在指尖的位置发生变化，该振镜为大族电机医疗振镜，配套易安锐MC800激光打标控制卡，X振镜镜片与Y振镜镜片均为Edmund保护金反射镜，尺寸为12.5mm*12.5mm和12.5mm*17.5mm；
所述的特制梯形棱镜(1006)材质为BK7，两个底角均为45°，底边长54mm，厚度为22mm。
再进一步，所述的全反射指尖表皮信息采集模块(1100)由工业相机(1101)、双胶合消色差透镜(1102)、单色平行光光源(1103)组成，由单色平行光光源(1103)发出的准直光束经由特制梯形棱镜(1006)全反射后射向双胶合消色差透镜(1102)，最终光束经由双胶合消色差透镜(1102)聚焦成像后由工业相机(1101)采集到指尖表皮信息。
所述的工业相机(1101)用于负责指尖表皮指纹信息的获取，该相机通过千兆网口(1202)与计算机(1300)相连，将得到的数据信息上传，该模块使用的是BASLER scA1400-30gm黑白工业相机,使用的是Sony ICX285感光芯片，最大可以采集1392*1040分辨率下30帧每秒的图像数据；
所述的双胶合消色差透镜(1102)采用大恒光电GCL-010652双胶合消色差透镜，f＝50.0mm；
所述的单色平行光光源(1103)用于负责给指尖表皮指纹采集模块(1100)提供光源。该光源是由一个红色LED、物镜、聚焦镜和滤光片组成，物镜与聚焦镜保证了最终的光束是平行光，滤光片减弱平行光在特制梯形棱镜(1006)中的色散效应。
更进一步，所述支持模块(1200)中，CameraLink(1201)接口通过两根CameraLinkSDR/SDR线将样品臂(1005)中的线阵CCD与数据采集卡相连接；千兆网口(1202)实现了工业相机(1101)与计算的(1300)的连接；PCIe接口(1203)将数据采集卡与计算机(1300)连接，其中数据采集卡为Teledyne DALSA的Xtium-CL PX4，片上缓存大小为512MB；USB接口(1204)将计算机(1300)与振镜控制卡相连接，将控制信号传输到振镜，使振镜根据控制信号运动，其中振镜控制卡为易安锐MC800激光打标控制卡；整个系统的电源支持包括单色平行光光源(1103)的2.5V,OCT弱相干光源(1001)的2.5V和5V,工业相机(1001)、光谱仪(1003)、振镜的12V以及计算机(1300)所需要的220V交流电。
所述计算机(1300)包括原始数据处理单元(1301)、图像处理单元(1302)和结果显示单元(1303)，原始数据处理单元(1301)对得到的干涉光谱进行OCT信号处理；图像处理单元(1302)对得到的指尖表皮指纹图像、指尖内部组织信号进行解析；结果显示单元(1303)将得到的最终结果显示出来，便于分析比较。
所述原始数据处理单元(1301)中，OCT信号分为以下七个步骤，第一步是对光谱进行截取；第二步是插值，利用插值系数将光强随CCD像元均匀变化的函数转换为光强随波数k均匀变换的函数；第三步是减直流，减去干涉光谱中的直流量以减小零光程附近的噪声；第四步是色散补偿，在减直流后光谱的相位项中减去色散附加相位；第五步进行FFT步骤，使用自功率谱，在完成FFT的基础上增加了求模、缩放、取单边的操作；第六步为了增强对比度，对获得的关系取对数就可以获得强度图；第七步定义一个强度与RGB值的对应关系，将强度意义进行转换就可以得到OCT二维伪彩图；
所述图像处理单元(1302)包括将得到的指尖OCT二维伪彩图进行真皮层轮廓和汗腺的提取与拼接和将工业相机(1101)中得到的表皮指纹图像的图像增强。
所述的指尖三维信息采集系统还包括用来放置特制梯形棱镜(1006)的指尖放置平台，使用发黑铝板制成，中间有放置特制梯形棱镜(1006)的槽，手部放置于该平台上，指尖正好位于特制梯形棱镜(1006)的放置位置，便于数据的采集。
采用特制梯形棱镜(1006)结合两种不同的光学技术，提取到的指纹面积达到18*14mm2，满足居民身份证指纹采集器通用技术要求(GA/T 1011—2012)的指纹面积要求。
本发明的技术构思为：在指尖的表皮信息中，表皮指纹信息作为目前最成熟的生物识别特征，具有识别率高、易采集、易被接受的特点。表皮上的汗孔在最新的研究中也展现出极大的活力。而指尖的内部信息中包含有与表皮指纹有相同结构特征的真皮层指纹、从乳头层延伸到角质层的螺旋结构的汗腺等信息，这些指尖真皮层和表皮层的三维结构信息，是表皮指纹的有力补充，能应用于抵御日新月异的防伪技术。在本发明设计了一种可以同步采集指尖三维信息的系统。
所述指尖三维信息采集系统利用全反射和OCT的光学技术和图像处理等算法完成了对于指尖表皮指纹、指尖真皮层指纹、指尖汗孔汗腺的数据提取。可以充分利用指尖三维信息的优点，弥补单模态特征的不足。并且该装置中特制梯形棱镜(1006)的巧妙设计使得所用到的两种不同的光学技术可以同时有效使用，互不干扰，使得指尖三维信息的采集可以同步进行。
本发明的有益效果主要变现在：采用自设计的棱镜完美结合两种不同的光学技术，采集面积达到18*14mm2，提取到的指纹满足GA/T 1011—2012的指纹面积要求，安全性高，防伪能力强。
附图说明
图1是指尖三维信息采集系统结构示意框图。
图2是指尖三维信息采集系统流程图。
具体实施方案
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
参照图1和图2，一种指尖三维信息采集系统，包括OCT指尖内部信息采集模块(1000)、全反射指尖表皮信息采集模块(1100)、支持模块(1200)以及计算机(1300)；所述支持模块(1200)用于实现数据接口拓展以便计算机(1300)与各个模块的数据传输和电源输出；所述全反射指尖表皮信息采集模块(1100)用于实现指尖表皮指纹信息的采集；OCT指尖内部信息采集模块(1100)用于负责指尖OCT信息的采集；计算机(1300)用于实现对采集到的光谱信号进一步处理，得到最终所需的指尖三维信息。
进一步，所述的OCT指尖内部信息采集模块(1000)由OCT弱相干光源(1001)、50:50光纤耦合器(1002)、光谱仪(1003)、参考臂(1004)、样品臂(1005)和特制梯形棱镜(1006)组成。由OCT弱相干光源(1001)发出的光束经过50:50光纤耦合器(1002)分成两路同等的相干光，一路到达参考臂(1004)，另一路达到样品臂(1005)。样品臂(1005)和参考臂(1004)返回的干涉光信号经过50:50光纤耦合器(1002)后由光谱仪(1003)解析收集，之后通过支持模块(1200)传向计算机(1300)。
所述的OCT弱相干光源(1001)用于负责给OCT指尖内部信息采集模块(1000)提供光源。采用Inphenix的IPSDS1307C弱相干光源，该光源中心波长为1308.2nm，3dB带宽85.6nm，输出功率17.18mW。
所述50:50光纤耦合器(1002)用于实现光信号的等分与耦合。采用thorlabs的TW1300R5A2宽带光纤耦合器，分光比50:50，配备了四个FC/APC接头。FC/APC接头的端面是倾斜的，可以有效抑制端面反射带来的噪声。
所述光谱仪(1003)用于检测样品臂(1005)和参考臂(1004)耦合光的干涉信号，光谱仪的准直镜f＝90mm；光谱仪聚焦镜f＝75mm；投射光栅制造商为Wasatch Photonics，尺寸D＝50.8mm，厚度为6mm，中心波长1310nm，刻线密度为1145线/mm，而应用的线阵CCD采用SENSORS公司GL2048R线阵CCD，像元数目为2048个，单个像元大小为10um*210um，最大采样频率可达147kHz。
所述的参考臂(1004)包括镀金反射镜、特制梯形棱镜(1006)与聚焦透镜，镀金反射镜为大恒光电GCC-102302保护金反射镜，聚焦透镜采用大恒光电GCL-010661双胶合消色差透镜，其参数为：f＝10.0mm。从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过聚焦透镜聚焦，透过特制梯形棱镜(1006)后，经过镀金反射镜的反射一部分光线原路返回光纤，重新到达50:50光纤耦合器(1002)。
所述的样品臂(1005)由光纤准直器、振镜、聚焦透镜和特制梯形棱镜(1006)构成，从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过光纤准直器然后照在振镜上，经过振镜的反射后通过聚焦透镜最终射在指尖上，指尖样品反射回来的光信号原路返回至50:50光纤耦合器(1002)与参考臂(1004)返回的光信号发生干涉。光纤准直器为thorlabs的FC/APC光纤准直器F260APC-C，参数为1310nm，f＝15.36mm，NA＝0.16，距离透镜一倍焦距处的1/e^2直径理论值为d＝2.8mm；聚焦透镜采用thorlabs的AC300-100-C消色差双胶合透镜，f＝100.0mm，增透膜：1050-1700nm。振镜包括一对X振镜和Y振镜，通过对X振镜和Y振镜的控制来改变准直光束的方向，使得照射在指尖的位置发生变化，该振镜为大族电机医疗振镜，配套易安锐MC800激光打标控制卡，X振镜镜片与Y振镜镜片均为Edmund保护金反射镜，尺寸为12.5mm*12.5mm和12.5mm*17.5mm。
所述的特制梯形棱镜(1006)材质为BK7，两个底角均为45°，底边长54mm，厚度为22mm。
所述的全反射指尖表皮信息采集模块(1100)由工业相机(1101)、双胶合消色差透镜(1102)、单色平行光光源(1103)组成，由单色平行光光源(1103)发出的准直光束经由特制梯形棱镜(1006)全反射后射向双胶合消色差透镜(1102)，最终光束经由双胶合消色差透镜(1102)聚焦成像后由工业相机(1101)采集到指尖表皮信息。
所述的工业相机(1101)用于负责指尖表皮指纹信息的获取，该相机通过千兆网口(1202)与计算机(1300)相连，将得到的数据信息上传，该模块使用的是BASLER scA1400-30gm黑白工业相机,使用的是Sony ICX285感光芯片，最大可以采集1392*1040分辨率下30帧每秒的图像数据。
所述的双胶合消色差透镜(1102)采用大恒光电GCL-010652双胶合消色差透镜，f＝50.0mm。
所述的单色平行光光源(1103)用于负责给指尖表皮指纹采集模块(1100)提供光源。该光源是由一个红色LED、物镜、聚焦镜和滤光片组成，物镜与聚焦镜保证了最终的光束是平行光，滤光片减弱平行光在特制梯形棱镜(1006)中的色散效应。
所述支持模块(1200)中，CameraLink(1201)接口通过两根CameraLink SDR/SDR线将样品臂(1005)中的线阵CCD与数据采集卡相连接；千兆网口(1202)实现了工业相机(1101)与计算的(1300)的连接；PCIe接口(1203)将数据采集卡与计算机(1300)连接，其中数据采集卡为Teledyne DALSA的Xtium-CL PX4，片上缓存大小为512MB；USB接口(1204)将计算机(1300)与振镜控制卡相连接，将控制信号传输到振镜，使振镜根据控制信号运动，其中振镜控制卡为易安锐MC800激光打标控制卡；整个系统的电源支持包括单色平行光光源(1103)的2.5V,OCT弱相干光源(1001)的2.5V和5V,工业相机(1001)、光谱仪(1003)、振镜的12V以及计算机(1300)所需要的220V交流电。
所述计算机(1300)包括原始数据处理单元(1301)、图像处理单元(1302)和结果显示单元(1303)，原始数据处理单元(1301)对得到的干涉光谱进行OCT信号处理；图像处理单元(1302)对得到的指尖表皮指纹图像、指尖内部组织信号进行解析；结果显示单元(1303)将得到的最终结果显示出来，便于分析比较。
所述原始数据处理单元(1301)中，OCT信号分为以下七个步骤，第一步是对光谱进行截取；第二步是插值，利用插值系数将光强随CCD像元均匀变化的函数转换为光强随波数k均匀变换的函数；第三步是减直流，减去干涉光谱中的直流量以减小零光程附近的噪声；第四步是色散补偿，在减直流后光谱的相位项中减去色散附加相位；第五步进行FFT步骤，使用自功率谱，在完成FFT的基础上增加了求模、缩放、取单边的操作；第六步为了增强对比度，对获得的关系取对数就可以获得强度图；第七步定义一个强度与RGB值的对应关系，将强度意义进行转换就可以得到OCT二维伪彩图；
所述图像处理单元(1302)包括将得到的指尖OCT二维伪彩图进行真皮层轮廓和汗腺的提取与拼接和将工业相机(1101)中得到的表皮指纹图像的图像增强。
所述的指尖三维信息采集系统还包括用来放置特制梯形棱镜(1006)的指尖放置平台，使用发黑铝板制成，中间有放置特制梯形棱镜(1006)的槽，手部放置于该平台上，指尖正好位于特制梯形棱镜(1006)的放置位置，便于数据的采集。
采用特制梯形棱镜(1006)结合两种不同的光学技术，提取到的指纹面积达到18*14mm2，满足居民身份证指纹采集器通用技术要求(GA/T 1011—2012)的指纹面积要求。
本发明设计的指尖三维信息采集系统，利用全反射和OCT的光学技术和图像处理等算法完成了对于指尖表皮指纹、指尖真皮层指纹、指尖汗孔汗腺的同步采集。可以充分利用指尖三维信息的优点，弥补单模态特征的不足。并且该装置中特制梯形棱镜(1006)的巧妙设计使得所用到的两种不同的光学技术可以同时有效使用，互不干扰，使得指尖三维信息的采集可以同步进行。
如图2所示，指尖三维信息采集系统的流程为，
(1)由支持模块(1200)打开系统的所有电源，系统开始工作：
(2)单色平行光光源(1103)与OCT弱相干光源(1001)开始工作。
(3)单色平行光进入全反射指尖表皮信息采集模块(1100)，光束经过指尖表皮反射后通过双胶合消色差透镜(1102)被工业相机(1101)接收。含有指尖表皮指纹信息的光谱信号通过千兆网口(1202)被计算机(1300)接收，并在显示屏上显示结果(1303)。
(4)OCT弱相干光源(1001)经由50:50光纤耦合器(1002)分成两路，一条光路射向参考臂(1004)的反射镜，另一光束通过样品臂(1005)射向我们的指尖。在参考臂(1004)中有特制梯形棱镜(1006)。然后，从参考臂(1004)和样品臂(1005)反射的光束耦合后由光谱仪(1003)中检测光谱干涉信号。通过CameraLink接口(1201)与PCIe接口(1203)将得到的干涉光谱上传到计算机(1300)中。
(5)在计算机(1300)中进行原始数据处理(1301)和图像处理(1302)，对得到的干涉光谱进行一次傅里叶变换就能将光谱图转化为强度图。将得到的二维OCT图像提取拼接后便可以得到所需要指尖真皮层指纹与汗腺图片。
上述实施方式为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的修改、替代、组合、裁剪，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述系统包括OCT指尖内部信息采集模块(1000)、全反射指尖表皮信息采集模块(1100)、支持模块(1200)以及计算机(1300)；所述支持模块(1200)用于实现数据接口拓展以便计算机(1300)与各个模块的数据传输和电源输出；所述全反射指尖表皮信息采集模块(1100)用于实现指尖表皮指纹信息的采集；OCT指尖内部信息采集模块(1100)用于负责指尖OCT信息的采集；计算机(1300)用于实现对采集到的光谱信号进一步处理，得到最终所需的指尖三维信息。
2.如权利要求1所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述的OCT指尖内部信息采集模块(1000)由OCT弱相干光源(1001)、50:50光纤耦合器(1002)、光谱仪(1003)、参考臂(1004)、样品臂(1005)和特制梯形棱镜(1006)组成，由OCT弱相干光源(1001)发出的光束经过50:50光纤耦合器(1002)分成两路同等的相干光，一路到达参考臂(1004)，另一路达到样品臂(1005)；样品臂(1005)和参考臂(1004)返回的干涉光信号经过50:50光纤耦合器(1002)后由光谱仪(1003)解析收集，之后通过支持模块(1200)传向计算机(1300)。
3.如权利要求2所述的一种手指三维信息采集系统，其特征在于：所述的OCT弱相干光源(1001)用于负责给OCT指尖内部信息采集模块(1000)提供光源，采用Inphenix的IPSDS1307C弱相干光源，该光源中心波长为1308.2nm，3dB带宽85.6nm，输出功率17.18mW；
所述50:50光纤耦合器(1002)用于实现光信号的等分与耦合，采用thorlabs的TW1300R5A2宽带光纤耦合器，分光比50:50，配备了四个FC/APC接头，FC/APC接头的端面是倾斜的；
所述光谱仪(1003)用于检测样品臂(1005)和参考臂(1004)耦合光的干涉信号，光谱仪的准直镜f＝90mm；光谱仪聚焦镜f＝75mm；投射光栅制造商为Wasatch Photonics，尺寸D＝50.8mm，厚度为6mm，中心波长1310nm，刻线密度为1145线/mm，而应用的线阵CCD采用SENSORS公司GL2048R线阵CCD，像元数目为2048个，单个像元大小为10um*210um，最大采样频率可达147kHz；
所述的参考臂(1004)包括镀金反射镜、特制梯形棱镜(1006)与聚焦透镜，镀金反射镜为大恒光电GCC-102302保护金反射镜，聚焦透镜采用大恒光电GCL-010661双胶合消色差透镜，其参数为：f＝10.0mm，从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过聚焦透镜聚焦，透过特制梯形棱镜(1006)后，经过镀金反射镜的反射一部分光线原路返回光纤，重新到达50:50光纤耦合器(1002)；
所述的样品臂(1005)由光纤准直器、振镜、聚焦透镜和特制梯形棱镜(1006)构成，从50:50光纤耦合器(1002)出来的光束先是经过光纤准直器然后照在振镜上，经过振镜的反射后通过聚焦透镜最终射在指尖上，指尖样品反射回来的光信号原路返回至50:50光纤耦合器(1002)与参考臂(1004)返回的光信号发生干涉，光纤准直器为thorlabs的FC/APC光纤准直器F260APC-C，参数为1310nm，f＝15.36mm，NA＝0.16，距离透镜一倍焦距处的1/e^2直径理论值为d＝2.8mm；聚焦透镜采用thorlabs的AC300-100-C消色差双胶合透镜，f＝100.0mm，增透膜：1050-1700nm；振镜包括一对X振镜和Y振镜，通过对X振镜和Y振镜的控制来改变准直光束的方向，使得照射在指尖的位置发生变化，该振镜为大族电机医疗振镜，配套易安锐MC800激光打标控制卡，X振镜镜片与Y振镜镜片均为Edmund保护金反射镜，尺寸为12.5mm*12.5mm和12.5mm*17.5mm；
所述的特制梯形棱镜(1006)材质为BK7，两个底角均为45°，底边长54mm，厚度为22mm。
4.如权利要求1～3之一所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述的全反射指尖表皮信息采集模块(1100)由工业相机(1101)、双胶合消色差透镜(1102)、单色平行光光源(1103)组成，由单色平行光光源(1103)发出的准直光束经由特制梯形棱镜(1006)全反射后射向双胶合消色差透镜(1102)，最终光束经由双胶合消色差透镜(1102)聚焦成像后由工业相机(1101)采集到指尖表皮信息。
5.如权利要求4所述的一种手指三维信息采集系统，其特征在于：所述的工业相机(1101)用于负责指尖表皮指纹信息的获取，该相机通过千兆网口(1202)与计算机(1300)相连，将得到的数据信息上传，该模块使用的是BASLER scA1400-30gm黑白工业相机,使用的是Sony ICX285感光芯片，最大可以采集1392*1040分辨率下30帧每秒的图像数据；
所述的双胶合消色差透镜(1102)采用大恒光电GCL-010652双胶合消色差透镜，f＝50.0mm；
所述的单色平行光光源(1103)用于负责给指尖表皮指纹采集模块(1100)提供光源，该光源是由一个红色LED、物镜、聚焦镜和滤光片组成，物镜与聚焦镜保证了最终的光束是平行光，滤光片减弱平行光在特制梯形棱镜(1006)中的色散效应。
6.如权利要求1～3之一所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述支持模块(1200)中，CameraLink(1201)接口通过两根CameraLink SDR/SDR线将样品臂(1005)中的线阵CCD与数据采集卡相连接；千兆网口(1202)实现了工业相机(1101)与计算的(1300)的连接；PCIe接口(1203)将数据采集卡与计算机(1300)连接，其中数据采集卡为TeledyneDALSA的Xtium-CL PX4，片上缓存大小为512MB；USB接口(1204)将计算机(1300)与振镜控制卡相连接，将控制信号传输到振镜，使振镜根据控制信号运动，其中振镜控制卡为易安锐MC800激光打标控制卡；整个系统的电源支持包括单色平行光光源(1103)的2.5V,OCT弱相干光源(1001)的2.5V和5V,工业相机(1001)、光谱仪(1003)、振镜的12V以及计算机(1300)所需要的220V交流电。
7.如权利要求1～3之一所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述计算机(1300)包括原始数据处理单元(1301)、图像处理单元(1302)和结果显示单元(1303)，原始数据处理单元(1301)对得到的干涉光谱进行OCT信号处理；图像处理单元(1302)对得到的指尖表皮指纹图像、指尖内部组织信号进行解析；结果显示单元(1303)将得到的最终结果显示出来，便于分析比较。
8.如权利要求7所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述原始数据处理单元(1301)中，OCT信号分为以下七个步骤：
第一步是对光谱进行截取；
第二步是插值，利用插值系数将光强随CCD像元均匀变化的函数转换为光强随波数k均匀变换的函数；
第三步是减直流，减去干涉光谱中的直流量以减小零光程附近的噪声；
第四步是色散补偿，在减直流后光谱的相位项中减去色散附加相位；
第五步进行FFT步骤，使用自功率谱，在完成FFT的基础上增加了求模、缩放、取单边的操作；
第六步为了增强对比度，对获得的关系取对数就可以获得强度图；
第七步定义一个强度与RGB值的对应关系，将强度意义进行转换就可以得到OCT二维伪彩图；
所述图像处理单元(1302)包括将得到的指尖OCT二维伪彩图进行真皮层轮廓和汗腺的提取与拼接和将工业相机(1101)中得到的表皮指纹图像的图像增强。
9.如权利要求1～3之一所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：所述的指尖三维信息采集系统还包括用来放置特制梯形棱镜(1006)的指尖放置平台，使用发黑铝板制成，中间有放置特制梯形棱镜(1006)的槽，手部放置于该平台上，指尖正好位于特制梯形棱镜(1006)的放置位置，便于数据的采集。
10.如权利要求1～3之一所述的一种指尖三维信息采集系统，其特征在于：采用特制梯形棱镜(1006)结合两种不同的光学技术，提取到的指纹面积达到18*14mm2，满足居民身份证指纹采集器通用技术要求(GA/T 1011—2012)的指纹面积要求。
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2019
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