CN1641406B - 大视场无畸变掌纹采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学技术领域，是一种用于掌纹图像采集的摄像光学系统。由直角棱镜，两个平面反射镜，成像物镜，图像接收器和光源组成。采集掌纹时，手掌置于工作面A上，由光源照明，在掌纹与直角棱镜工作面A接触部分形成的散射光线，沿着直角棱镜的45°方向射出，经平面反射镜反射进入成像物镜，再经另一平面反射镜将掌纹成像在图像接收器上。两个平面反射镜、成像物镜和图像接收器固定在同一壳体上，沿着与工作面A成一固定角度的轴线作匀速运动，形成对掌纹的扫描。成像物镜在对掌纹作扫描时，保持物距不变。根据扫描运动方向DPI的要求，合理选择扫描速度，可采集大面积的掌纹图像，获得无畸变的高质量图像。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种掌纹图像采集技术，具体地说，是一种用于掌纹采集的摄像光学系统。
背景技术
现在已有多种指纹图像采集系统，但都只适用于采集面积较小的情况。这类系统只能满足线视场较小的情况下的使用要求，对于线视场较大的情况，成像质量不能满足使用要求，如“大视场无畸变指纹识别光学系统”(CN2335156)，该系统主要由校正棱镜、输入棱镜、成像物镜、光源、图象接收器、盖板、支架、反射镜、机壳等组成，采用立体光路在校正指纹图象纵向比的同时又把整个光束的口径缩小了0.7倍，使光学系统尺寸大大减小，降低了成本。采用远心光路成像物镜，使得指纹图像无梯形畸变，成像质量能满足使用要求。此类系统，其图象接收器采用面阵CCD，只适用于采集面积小于40×40mm2。对于采集面积较大，例如采集面积为125×130mm2的掌纹图像，上述系统存在的缺陷是：
1、输入棱镜和校正棱镜的尺寸大大增加，反射镜和成像物镜的尺寸也随之加大。假如用于采集面积为125×130mm2的掌纹图像，其成像物镜前组的口径需加大到φ127.5mm，不仅使系统体积增大，而且提高了加工成本。
2、由于图像采集面积大，需要采用像素数很多的面阵CCD，例如：采集面积为125×130mm2，分辨率为500DPI的掌纹，需要像素数为2460×2560的面阵CCD。但目前，这种面阵CCD尚未有成形商品化产品，市场上很难购买，价格也相当昂贵。
3、由于校正棱镜和输入棱镜的尺寸很大，造成像散和像面离焦很大，图像质量明显下降，无法满足使用要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明通过改变图像采集方式，扩大了采集面积，消除图像的梯形畸变，保证了成像质量，达到采集大面积掌纹图像的要求，目的是提供一种大视场无畸变掌纹采集系统。
本发明由直角棱镜，两个反射镜，成像物镜，图像接收器和光源组成。图像采集方式为线阵CCD扫描方式。
本发明直角棱镜(1)的斜面为采集掌纹工作面。采集掌纹时，手掌置于直角棱镜的工作面上，由光源(6)照明，在掌纹与直角棱镜(1)工作面接触部分形成的散射光线，沿着直角棱镜(1)的45°反射方向射出，经平面反射镜(2)反射进入成像物镜(3)，再经平面反射镜(4)反射，成像在图像接收器线阵CCD(5)上。在掌纹工作面上其余的反射光，形成掌纹图像的背影。上述的平面反射镜(2、4)，成像物镜(3)和图像接收器(5)均固定在同一壳体(7)上；壳体(7)作匀速扫描运动，用扫描方式获取掌纹图像，其扫描运动轴线和掌纹工作面成一固定角度。
由于采用线阵CCD作图像接收器，瞬时只采集了掌纹的很小一部分线性图像。为获取全部掌纹图像，本发明将两个反射镜、成像物镜和图像接收器均安装在一个壳体上，在采集图像过程中，该壳体在一个方向作匀速运动，实时对掌纹扫描摄像，获取掌纹的扫描图像，通过计算机对图像处理、存贮。
为了消除梯形畸变，应根据直角棱镜的不同材料，合理选择扫描运动轴线与掌纹工作面的夹角，保证在扫描过程中物距保持不变，当直角棱镜的材料不同时，该夹角可在10.5°～17°之间选择，例如：直角棱镜材料为K9时，夹角为11.5°。
为了消除矩形畸变，本发明采用的扫描控制系统，除控制成像物镜作匀速运动外，其扫描速度应满足掌纹整幅图像在扫描方向的分辨率DPI的要求。
本发明除直角棱镜尺寸较大外，其余光学零件尺寸均较小，成像物镜为一般物镜，其焦距和相对孔径可根据总体结构要求确定。
综上所述，本发明由于采取了用线阵CCD扫描摄像，合理选择扫描轴线与掌纹工作面的夹角，由控制系统按着分辨率DPI的要求控制扫描速度，得到了大视场、无畸变、高质量的掌纹图像。
附图说明
图1是本发明的光学系统示意图。图中1为直角棱镜，2、4平面反射镜，3成像物镜，5图像接收器即线阵CCD，6光源。
图1也是本发明的摘要附图。
图2是本发明的一种结构示意图。图中7为壳体，8基板，9棱镜架。U是本发明扫描运动轴线与掌纹工作面的夹角。
具体实施方式
图2是本发明一种具体实施方式示意图，结合图2进一步说明本发明。如图2所示，平面反射镜2、4，成像物镜3及图像接收器5均安装在同一壳体7上。壳体7由驱动系统带动沿与基板8平行的轴线作匀速运动，扫描速度按分辨率DPI的要求选择。
实施例
直角棱镜1的直角边为92×92，材料为K9。成像物镜3的焦距f′＝43mm，相对孔径1∶5，扫描运动轴线与掌纹工作面的夹角U＝11°30′。
Claims (2)
1.一种大视场无畸变掌纹采集系统，由直角棱镜(1)，两个平面反射镜(2、4)，成像物镜(3)，图像接收器(5)和光源(6)组成，其特征是所述的两个平面反射镜(2、4)，成像物镜(3)和图像接收器(5)均固定在同一壳体(7)上；壳体(7)作匀速扫描运动，用扫描方式获取掌纹图像，其扫描运动轴线和掌纹工作面成一固定角度，角度值随直角棱镜(1)的材料不同在10.5°～17°之间选择，使物距在扫描过程中不变。
2.根据权利要求1所述的大视场无畸变掌纹采集系统，其特征是扫描运动的控制系统，除保持匀速扫描外，其数据采样速度满足整体图像分辨率的要求。
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