CN202230492U - 一种指纹识别装置 - Google Patents

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张建寰
王海山
柳广宗
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Abstract

一种指纹识别装置，涉及一种指纹识别装置。设有直角棱镜、指纹图像传感器、嵌入式微处理器、激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器、目标图像、参考图像、第2空间光调制器、傅里叶变换头透镜和光电探测器；所述指纹图像传感器正对着直角棱镜的出射直角边，指纹图像传感器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端；所述激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器、第2空间光调制器、傅里叶变换头透镜和光电探测器从左至右处于同一轴线，嵌入式微处理器的控制信号输出端接第1空间光调制器和第2空间光调制器的输入端；所述光电探测器位于傅里叶变换透镜的前焦点位置；所述光电探测器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端。

Description

一种指纹识别装置
技术领域
本实用新型涉及一种指纹识别装置，尤其是涉及一种采用光学联合变换相关器和指纹提取系统构成的指纹识别装置。
背景技术
光学相关图像识别属于信息光学范畴，信息光学是近年来发展起来的一门新兴学科，是现代光学的一个重要主题，基础就是傅里叶光学。1948年全息技术的发明，1955年光学传递函数概念的建立，以及1960年激光的诞生，是信息光学的基础，而透镜的傅里叶变换效应则构成光学信息处理的理论基础。光学信息处理是指用光学方法实现对输入信息的各种变换或处理。
光学相关器主要分为两类：匹配滤波相关器和联合变换相关器。匹配滤波相关器是由A.VanderLugt于1964年提出来的，也称为VanderLugt相关器。联合变换相关器(Joint TransformCorrelator)是一种典型的光学相关器，最早由Weaver、Goodman及Rau提出。由图像传感器采集到的图像作为目标图像与参考图像分列于输入面两边，通过傅里叶变换透镜完成傅里叶变换得到联合变换功率谱(Joint transform Power Spectrum，JPS)，该功率谱图像再经过逆傅里叶变换即可得到相关运算输出，当目标图像与参考图像完全一致时，可在输出平面得到一对相关峰。随着各种实时光电探测及调制器件在实用化方面的进展，匹配滤波相关器和联合变换相关器都得到了广泛的应用，不过联合变换相关器在某些情况下比VanderLugt相关器更方便。用匹配滤波相关器进行图像识别时，要求滤波器透明片精确对准，而联合变换相关器无需这种对准。此外，联合变换方法对实时系统更具有优越性。
联合变换相关器的基本原理是，其基本结构如图1所示，目标图像(7)与参考图像(8)分列于输入面两边，在透镜L的前焦面P1上放置待识别的目标图像t(x，y)和参考图像r(x，y)，它们中心分别位于(±b，0)，用准直激光束照明，输入函数可以表示为
u(x，y)＝t(x+b，y)+r(x-b，y)                               (1)
通过透镜L进行傅里叶变换，在透镜的后焦面P2上的复振幅分布为
U(fx，fy)＝T(fx，fy)exp(j2πbfx)+R(fx，fy)exp(-j2πbfx)    (2)
其中，
Figure BDA0000094893840000021
U(fx，fy)，T(fx，fy)和R(fx，fy)分别为u(x，y)，t(x，y)和r(x，y)的空间频谱，并称U(fx，fy)为T(fx，fy)和R(fx，fy)的联合傅里叶频谱。
在P2面用记录介质或其他平方率探测器进行光强记录，因为记录的只能是光强信号，而光强是振幅的平方，所以是记录的是图像的联合功率谱。得到联合傅里叶变换的功率谱
|U(fx，fy)|2＝|T(fx，fy)|2+|R(fx，fy)|2
+T*(fx，fy)R(fx，fy)exp(-j4πbfx)+T(fx，fy)R*(fx，fy)exp(j4πbfx)    (3)
式中T*(fx，fy)，R*(fx，fy)分别表示T(fx，fy)和R(fx，fy)的共轭复数。
用单位振幅的平面波读出功率谱，再经过相同焦距f的透镜L进行傅里叶变换，在输出平面P3得到的输出为
u 3 ( x 3 , y 3 ) = t ( x 3 , y 3 ) ⊗ t ( x 3 , y 3 ) + r ( x 3 , y 3 ) ⊗ r ( x 3 , y 3 )
+ t ( x 3 , y 3 ) ⊗ r ( x 3 , y 3 ) * δ ( x 3 - 2 b , y 3 ) + r ( x 3 , y 3 ) ⊗ t ( x 3 , y 3 ) * δ ( x 3 + 2 b , y 3 ) - - - ( 4 )
式中，第一、二项分别是待识别目标图像和参考图像的自相关项，也称为直流项，中心在原点。第三、四项为待识别目标和参考图像的互相关项，中心分别在(2b，0)和(-2b，0)，强度取决于待识别目标与参考图像的相似性，是我们的研究重点。通过探测输出平面的光强度分布，尤其是(2b，0)和(-2b，0)处的光强度分布情况，就可以得知待识别目标和参考图像之间的相关程度。在t(x，y)和r(x，y)相同的情况下，第三、四项的函数形式相同。因此(2b，0)和(-2b，0)处有足够锐利的亮斑，则可知待识别目标图像和参考图像相关度较大，从而可以认为二者相同；而如果(2b，0)和(-2b，0)周围没有足够锐利的亮斑，只有输出平面的中心由较大的亮斑，则可以知道待识别目标图像和参考图像相关度较小。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种具有识别速度较快，并行计算能力较强的指纹识别装置。
本实用新型设有直角棱镜、指纹图像传感器、嵌入式微处理器、激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器(SLM1)、目标图像、参考图像、第2空间光调制器(SLM2)、傅里叶变换头透镜和光电探测器；
所述指纹图像传感器正对着直角棱镜的出射直角边，指纹图像传感器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端；所述激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器、第2空间光调制器、傅里叶变换头透镜和光电探测器从左至右处于同一轴线，嵌入式微处理器的控制信号输出端接第1空间光调制器和第2空间光调制器的输入端；所述光电探测器位于傅里叶变换透镜的前焦点位置；所述光电探测器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端。
激光器发出的激光经过准直滤波得到平行的激光束作为光源，预先通过指纹提取装置(由直角棱镜和指纹图像传感器组成)提取指纹数据库储存于嵌入式微处理器中。再通过指纹提取装置提取待识别的指纹图像，通过嵌入式微处理器将待识别的指纹图像和指纹数据库中的参考指纹图像加载在第1空间光调制器上，平行光源垂直射入第1空间光调制器，平行光源被第1空间光调制器调制，而此时第2空间光调制器没有加载任何图像，被调制后的光源通过傅里叶变换透镜，进行光学傅里叶变换，在傅里叶变换透镜的前焦点处放置光电探测器，光电探测器通过对光强的采集得到了输入图像的联合功率谱。
得到的联合功率谱通过嵌入式微处理器加载于第1空间光调制器上，同时在第2空间光调制器上加载条纹调制函数，在平行光源的照射下，联合功率谱经过条纹调制函数的调制下，再通过傅里叶变换透镜进行傅里叶逆变换，通过图像传感器在傅里叶变换透镜的前焦点位置获取联合变换相关输出。通过嵌入式微处理器对联和变换输出图像进行处理，检测是否存在满足条件的相关波峰，判断待识别的指纹图像与指纹数据库中的指纹参考图像是否为同一指纹图像。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型实施例设有直角棱镜1、指纹图像传感器2、嵌入式微处理器3、激光器4、准直扩束镜5、第1空间光调制器(SLM1)6、目标图像7、参考图像8、第2空间光调制器(SLM2)9、傅里叶变换头透镜10和光电探测器11。所述指纹图像传感器2正对着直角棱镜1的出射直角边，指纹图像传感器2的数据输出端接嵌入式微处理器3输入端；所述激光器4、准直扩束镜5、第1空间光调制器6、第2空间光调制器9、傅里叶变换头透镜10和光电探测器11从左至右处于同一轴线，嵌入式微处理器3的控制信号输出端接第1空间光调制器6和第2空间光调制器9的输入端；所述光电探测器11位于傅里叶变换透镜10的前焦点位置；所述光电探测器11的数据输出端接嵌入式微处理器3输入端。在图1中，直角棱镜1和指纹图像传感器2组成指纹提取装置12。
以下给出具体实施步骤：
步骤一：指纹的提取通过如图1中的直角棱镜和指纹图像传感器组成的指纹提取装置实现，从而获得高对比度的指纹图像。手指按在直角棱镜的斜边，平行光束从直角棱镜的直角边入射，打在斜边的入射角大于棱镜与空气的全反射临界角时，射到空隙的光束将发生全反射，并从另一个直角边射出，射到指纹与接触的位置时，光束将由于皮肤表面的油脂而被吸收，指纹图像传感器探测到从射出的光束，得到指纹图像并存储于嵌入式微处理器中。
步骤二：嵌入式微处理器将通过步骤一获取的指纹图像作为待识别的目标图像加载于第1空间光调制器中的目标图像，同时将嵌入式微处理器中预先存储的指纹图像作为参考图像加载于第1空间光调制器中的参考图像。
步骤三：激光器发出的激光经过准直扩束镜得到平行光束，平行光束照射入第1空间光调制器，得到被调制的光束，通过傅里叶变换透镜发生光学傅里叶变换，在傅里叶变换透镜的前焦点的位置放置的光电探测器记录联合输入图像的联合功率谱，并将传送至嵌入式微处理器。
步骤四：嵌入式微处理器将步骤三得到的联合功率谱加载于第1空间光调制器，同时在第2空间光调制器加载条纹调制滤波器。联合功率谱经过条纹调制滤波器的调制，得到改善的联合功率谱，再经过傅里叶变换透镜的傅里叶逆变换得到联合变换相关输出图像。光电探测器记录联合变换相关输出图像，并传送至嵌入式微处理器。
步骤五：嵌入式微处理器通过检测联合变换相关图像，判断相关波峰是否满足条件，从而决定目标指纹图像与参考指纹图像是否为同一指纹图像。

Claims (1)

1.一种指纹识别装置，其特征在于设有直角棱镜、指纹图像传感器、嵌入式微处理器、激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器、目标图像、参考图像、第2空间光调制器、傅里叶变换头透镜和光电探测器；
所述指纹图像传感器正对着直角棱镜的出射直角边，指纹图像传感器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端；所述激光器、准直扩束镜、第1空间光调制器、第2空间光调制器、傅里叶变换头透镜和光电探测器从左至右处于同一轴线，嵌入式微处理器的控制信号输出端接第1空间光调制器和第2空间光调制器的输入端；所述光电探测器位于傅里叶变换透镜的前焦点位置；所述光电探测器的数据输出端接嵌入式微处理器输入端。
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