CN2578903Y

CN2578903Y - 多手指指纹及指形采集装置

Info

Publication number: CN2578903Y
Application number: CN 02227705
Authority: CN
Inventors: 钮旋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-10-08
Anticipated expiration: 2012-05-23

Abstract

一种多手指指纹及指形采集装置，包括照射光源、直角三棱镜柱、光学成像机构、传感器阵列、A/D转换器、数据缓冲器和图象信号合成电路，直角三棱镜柱的三个面分别是指纹及指形采集平台，照射光源的射入面和射出面，光学成像机构由组合透镜一、二和反射镜和组合透镜三组成，背背相对的组合透镜一、二贴近三棱镜的射出面，组合透镜二的前方设置反射镜，反射镜的反射光方向设置组合透镜三，组合透镜三输出经传感器阵列进行光电图像转换，经A/D转换器转换成数字图象信号，由图象信号合成电路将图象数据缓冲器中的左右两路数字图象信号拼接成完整的指纹及指形电信号图像数据。本实用新型提供了一种用于身份识别，能同时采集多个手指的指形和指纹的数据采集装置。

Description

多手指指纹及指形采集装置

技术领域

本实用新型涉及图象识别技术，具体地说是关于多手指指纹及指形采集装置。

背景技术

在一些特别重要的身份识别运用场合，以及运用于大量人群的身份识别场合，需要采用识别过程更为严格，精度更高的识别装置。遗憾的是，现有身份识别装置很难满足这一要求。特别是不能进行多手指指纹及指形的采集。

发明内容

本实用新型的目的意在克服上述现有技术的不足，提出一种用于身份识别，能同时采集多个手指的指形和指纹的数据采集装置。

实现上述目的的技术方案：一种多手指指纹及指形采集装置，包括照射光源、直角三棱镜柱、光学成像机构、传感器阵列、A/D转换器、数据缓冲器和图象信号合成电路，直角三棱镜柱的一面是能容纳三个手指的指纹及指形采集平台，直角三棱镜柱的另一面是照射光源的射入面，直角三棱镜柱的第三面是照射光源的射出面，光学成像机构由组合透镜一、组合透镜二、反射镜和组合透镜三组成，背背相对的组合透镜一和组合透镜二贴近三棱镜的射出面，组合透镜二的前方设置反射镜，反射镜的反射光方向设置组合透镜三，组合透镜三输出的光学成像经传感器阵列进行光电图像转换，转换后的指纹及指形电信号经A/D转换器模数转换后的数字图象信号输入图象数据缓冲器，由图象信号合成电路将图象数据缓冲器中的左右两路数字图象信号拼接成完整的指纹及指形电信号图像数据。

所述光学成像机构是左右两路透镜组。

所述图象信号合成电路包括输入单元地址发生器、合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器、波形整形模块和切换控制模块，输入单元地址发生器产生的地址信号接图象数据缓冲器的输入地址端为输入图象数据产生单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器接图象数据缓冲器的输出地址端，左右路合成信号高地址发生器分别与合成信号低地址发生器一起形成完整的合成信号数据单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的进位信号分别接波形整形模块，经波形整形模块整形后的各进位信号输出接切换控制模块，切换控制模块的对应进位信号输出端分别接合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的清除信号端口，切换控制模块对左、右高地址发生器计数信号选通，切换控制模块的输出接数据缓冲器选通左右路数据。

光源由密度由每平方英寸12个发光单元、波长为665nm(带宽50nm)的高强度LED阵列组成。

采用上述技术方案，本实用新型有益的技术效果在于：1、采用直角三棱镜柱将被采集的手指指纹图象显现清楚并清晰地将手指指节线从指纹图像中分离出来，通过光学成像机构和传感器阵列实现光学成像和光电图像转换，通过图象信号合成电路实现多路图象、信号的完整数据图象拼接。2、利用人体指纹及指形生物特征的唯一性进行身份识别，是寻求识别装置与人体生物特征检测技术相结合的有效途径，是实现高精度身份识别的可靠保证。3、根据需要，通过程序设置不同的采集识别处理精度，可由其分别的识别结果的组合实现不同精度要求的处理结果。其主要技术指标可达：手指、指纹采集范围：1。5″×2″-2″×3″；数字化采样密度：500dpi@201ppm；灰度级：256级；图像失真度：≤1％；识别精度：误认率≤10^-9；拒识率≤10^-4。4、本实用新型可广泛运用于边防检查过程中的身份识别、新型指纹—身份证、人口信息管理系统、银行金融系统以及特别重要的通道控制。

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明：

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是图1中图象信号合成电路图。

具体实施方式

结合图1和图2，一种多手指指纹及指形采集装置，包括直角三棱镜柱(1)、照射光源(2)、光源驱动电路(3)、光学成像机构、传感器阵列(8)、A/D转换器(9)、数据缓冲器(10)和图象信号合成电路(11)。直角三棱镜柱(1)的长边对应之平面(上面)用于放置手指，其面积应至少能容纳三个手指的指纹及指形采集平台，直角三棱镜柱(1)的另一面(左面)是照射光源(2)的射入面，直角三棱镜柱(1)的第三面，即短边对应之平面为光学出射面，是照射光源(2)的射出面。直角三棱镜柱(1)的作用在于放置被采集的手指，以及将指纹图象显现清楚并清晰地将手指指节线从指纹图像中分离出来。光源(2)由密度为每平方英寸12个发光单元、波长为665nm(带宽50nm)的高强度LED阵列组成，光源(2)的作用是将被采集的手指照明。光源驱动电路(3)用于驱动光源(2)，为提高光源的发光效率及降低光源在工作时所产生的热量，光源采用10KHz的方波电源驱动，调节该方波序列的脉冲占空比，可以调节光源发光强度。光学成像机构由组合透镜一(4)、组合透镜二(5)、反射镜(6)和组合透镜三(7)组成，背背相对的组合透镜一(4)和组合透镜二(5)贴近三棱镜柱(1)的射出面使光线形成近似平行光，组合透镜一(4)和组合透镜二(5)为相同组件，组合透镜二(5)的前方设置反射镜(6)，反射镜(6)用于改变光线传输的方向；组合透镜三(7)对由组合透镜一(4)和组合透镜二(5)组成的透镜组所成的像再次成像，这种方式的成像模拟了使用望远镜观察远处物体的方式，这种模拟对无穷远物体成像的方式可使得在成像过程中的图像失真达到最小。光学成像机构按照所采用传感器的组合由2×1或2×2两路(左路和右路)相同的子系统构成，组合透镜三(7)输出的光学成像经传感器阵列(8)进行光电图像转换，光电图象传感器组(8)的作用是将经过光学成像机构的光学信号转换成电信号，2×2传感器组组成左路、右路2个信号通道。由于目前商用CCD的像素阵列达不到支持高分辨率条件下大采样范围的要求，而定制的CCD因成本太高，不适合推广到产品的应用上。本实施例采用CCD阵列，实现所需要的图像采集；采用多个CCD组成传感器组还可实现对不同采样范围及采样密度要求的图像采集的组合和调整，实现了图像划分后的无缝拼接。对于2×2CCD阵列可直接实现图像按此划分后的拼接(对于2×2CCD阵列，最大可实现3″×2。3″的采样范围，完全可以满足多手指、多方式识别的应用)。各个传感器组采集到的指纹及指形电信号由A/D转换器(9)进行模数转换，模数转换后的数字图象信号输入图象数据缓冲器(10)，由图象信号合成电路(11)将图象数据缓冲器(10)中的左右两路数字图象信号拼接成完整的指纹及指形电信号图像数据，数字化的图象数据再根据后续计算机指令成批传送到计算机，由计算机软件将对此图象进行多指纹、多方式的识别处理。

所述图象信号合成电路由图象数据缓冲器输入单元地址发生器、合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器、波形整形模块和切换控制模块组成。输入单元地址发生器产生的地址信号接图象数据缓冲器的输入地址端为输入图象数据产生单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器接图象数据缓冲器的输出地址端，左右路合成信号高地址发生器分别与合成信号低地址发生器一起形成完整的合成信号数据单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的进位信号分别接波形整形模块，经波形整形模块整形后的各进位信号输出接切换控制模块，切换控制模块的对应进位信号输出端分别接合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的清除信号端口(CLR)，切换控制模块的输出接数据缓冲器选通左右路数据。在图2所示具体电路中，U10、U11、U18和U19组成合成信号低地址发生器，该模块完成合成信号半行数据单元的寻址，U19输出该模块的进位信号。U12、U13、U14、U25和U15、U16、U17、U26分别组成左、右路合成信号高地址发生器，它们交替运行，与合成信号低地址发生器一起形成完整的合成信号数据单元寻址，其中U14和U17分别控制对应模块是否参与运行。U20、U21组成波形整形模块，用以对上述三个地址发生器的进位信号进行波形整形。U22、U23和U24组成切换控制模块，作用为：一、根据低地址发生器的进位信号交替切换左、右路合成信号高地址发生器运行，并控制合成信号输出缓冲器U8、U9的选通；二、根据低地址发生器进位信号对低地址发生器进行清除；三、根据左、右高地址发生器的进位信号对其进行清除操作。U24完成两个任务：一、实现对左、右高地址发生器计数信号的选通；二、对控制信号OFFSET_LOAD_ENABLE进行延时，使预置地址值MEMORY_OFFSET_LOAD可安全地加载到U1-U4中。

工作时，由A/D转换器将2×2传感器组采集的左右两路图象信号数字化后在U1-U4的控制下依次分别存放在U6、U7中。U1-U4为缓冲器U6、U7输入单元的地址产生器，通常情况下缓冲器U6、U7的输入信号为顺序写入。U6、U7输入信号地址的初始值可通过控制信号MEMORY_ADDRESS_RESET清除为零，也可在控制信号OFFSET_LOAD_ENABLE的作用下通过暂存器U5加载为一非零值。U6、U7输入信号的写入由时钟信号A/D_DATA_IN_CLK和A_to_D_CLK控制，二者由A/D单元产生，前者为后者在时序上之延时平移。U6、U7两路输入信号的写入是在同一时钟的指挥下同时实现的。U14和U17分别是U12、U13和U15、U16的三态门，控制它们的导通状态，实现两组地址值的切换。U19的3A、3B检测该计数值的高二位并在3Y上指示该计数的到达。这个信号经过U19的1A、1B、1Y、和2A、2B、2Y及U20的4A、4B的整形，由4Y送到U22的1CK，触发该D-触发器将U10、U11和U18复位。同时，U22的-1Q接到U22的2CK继续触发另外一组D-触发器，并利用U22的正负两个输出端2Q和-2Q控制U14和U17的选通，从而使得U6、U7输出单元地址的高8位按需要切换，同时U22的2Q和-2Q还控制U8和U9输出使能状态，用以选择该时刻是从U6或U7中输出数据。U6和U7的输入是并行的，但U6和U7的输出是按照一个时间序列交替进行的，而这个时间序列恰好是由一个通道的传感器的一行数据被读出的时钟周期组成的，由此，在这个时序的控制下，两个通道的传感器的相应的两行数据被拼接成一个整行数据，从而实现了最后的图象数据的拼接。由于容量的关系，U6和U7并不能一次全部写入整幅图象数据，需要分16次完成。每次完成的计数由U25和U26控制，当其4个输入端1A、1B、1C、1D全部为高电平时，在其输出端1Y出现高电平，表示每次的数据传送和拼接完成。U25和U26的1Y的上升沿分别经由U21的1A、1B、1Y、2A、2B、2Y、U20的1A、1B和U21的3A、3B、3Y、4A、4B、4Y、U20的2A、2B整形，由U20的1Y和2Y输出并触发U23的两组触发器，使U23的-1Q和-2Q翻转为低电平，这两个信号接到U12、U13和U15、U16的-CLR端，使U12、U13和U15、U16的内容清除。U12、U13和U15、U16的内容清除后，U25和U26的输出端1Y则由高电平转为低电平，其下降沿分别经由U21的1A、1B、1Y、2A、2B、2Y、U20的1A、1B和U21的3A、3B、3Y、4A、4B、4Y、U20的2A、2B整形，由U20的1Y和2Y输出并触发U23的两组触发器，使U23的-1Q和-2Q翻转为高电平，这两个信号接到U12、U13和U15、U16的-CLR端，使U12、U13和U15、U16可以恢复工作。U10、U11和U18组成合成信号象素数的半数的实际计数，为了使U12和U15的Q0、Q1与U18的Q0、Q1具有同步的数值，U24的1A、1B和2A、2B组成信号分发电路。控制U14和U17使能的信号和U11的进位信号CY在U24的1A、1B和2A、2B上进行逻辑与，而U14和U17使能信号是互为反相的，所以U11的进位信号CY在送到U18的同时，还送到相应于U14和U17被使能的通道的U12或U15的CK端。

信号合成过程：在时钟SEQUENTIAL_ADDRESSING_CLK的作用下，合成信号低地址发生器对U6或U7进行输出寻址操作，当产生进位后，在切换控制模块的作用下将寻址操作与输出控制切换至另外一个存储块，相应地，左、右路合成信号高地址发生器也在切换控制模块的指挥下工作在其运行/休止状态。这交替工作便实现了左右路信号的并行输入向左、右路信号交替输出的转换，从而实现将两路信号合成为一路信号。

整个采集装置的工作过程：光源(2)在其驱动电路(3)的驱动下点亮，此时，光线在指纹、指形采集棱镜(1)的表面发生全反射，光电图象传感器组(8)接受到亮信号；当手指放在指纹、指形采集棱镜(1)上时，与指纹、指形采集棱镜(1)表面接触的指纹纹线及指节线破坏了该部分表面产生全反射的条件，此时，该部分在传感器上出现暗信号，在显示器上观察便是黑色的指纹纹线及指节间的指节线；手指放在指纹、指形采集棱镜(1)上后，光线经由组合透镜一(4)、组合透镜二(5)、反射镜(6)和组合透镜三(7)组成光学成像系统成像至传感器组(8)，对各个传感器组采集到的指纹及指形电信号由A/D转换器进行模数转换，模数转换后的数字图象信号由图象信号合成电路拼接成完整的指纹及指形电信号图像数据，数字化的图象数据再根据后续计算机指令成批传送到计算机，由计算机软件将对此图象进行多指纹、多方式的识别处理。

多手指、多方式识别处理是指在同一采集平台同时获取手指形状数据以及各手指的指纹信息并与样本比对识别。

1)指形识别处理：采用手指几何识别处理方法，主要以手指在正常放置时指节线的特征、指节线之间的几何关系、手指间隙、指尖(印痕)之间的几何关系等参数为识别依据。

2)多手指指纹识别处理：通常考虑三指指纹识别(例如相邻的食指、中指、环指)，也可根据需要扩展到更多手指或其组合方式。在三指指纹识别中，可有简便识别方式、精确识别方式、高安全等级识别方式等策略。简便识别方式是在识别过程中出现有指纹匹配便发出通过识别的信号并停止以后运算的指纹识别过程，与常规指纹识别过程基本相同，但由于一次识别过程中有三枚指纹参与运算，可使拒识率指标优于常规方式；精确识别方式是指在三手指指纹识别各自完成的条件下，将匹配系数组合运算作为最终结果的过程，其误认率和拒识率指标较常规指纹识别过程有一个数量级以上的改善；高安全等级识别方式是指在三手指指纹识别过程中出现两个以上的高匹配系数，在这一状态下，误认率优于10^-9。

3)组合识别方式及便利识别方式：指形识别处理与多手指指纹识别处理的结果加权求和，以此确定整体识别处理的结论。通常这一方法的采用是出于满足拒识率进一步降低的需求。

根据不同的应用场合，计算机可灵活选择不同的精度对图象数据进行识别处理。

Claims

1、一种多手指指纹及指形采集装置，包括照射光源和光学成像机构，其特征在于：还包括直角三棱镜柱、传感器阵列、A/D转换器、数据缓冲器和图象信号合成电路，直角三棱镜柱的一面是能容纳三个手指的指纹及指形采集平台，直角三棱镜柱的另一面是照射光源的射入面，直角三棱镜柱的第三面是照射光源的射出面，光学成像机构由组合透镜一、组合透镜二、反射镜和组合透镜三组成，背背相对的组合透镜一和组合透镜二贴近三棱镜的射出面，组合透镜二的前方设置反射镜，反射镜的反射光方向设置组合透镜三，组合透镜三输出的光学成像经传感器阵列进行光电图像转换，转换后的指纹及指形电信号经A/D转换器模数转换，模数转换后的数字图象信号输入图象数据缓冲器，由图象信号合成电路将图象数据缓冲器中的左右两路数字图象信号拼接成完整的指纹及指形电信号图像数据。

2、根据权利要求1所述多手指指纹及指形采集装置，其特征在于：所述光学成像机构是左右两路透镜组。

3、根据权利要求2所述多手指指纹及指形采集装置，其特征在于：所述图象信号合成电路包括输入单元地址发生器、合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器、波形整形模块和切换控制模块，输入单元地址发生器产生的地址信号接图象数据缓冲器的输入地址端为输入图象数据产生单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器接图象数据缓冲器的输出地址端，左右路合成信号高地址发生器分别与合成信号低地址发生器一起形成完整的合成信号数据单元寻址，合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的进位信号分别接波形整形模块，经波形整形模块整形后的各进位信号输出接切换控制模块，切换控制模块的对应进位信号输出端分别接合成信号低地址发生器、左右路合成信号高地址发生器的清除信号端口，切换控制模块对左、右高地址发生器计数信号选通，切换控制模块的输出接数据缓冲器选通左右路数据。

4、根据权利要求1所述多手指指纹及指形采集装置，其特征在于：光源由密度由每平方英寸12个发光单元、波长为665nm的高强度LED阵列组成。