專利名稱：一種四指指紋圖像采集方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種四指指紋圖像采集方法，同時(shí)還公開(kāi)了與該方法相適應(yīng)的指紋采集裝 置，屬于指紋采集裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的四連指指紋采集儀的光學(xué)系統(tǒng)中，一般是釆用等腰直角棱鏡作為指紋采集 棱鏡，采用黑白CMOS電子器件作為傳感器，由于等腰直角棱鏡的體積及黑白CMOS 外型尺寸都很大，所以采集儀的本體也就變得很大；另外，由于采集四連指指紋圖像的 數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于采集單指圖像的數(shù)據(jù)量，所以多數(shù)廠家采用FPGA配合雙片SDR SDRAM或單片DDR SDRAM的連接方案，甚至還在前面基礎(chǔ)之上增加了一片CPLD 放在FPGA和Sensor之間，用來(lái)管理Sensor的時(shí)序，最終導(dǎo)致市場(chǎng)上的四連指指紋采 集儀體積都比較大，價(jià)格也很昂貴，制約了四指指紋釆集儀的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種四指指紋圖像采集方法及裝置，克服了現(xiàn)有同類型指紋釆集儀體積 大、分量重、成本高的缺欠。
本發(fā)明四指指紋采集儀包括以下部分組成由紅外LED光源、采集棱鏡、反射鏡、 分光鏡、成像鏡頭、CMOS光電轉(zhuǎn)換器、USB數(shù)據(jù)線及采集器本體構(gòu)成，其特征在于 采集棱鏡設(shè)置在采集器本體的采集窗口處，采集棱鏡為上下表面平行的六面體，上表面 小為指紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面大為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反 射面，與上表面夾角70度，右側(cè)斜面與下表面夾角40度，采集棱鏡2的下表面約為3 毫米處裝置有紅外LED光源，反射鏡距離采集棱鏡下表面約為25毫米，并且與水平方 向夾角50度，反射鏡、分光鏡、成像鏡頭、CMOS光電轉(zhuǎn)換器順序排列位于系統(tǒng)光軸 上，反射鏡設(shè)在采集棱鏡與成像鏡頭之間，將采集棱鏡出射的光線反射到成像鏡頭上， CMOS光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置在成像鏡頭的像面上。
反射鏡表面鍍分光膜，波長(zhǎng)為400-700nm的可見(jiàn)光透射，透過(guò)率大于85%;同時(shí)紅 外光反射，反射率大于98%。CMOS光電轉(zhuǎn)換器主要由USB控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色CMOS芯 片和緩存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成；
USB通過(guò)IO端口將RESET—BAR—IN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK信號(hào)、INT1信 號(hào)、FLAGC信號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的10端口連接，USB的數(shù)據(jù)端口 DATAJJSB 也連接著CPLD的10端口 ； USB控制芯片通過(guò)I2C端口與彩色CMOS芯片連接，USB 控制芯片通過(guò)I2C端口對(duì)彩色CMOS芯片進(jìn)行配置；
CPLD芯片通過(guò)輸出端口將RESET—BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸給彩色CMOS 芯片，對(duì)彩色CMOS進(jìn)行復(fù)位；將行信號(hào)LV、場(chǎng)信號(hào)FV、數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘信號(hào)PCLK 和圖像數(shù)據(jù)DATA_SENSOR與CPLD的輸入端'口連接；
CPLD通過(guò)IO端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、RRST信號(hào)、 RE信號(hào)、RCK信號(hào)、ORDY信號(hào)、INJJSB數(shù)據(jù)、OUT—BUS數(shù)據(jù)連接，將彩色CMOS 傳輸過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)IN—USB寫(xiě)入到FIFO中進(jìn)行暫存；將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通 過(guò)OUT—BUS端口傳輸給CPLD， CPLD再通過(guò)DATA—USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB 控制芯片。
當(dāng)采集儀上電之后，紅外LED光源指示標(biāo)識(shí)亮，表示光源已經(jīng)正常工作；當(dāng)標(biāo)識(shí) 亮?xí)r，用戶需要將左手四指放在采集面上進(jìn)行圖像采集；當(dāng)標(biāo)識(shí)亮?xí)r，用戶需要將雙拇 指放在采集面的中心位置進(jìn)行圖像采集；當(dāng)標(biāo)識(shí)亮?xí)r，用戶需要將右手四指放在釆集面 上進(jìn)行圖像采集；按奈在采集面上的指紋信號(hào)經(jīng)過(guò)光路進(jìn)入彩色CMOS芯片，在CMOS 光電轉(zhuǎn)換器上，首先對(duì)USB控制芯片進(jìn)行配置，使它工作在批量傳輸模式；接下來(lái)USB 控制芯片通過(guò)10提供給CPLD、外置FIFO、彩色CMOS芯片工作時(shí)所需要的信號(hào)； 然后USB控制芯片通過(guò)I2C接口對(duì)彩色CMOS芯片寄存器進(jìn)行設(shè)置，包括對(duì)采集窗口 大小、采集窗口起點(diǎn)、曝光時(shí)間、增益等信息的設(shè)置，設(shè)置完畢，彩色CMOS芯片開(kāi) 始工作；CPLD通過(guò)彩色CMOS芯片提供的信號(hào)將彩色CMOS芯片的圖像數(shù)據(jù)輸入到 外置FIFO中進(jìn)行緩存，再通過(guò)USB控制芯片提供的狀態(tài)信號(hào)及外置FIFO提供的狀態(tài) 信號(hào)將外置FIFO中的圖像數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，經(jīng)過(guò)上位機(jī)軟件的拼接、調(diào)整等相關(guān)處 理顯示完整的四指指紋圖像。
該釆集儀同時(shí)能采集四個(gè)手指，大大提高了.采集效率，同時(shí)也提高了指紋識(shí)別的精 度；本發(fā)明在采集棱鏡的下表面絲印指示標(biāo)識(shí)，通過(guò)其下的藍(lán)光LED及柔光膜實(shí)現(xiàn)操 作狀態(tài)指示。指示效果美觀、大方，深埋在玻璃下部，具有高科技的神秘感。
5本發(fā)明積極效果在于利用紅外光源照射，實(shí)現(xiàn)了在彩色CMOS芯片上獲得高質(zhì) 量的黑白圖像。采用了 CPLD配合高速FIFO的方案，達(dá)到了 USB接口的最高傳輸速率。
本發(fā)明的采集棱鏡釆用上下光學(xué)面平行的特點(diǎn)，在采集棱鏡內(nèi)發(fā)生2次反射，第一 次是在鍍內(nèi)反射膜面發(fā)生反射，第二次是光線在棱鏡內(nèi)部發(fā)生全反射。2次反射有效的 減小了儀器的體積，反射鏡表面鍍分光膜，波長(zhǎng)為400-700nm的可見(jiàn)光透射，透過(guò)率 大于85%;同時(shí)紅外光反射，反射率大于98%。在釆集棱鏡底部絲印操作指示等狀態(tài)標(biāo) 識(shí)，通過(guò)其下的藍(lán)光LED及柔光膜實(shí)現(xiàn)操作狀態(tài)指示。指示效果美觀、大方，深埋在 玻璃下部，具有高科技的神秘感。本發(fā)明的巧妙之處在于通過(guò)紅外選擇性反射鏡及分 光鏡去除了指示燈的藍(lán)光對(duì)于成像光路的影響，具有生產(chǎn)容易、成本低廉、效果神奇的 優(yōu)勢(shì)；
紅外選擇性反射鏡，應(yīng)用了目前頂級(jí)的多層鍍膜技術(shù)，鍍膜層數(shù)多達(dá)50層，將紅 外光反射率提高到98%的同時(shí)，可見(jiàn)光的透過(guò)率仍然高于95%。這在光學(xué)領(lǐng)域是一大 技術(shù)突破，此技術(shù)應(yīng)用在四指采集儀里，使得儀器對(duì)環(huán)境光的抗干擾能力在同類產(chǎn)品中 尤為突出。
鏡頭前端增加紅外透過(guò)、可見(jiàn)光反射的分光鏡，保證了光路對(duì)紅外光充分利用的同 時(shí)，又將可見(jiàn)光波段的雜散光進(jìn)行濾除，與紅外選擇性反射鏡的組合使用，更進(jìn)一步的 降低了環(huán)境光對(duì)采集儀的干擾。


圖1為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)原理圖； 圖2為本發(fā)明的采集棱鏡主視圖； 圖3為本發(fā)明的采集棱鏡左視圖； 圖4為本發(fā)明的釆集棱鏡俯視圖 圖5為本發(fā)明的電路原理圖6為本發(fā)明印在采集棱鏡底部的指示標(biāo)識(shí)絲印示意圖中，1、紅外LED光源；2、釆集棱鏡；3、反射鏡；4、分光鏡；5、成像鏡頭； 6、 CMOS光電轉(zhuǎn)換器；7、 USB數(shù)據(jù)線；8、采集儀本體；9、紅外LED光源指示標(biāo)識(shí)； 10、采集左手四指的指示標(biāo)識(shí)；11、采集雙拇指的指示標(biāo)識(shí)；12、采集右四指的指示標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
根據(jù)圖1所示，由紅外LED光源(1)、采集棱鏡(2)、反射鏡(3)、分光鏡(4)、 成像鏡頭(5) 、 CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6) 、 USB數(shù)據(jù)線(7)、采集儀本體(8)組成 四指指紋圖像采集儀。其中，紅外LED光源(1)作為系統(tǒng)的照明裝置固定在采集棱鏡 (2)的下表面約為3毫米處；反射鏡(3)固定在采集棱鏡(2)下表面約為25毫米位 置上，反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭(5) 、 CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)的中心 位于系統(tǒng)光軸上，分光鏡(4)固定在成像鏡頭(5)前面，起到濾除環(huán)境光作用。紅外 LED光源(1)、反射鏡(3)和分光鏡(4)結(jié)合應(yīng)用，使光學(xué)系統(tǒng)在最大程度上避免 了環(huán)境光的影響。
參見(jiàn)圖2、 3、 4所示，采集棱鏡(2)為上下表面平行的六面體，上表面小為指紋 采集面位于指紋采集窗口處，左側(cè)為鍍銀反射面，與上表面夾角70度，右側(cè)斜面與下 表面夾角40度，在采集棱鏡(2)下表面絲印了四個(gè)指示標(biāo)識(shí)，如圖6所示，紅外LED 光源電路板的相應(yīng)位置有藍(lán)色LED給指示標(biāo)識(shí)照明。
如圖5所示，本發(fā)明電路主要由USB控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色CMOS 芯片和緩存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成。其中USB控制芯片主要實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色CMOS芯片的配置， 并將圖像數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；可編程邏輯器件CPLD主要控制圖像數(shù)據(jù)完整的傳輸；彩 色CMOS芯片主要實(shí)現(xiàn)圖像的采集；緩存芯片F(xiàn)IFO主要實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)。
USB通過(guò)IO端口將RESET—BAR—IN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK信號(hào)、INT1信 號(hào)、FLAGC信號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的IO端口連接，USB的數(shù)據(jù)端口 DATA—USB 也連接著CPLD的10端口 。其中RESET—BAR—IN信號(hào)是彩色CMOS芯片正常工作之 前的復(fù)位信號(hào)，START信號(hào)是啟動(dòng)CPLD工作的開(kāi)始信號(hào)，IFCLK信號(hào)是USB芯片給 出的時(shí)鐘信號(hào)，INTl信號(hào)是USB的外部中斷信號(hào)，F(xiàn)LAGC信號(hào)是USB給出的狀態(tài)標(biāo) 志信號(hào)，根據(jù)這個(gè)狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)CPLD控制著數(shù)據(jù)的傳輸，SLWR是USB芯片數(shù)據(jù)傳 輸?shù)氖鼓苄盘?hào)，當(dāng)USB允許的情況，CPLD將SLWR信號(hào)使能，并將圖像數(shù)據(jù)通過(guò) DATAJJSB端口傳輸給USB控制芯片。
USB控制芯片通過(guò)I2C端口與彩色CMOS芯片連接，USB控制芯片通過(guò)I2C端 口對(duì)彩色CMOS芯片進(jìn)行配置，包括對(duì)采集窗口大小、采集窗口起始點(diǎn)、曝光時(shí)間、 增益等信息的設(shè)置。CPLD芯片通過(guò)輸出端口將RESET_BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸給彩色CMOS 芯片，其中RESET—BAR信號(hào)是USB給出的彩色CMOS芯片復(fù)位信號(hào)，之所以通過(guò) CPLD芯片，是因?yàn)閁SB輸出的RESET—BAR—IN信號(hào)電壓是3.3V,而彩色CMOS芯 片的工作信號(hào)電壓是1.8V,所以通過(guò)CPLD芯片將3.3V的RESET—BARJN信號(hào)降為 1.8V的RESET_BAR信號(hào)對(duì)彩色CMOS芯片進(jìn)行復(fù)位；EXTCLK信號(hào)是彩色CMOS 芯片的輸入時(shí)鐘信號(hào)，是CPLD通過(guò)對(duì)IFCLK信號(hào)降壓得來(lái)的。當(dāng)彩色CMOS芯片正 常工作時(shí)，將行信號(hào)LV、場(chǎng)信號(hào)FV、數(shù)據(jù)同歩時(shí)鐘信號(hào)PCLK和圖像數(shù)據(jù) DATA—SENSOR與CPLD的輸入端口連接。
CPLD通過(guò)10端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、RRST信號(hào)、 RE信號(hào)、RCK信號(hào)、ORDY信號(hào)、INJJSB數(shù)據(jù)、OUT_BUS數(shù)據(jù)連接。其中WRST 信號(hào)和RRST信號(hào)是CPLD傳輸給FIFO芯片的寫(xiě)地址復(fù)位信號(hào)和讀地址復(fù)位信號(hào)； WE信號(hào)是FIFO的寫(xiě)使能信號(hào)，當(dāng)WE信號(hào)有效時(shí)，CPLD控制著將彩色CMOS芯片 傳輸過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)INJJSB寫(xiě)入到FIFO中進(jìn)行暫存；WCK是FIFO的寫(xiě)時(shí)鐘信號(hào)， 每寫(xiě)入到FIFO中的數(shù)據(jù)都是同歩于WCK的；RE信號(hào)是FIFO的讀使能信號(hào)，RCK是 FIFO的讀時(shí)鐘信號(hào)，ORDY是FIFO給出的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)條件允許時(shí)，CPLD將RE信 號(hào)使能，并將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)OUT_BUS端口傳輸給CPLD， CPLD再通 過(guò)DATA_USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB控制芯片。
權(quán)利要求
1、一種四連指指紋采集儀，由紅外LED光源(1)、采集棱鏡(2)、反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭(5)、CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)、USB數(shù)據(jù)線(7)及采集器本體(8)構(gòu)成，其特征在于采集棱鏡(2)設(shè)置在采集器本體(8)的采集窗口處，采集棱鏡(2)為上下表面平行的六面體，上表面小為指紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面大為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反射面，與上表面夾角70度，右側(cè)斜面與下表面夾角40度，采集棱鏡2的下表面裝置有紅外LED光源(1)，反射鏡(3)設(shè)在采集棱鏡(2)下表面位置上，并且與水平方向夾角50度，反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭(5)、CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)順序排列位于系統(tǒng)光軸上，反射鏡(3)設(shè)在采集棱鏡(2)與成像鏡頭(5)之間，將采集棱鏡(2)出射的光線反射到成像鏡頭(5)上，CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)設(shè)置在成像鏡頭(5)的像面上。
2、 權(quán)利要求1所述的采集儀，其特征在于反射鏡(3)表面鍍分 光膜，波長(zhǎng)為400-700nm的可見(jiàn)光透射，透過(guò)率大于85%;同時(shí)紅外光 反射，反射率大于98%。
3、 權(quán)利要求1或2所述的采集儀，其特征在于CMOS光電轉(zhuǎn)換器 (6)主要由USB控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色CMOS芯片和緩存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成；USB通過(guò)IO端口將RESET—BAR—IN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK 信號(hào)、INT1信號(hào)、FLAGC信號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的IO端口連接， USB的數(shù)據(jù)端口 DATA—USB與CPLD的IO端口連接；USB控制芯片通過(guò)I2C端口與彩色CMOS芯片連接，USB控制芯片通過(guò)I2C端口對(duì)彩色 CMOS芯片進(jìn)行連接；CPLD芯片通過(guò)輸出端口將RESET_BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸 給彩色CMOS芯片，對(duì)彩色CMOS進(jìn)行復(fù)位；將行信號(hào)LV、場(chǎng)信號(hào)FV、 數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘信號(hào)PCLK和圖像數(shù)據(jù)DATA_SENSOR與CPLD的輸入端 口連接；CPLD通過(guò)10端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、 RRST信號(hào)、RE信號(hào)、RCK信號(hào)、ORDY信號(hào)、IN—USB數(shù)據(jù)、OUT—BUS 數(shù)據(jù)連接，將彩色CMOS傳輸過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)IN—USB寫(xiě)入到FIFO中 進(jìn)行暫存;將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)OUT_BUS端口傳輸給CPLD， CPLD再通過(guò)DATA一USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB控制芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種四指指紋圖像采集方法及裝置，采集棱鏡設(shè)置在采集器本體的采集窗口處，采集棱鏡為上下表面平行的六面體，上表面為指紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反射面，采集棱鏡的下表面裝置有紅外LED光源，反射鏡、分光鏡、成像鏡頭、CMOS光電轉(zhuǎn)換器順序排列位于系統(tǒng)光軸上，反射鏡設(shè)在采集棱鏡與成像鏡頭之間，將采集棱鏡出射的光線反射到成像鏡頭上，CMOS光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置在成像鏡頭的像面上。本發(fā)明利用紅外光源照射，實(shí)現(xiàn)了在彩色CMOS芯片上獲得高質(zhì)量的黑白圖像；采用了CPLD配合高速FIFO的方案，達(dá)到了USB接口的最高傳輸速率。同時(shí)能采集四個(gè)手指，大大提高了采集效率，同時(shí)也提高了指紋識(shí)別的精度。
文檔編號(hào)G02B17/00GK101604389SQ20091006728
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者湖 劉, 孟凡清, 張立平, 朱德彬, 莉 王, 胡繪珠 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春鴻達(dá)光電子與生物統(tǒng)計(jì)識(shí)別技術(shù)有限公司