專利名稱：一種活體指掌紋采集方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活體指掌紋采集方法及裝置，該方法及裝置以特定的紅外光源進行照明、依靠圖像傳感器進行信號轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)活體指掌紋采集。
背景技術(shù)：
在已有技術(shù)中，常用的指紋、掌紋光電采集方法是利用棱鏡的全反射特性來實現(xiàn)的。棱鏡存在分光作用，為避免色差影響指紋、掌紋的圖像質(zhì)量，必須采用單色光源和單色圖像傳感器。一般采用紅光作為單色光源，個別方案使用的是紅外光源。中國專利94239537.9公開了一種紅外指紋鑒別儀，包括殼體、攝像頭和計算機，在殼體面板窗孔中安裝有兩斜面位于殼體內(nèi)的等腰直角三棱鏡，殼體內(nèi)裝有指紋圖像攝像頭和紅外光發(fā)生器，一圖像處理板分別與攝像頭和計算機相聯(lián)，殼體上裝有一組指紋確認(rèn)按鈕。該紅外指紋鑒別儀構(gòu)造簡單，指紋圖像的采集、存儲、調(diào)用及比較鑒別快速、方便、準(zhǔn)確。該專利采用紅外光源的目的是“特定波長的紅外光照給攝像頭提供最敏感的光源”。
一般來講，單色圖像傳感器比彩色圖像傳感器的價格要便宜，而指掌紋圖像又是單色的，所以沒有必要對彩色圖像傳感器應(yīng)用于光學(xué)活體指掌紋采集進行深入研究。隨著半導(dǎo)體圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，帶動了數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機的普及。由于彩色圖像傳感器比單色圖像傳感器的市場大得多，而帶照相功能的手機的出現(xiàn)，更進一步刺激了彩色圖像傳感器的市場需求。因此，生產(chǎn)廠商現(xiàn)在均以生產(chǎn)彩色圖像傳感器為主，而光學(xué)指掌紋采集裝置常用的CMOS單色圖像傳感器在市場上很難找到，其價格比彩色的還要高。為了解決這些問題，有些設(shè)計方案嘗試著將市場占有率高且貨源充足的彩色圖像傳感器應(yīng)用于光學(xué)指掌紋采集裝置。這些裝置仍采用單色可見光作為光源的設(shè)計方案，一般以紅色或綠色光作為光源。但是由此帶來了圖像傳感器分辨率損失的問題。附圖1是一種彩色圖像傳感器的像素排列示意圖，排列形式為Bayer圖案。其綠色像素占全部像素的二分之一，紅、藍(lán)色像素各占全部像素的四分之一，每種顏色的像素只感受一種顏色的光。由附圖1可以看出對于單色圖像存在傳感器分辨率降低的問題。當(dāng)采用綠色光源時，只有綠色像素感光，圖像分辨率降低為傳感器分辨率的二分之一；當(dāng)采用紅色或藍(lán)色光源時，只有紅色或藍(lán)色像素感光，圖像分辨率降低為傳感器分辨率的四分之一。因此，需要提出一種新的活體指掌紋采集方法及裝置以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種活體指掌紋采集方法及裝置，該方法采用特定的紅外光源進行照明，采用彩色圖像傳感器進行信號轉(zhuǎn)換，可實現(xiàn)無分辨率損失的活體指掌紋采集，采用紅外濾光膜、片，可消除環(huán)境可見光的干擾。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種活體指掌紋采集方法，使用一個由棱鏡、光源、鏡頭組件、圖像傳感器構(gòu)成的采集裝置，其特征在于所述光源為紅外光源，令紅外光源發(fā)出波長范圍為700nm～1100nm的單色采集用光束；所述棱鏡至少具備一個采集用光束入射面，一個圖像輸出面、一個采集面；將所述棱鏡的采集面與所要采集的活體指掌貼合，在采集面上形成指掌紋圖案；開啟所述紅外光源，使所述采集用光束由所述入射面進入所述棱鏡并投射到所述指掌紋圖案上，由采集面將采集用光束進行反射形成載有指掌紋圖案的圖像光束并通過所述圖像輸出面輸出；將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，完成活體指掌紋的采集。
一種活體指掌紋采集裝置，有一個殼體，其特征在于在殼體頂部設(shè)置一個棱鏡，該棱鏡至少具備一個采集用光束入射面，一個圖像輸出面、一個采集面；在所述入射面一側(cè)設(shè)置有紅外發(fā)光板，該紅外發(fā)光板的法線與所述采集用光束入射面正交，在圖像輸出面一側(cè)設(shè)置有鏡頭組件，該鏡頭組件的輸出端設(shè)置有一個圖像傳感器，該鏡頭組件的光軸與所述圖像輸出面正交；所述紅外發(fā)光板、鏡頭組件、圖像傳感器安裝在所述殼體內(nèi)。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明利用彩色圖像傳感器的光譜響應(yīng)特性，以近紅外單色光作為光源，使彩色圖像傳感器應(yīng)用于光電指紋、掌紋的采集而不會產(chǎn)生色差和圖像分辨率降低的問題。
2、本發(fā)明避免了單色圖像傳感器價格高、供貨不穩(wěn)定現(xiàn)象的影響，降低了產(chǎn)品成本。
3、本發(fā)明利用紅外濾光膜、片阻止可見光通過，消除了環(huán)境光影響和在采集面上的污跡的干擾，提高了采集圖像的質(zhì)量。


圖1是一種彩色圖像傳感器的像素排列示意2為本發(fā)明的實施例一示意3為彩色圖像傳感器的光譜響應(yīng)4為紅外發(fā)光二極管的光譜分布5為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意6為本發(fā)明的縱向剖視7為本發(fā)明的俯視圖(剖去殼體頂部的視圖)圖8為本發(fā)明的棱鏡9為本發(fā)明的另一種棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖具體實施例實施例一一種活體指掌紋采集方法，參見圖2，使用一個由棱鏡2、光源1、鏡頭組件4、圖像傳感器5構(gòu)成的采集裝置，其步驟在于所述光源為紅外光源，令紅外光源發(fā)出波長范圍為700nm～1100nm的單色采集用光束；該紅外光源可以采用GL4910紅外發(fā)光管產(chǎn)品組成陣列；所述采集用光束是指光源發(fā)出的光線的集合。
所述棱鏡至少具備一個采集用光束入射面，一個圖像輸出面、一個采集面；將所述棱鏡的采集面與所要采集的活體指掌貼合，在采集面上形成指掌紋圖案；所謂活體指掌是指人的手指、腳趾、手掌、腳掌。所謂指掌紋圖案是指人的手指紋圖案、腳趾紋圖案、手掌紋圖案、腳掌紋圖案。
開啟所述紅外光源，使采集用光束由所述入射面進入所述棱鏡并投射到所述指掌紋圖案上，由采集面將采集用光束進行反射形成載有指掌紋圖案的圖像光束并通過所述圖像輸出面輸出，該圖像光束的波長在700nm～1100nm范圍內(nèi)；將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，完成活體指掌紋的采集。所述的鏡頭組件是指可以成像的多個鏡片的組合，屬于已有技術(shù)的范圍，本實施例不進行詳細(xì)描述。
在常規(guī)的活體指掌紋采集過程中，棱鏡的采集面上常常被污染，受到環(huán)境光的照射，其光譜主要成份在可見光范圍，如果不及時清理將影響指掌紋圖案的質(zhì)量。為此，本發(fā)明將輸出的圖像光束進行濾光處理(參見圖2中設(shè)置的濾光片3)，使圖像光束中850nm波長的紅外光通過，形成850nm波長的圖像光束，阻止可見光通過，消除了環(huán)境光影響及采集面上的污跡的干擾。
為了降低本發(fā)明所使用的設(shè)備的成本，本發(fā)明將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到彩色圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；調(diào)整所述彩色圖像傳感器的紅、綠、藍(lán)三個通道的增益，使其在700nm～1100nm波長范圍內(nèi)，對于相同的光照有相同的圖像信號輸出強度。
實施例二參見圖5、圖6、圖7、圖8，一種活體指掌紋采集裝置，有一個殼體10，在殼體頂部設(shè)置采集窗口11，其上裝有一個棱鏡12，該棱鏡至少具備一個采集用光束入射面123，一個圖像輸出面122、一個采集面121；在所述入射面一側(cè)設(shè)置有紅外發(fā)光板13，該紅外發(fā)光板的法線與采集用光束入射面正交(也可以設(shè)置成基本正交狀態(tài))，在圖像輸出面一側(cè)設(shè)置有鏡頭組件14，該鏡頭組件的輸出端設(shè)置有一個圖像傳感器15，該鏡頭組件的光軸與所述圖像輸出面正交；所述紅外發(fā)光板、鏡頭組件、圖像傳感器安裝在所述殼體內(nèi)。參見圖8，本實施例使用的棱鏡是多棱鏡，該棱鏡的采集面設(shè)置在殼體頂面，光束入射面設(shè)置在殼體內(nèi)，圖像輸出面設(shè)置在殼體內(nèi)，其輸出光軸呈水平狀態(tài)。參見圖9，本發(fā)明的棱鏡可以使用另外一種結(jié)構(gòu)形式，該棱鏡結(jié)構(gòu)與圖8所示的棱鏡結(jié)構(gòu)不相同，但是其原理和作用相同。
在本實施例中，紅外發(fā)光板采用日本SHARP公司GL4910紅外發(fā)光管產(chǎn)品組成陣列。所述紅外發(fā)光板表面設(shè)置有勻光板，使紅外發(fā)光板發(fā)光均勻、柔和。參見圖4，紅外發(fā)光二極管的峰值發(fā)射波長為850nm。
在本實施例中，既可以采用單色圖像傳感器，也可以采用彩色圖像傳感器。出于降低成本和易于獲得的需要，首選美國Omnivision公司的彩色圖像傳感器OV9620，其光譜響應(yīng)參見圖3，該彩色圖像傳感器紅、綠、藍(lán)像素敏感度曲線在840nm處有一峰值，且敏感度相近。也就是說對于相同的光照，在840nm處整個傳感器的紅、綠、藍(lán)像素都輸出幅度較強且接近的信號，使傳感器的像素得到100％的利用。在實際使用彩色CMOS數(shù)字圖像傳感器的時候，應(yīng)通過設(shè)置紅、綠、藍(lán)三個通道的增益，使其對相同的光照有相同的信號輸出強度，以獲得與單色圖像傳感器相同的效果。
為了將采集的指掌紋圖案輸出到計算機設(shè)備，可以在本實施例中加設(shè)USB接口電路。
本發(fā)明指掌紋成像的原理是紅外光源的照明下，當(dāng)手指或手掌按在棱鏡的采集面上時，皮膚紋路與該面接觸部分破壞了光的全反射條件，而指紋或掌紋的谷部未與棱鏡的采集面接觸，該處仍可全反射紅外光，從而形成明暗不同的紋路圖像。
為了提高本發(fā)明的圖像質(zhì)量，可以在所述棱鏡的圖像輸出面與圖像傳感器之間的元件上設(shè)置紅外透射可見吸收濾光片，本實施例是在所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外透射可見吸收濾光片(圖中沒有顯示)，還可以在所述棱鏡的圖像輸出面與圖像傳感器之間的元件上設(shè)置紅外帶通濾光片，本實施例是在所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外帶通濾光片，還可以在所述棱鏡的圖像輸出面與圖像傳感器之間的元件上設(shè)置紅外透射可見吸收濾光膜，本實施例是在所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外透射可見吸收濾光膜(該膜可以采用特殊工藝鍍在鏡面上)，還可以在所述棱鏡的圖像輸出面與圖像傳感器之間的元件上設(shè)置紅外帶通濾光膜，或者在所述鏡頭組件的輸出端與圖像傳感器之間設(shè)置有紅外帶通濾光膜(該膜可以采用特殊工藝鍍在鏡面上)。
權(quán)利要求
1.一種活體指掌紋采集方法，使用一個由棱鏡、光源、鏡頭組件、圖像傳感器構(gòu)成的采集裝置，其特征在于所述光源為紅外光源，令紅外光源發(fā)出波長范圍為700nm～1100nm的單色采集用光束；所述棱鏡至少具備一個采集用光束入射面，一個圖像輸出面、一個采集面；將所述棱鏡的采集面與所要采集的活體指掌貼合，在采集面上形成指掌紋圖案；開啟所述紅外光源，使所述采集用光束由所述入射面進入所述棱鏡并投射到所述指掌紋圖案上，由采集面將采集用光束進行反射形成載有指掌紋圖案的圖像光束并通過所述圖像輸出面輸出；將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，完成活體指掌紋的采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活體指掌紋采集方法，其特征在于將所述圖像輸出面輸出的圖像光束進行濾光處理，使圖像光束中850nm波長的紅外光通過，形成850nm波長的圖像光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活體指掌紋采集方法，其特征在于將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到彩色圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；調(diào)整所述彩色圖像傳感器的紅、綠、藍(lán)三個通道的增益，使其在700nm～1100nm波長范圍內(nèi)，對于相同的光照有相同的圖像信號輸出強度。
4.一種活體指掌紋采集裝置，有一個殼體，其特征在于在殼體頂部設(shè)置一個棱鏡，該棱鏡至少具備一個采集用光束入射面，一個圖像輸出面、一個采集面；在所述入射面一側(cè)設(shè)置有紅外發(fā)光板，該紅外發(fā)光板的法線與所述采集用光束入射面正交，在圖像輸出面一側(cè)設(shè)置有鏡頭組件，該鏡頭組件的輸出端設(shè)置有一個圖像傳感器，該鏡頭組件的光軸與所述圖像輸出面正交；所述紅外發(fā)光板、鏡頭組件、圖像傳感器安裝在所述殼體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述紅外發(fā)光板表面設(shè)置有勻光板。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述圖像傳感器是彩色圖像傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外透射可見吸收濾光片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外帶通濾光片。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述棱鏡的圖像輸出面與鏡頭組件的輸入端之間設(shè)置有紅外透射可見吸收濾光膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活體指掌紋采集裝置，其特征在于所述鏡頭組件的輸出端與圖像傳感器之間設(shè)置有紅外帶通濾光膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活體指掌紋采集方法及裝置，使用一個由棱鏡、光源、鏡頭組件、圖像傳感器構(gòu)成的采集裝置，將所述棱鏡的采集面與所要采集的活體指掌貼合，在采集面上形成指掌紋圖案；開啟所述紅外光源，使采集用光束由所述入射面進入所述棱鏡并投射到所述指掌紋圖案上，由采集面將采集用光束進行反射形成載有指掌紋圖案的圖像光束并通過所述圖像輸出面輸出，該圖像光束的波長范圍是700nm～1100nm；將所述圖像光束通過鏡頭組件投射到圖像傳感器上，由該圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，完成活體指掌紋的采集。本發(fā)明將彩色圖像傳感器應(yīng)用于光電指紋、掌紋的采集而不會產(chǎn)生色差和圖像分辨率降低的問題，并且降低了產(chǎn)品成本。
文檔編號G06K9/20GK1949248SQ20051010931
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者劉曉春, 孫蘇平, 張宏, 李建民 申請人:北京海鑫科金高科技股份有限公司