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一种指纹静脉识别系统技术方案

技术编号:19515582 阅读:26 留言:0更新日期:2018-11-21 10:40
本新型属于光学技术领域,涉及一种指纹静脉识别系统,可工作于可见光波段和近红外波段,识别系统包括采集区、光学成像区和传感器接收区;其中采集区的白光LED光源和近红外LED光源同时入射至待测生物特征表面,光学成像区同时对指纹及静脉成像,传感器接收区接收光学成像区所成的像;本新型采用同轴设计,结构简单紧凑、镜片少、视场角大、体积小、同时适用于可见光波段和近红外波段、畸变小、像面照度分布均匀,成像性能优;在双波段各视场角均接近衍射极限,满足成像质量要求,可同时完成指纹及静脉双重生物特征提取。

【技术实现步骤摘要】
一种指纹静脉识别系统
本技术属于光学
,涉及一种生物特征提取识别系统,特别涉及一种采用同轴透射结构的、可同时工作于可见光波段和近红外波段的指纹静脉识别系统。
技术介绍
在信息技术高速发展的今天,信息安全显得尤为重要,但广为采用的指纹识别已不再万无一失,其易于伪造且易受外界环境影响。而静脉属于人体内部特征,难以被伪造且只有在活体条件下才能被采集到。并且两者的特征点位于相同位置,获取方便,因此提出一种指纹及静脉的多模识别技术。但目前关于指纹及静脉的多模识别技术大多集中在后期对指纹和静脉图像的处理和识别技术上,对于光学成像系统的设计却寥寥可数。文献报导了一种利用分光棱镜分光路的方法使静脉和指纹分别成像在不同的传感器上([J]湖北第二师范学院学报,2009年,第26卷第2期),但并未给出具体的光学系统设计结果。文献还报导了利用两种光学系统分别采集指纹和静脉图像,成像在两个不同的图像传感器上([J]应用光学,2017年,第38卷第5期),但其采用了两种光学系统和两种传感器,大大增加了成本和体积。在前人研究的基础上,提出一种仅使用单个光学系统即完成指纹和静脉生物特征提取的具体设计,采用同轴设计,结构简单紧凑,在可见光波段提取指纹特征,在近红外波段提取静脉特征,双波段成像质量皆接近衍射极限,满足成像质量要求。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是:现有指纹采集系统不能同时采集指纹和静脉图像;为实现以上技术目的,技术方案如下:一种指纹静脉识别系统,包括采集区、光学成像区和传感器接收区;采集区由白光LED光源,透明平板玻璃,近红外LED光源组成;光学成像区沿光线入射方向,依次包括第一正透镜,第二正透镜,第一负透镜,第二负透镜,第三正透镜,第四正透镜组成;其中第二正透镜和第一负透镜组成双胶合负透镜,第二负透镜和第三正透镜组成双胶合负透镜;传感器接收区由红外滤波片,CMOS图像传感器组成;待测生物特征放置在采集区中的透明平板玻璃上,白光LED光源和近红外LED光源同时入射至待测生物特征表面,光学成像区同时对待测生物特征的指纹及静脉成像,所成的像经红外滤波片后由CMOS图像传感器接收。优选的上述方案中:所述的第一正透镜、第二正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜相对于指纹静脉识别系统焦距的归一化焦距依次对应为f″21、f″22、f″23、f″24、f″25、f″26,对应值范围分别为1.3≤f″21≤1.5、0.4≤f″22≤0.6、-0.4≤f″23≤-0.2、-0.4≤f″24≤-0.2、0.5≤f″25≤0.7和0.7≤f″26≤0.9。正负透镜组合以矫正像差和色差,提高成像质量;合理分配焦距以缩短物象共轭距离,缩小系统体积。优选的上述方案中:所述的第一正透镜、第二正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜的折射率依次对应为n21、n22、n23、n24、n25和n26;它们对应的取值范围分别为1.70≤n21≤2.25、1.52≤n22≤2.07、1.51≤n23≤2.06、1.60≤n24≤2.15、1.55≤n25≤2.10和1.75≤n26≤2.30。基本采用正透镜高折射率、负透镜低折射率的原则,减少场曲和色差,提高成像质量。所述识别系统为可见光波段和近红外光波段共焦成像系统,工作波长变化范围为400nm-700nm;840nm-860nm。可见光波段用以对指纹成像,近红外波段用以对静脉成像且波长850nm左右对静脉成像质量较好。所述识别系统的视场角为28°,物像共轭距离小于100mm。在满足成像质量要求的前提下,尽可能的增大视场角以减少物像共轭距离,缩小系统体积。与现有技术相比,本技术方案的特点在于:1、采用指纹识别和静脉识别相结合,相较于传统的单一指纹识别,安全性更高。2、仅使用单个光学系统即完成了指纹及静脉双重生物特征的提取,大大减少了制造成本和系统体积。3、视场角大,物像共轭距离短,进一步缩短了系统体积。4、涉及的指纹静脉识别系统,具有双波段消色差好、像散小、畸变小的特点。附图说明图1是实施例提供的指纹静脉识别系统的结构示意图;图2是实施例提供的指纹静脉识别系统在可见光波段的像面的光线追迹点列图;图3是实施例提供的指纹静脉识别系统在近红外波段的像面的光线追迹点列图;图4是实施例提供的指纹静脉识别系统在可见光波段的能量集中度曲线;图5是实施例提供的指纹静脉识别系统在近红外波段的能量集中度曲线;图6是实施例提供的指纹静脉识别系统在可见光波段的畸变曲线;图7是实施例提供的指纹静脉识别系统在近红外波段的畸变曲线;图8是实施例提供的指纹静脉识别系统在可见光波段的像面相对照度曲线;图9是实施例提供的指纹静脉识别系统在近红外波段的像面相对照度曲线;图10是实施例提供的指纹静脉识别系统在可见光波段的调制传递函数曲线;图11是实施例提供的指纹静脉识别系统在近红外波段的调制传递函数曲线其中:11、采集区的白光LED光源;12、采集区的透明平板玻璃;13、采集区的近红外LED光源;21、光学成像区的第一正透镜;22、光学成像区的第二正透镜;23、光学成像区的第一负透镜;24、光学成像区的第二负透镜;25、光学成像区的第三正透镜;26、光学成像区的第四正透镜;31、传感器接收区的红外滤波片;32、传感器接收区的CMOS图像传感器。具体实施方式下面结合附图及实施例对本新型作进一步描述:实施例一:一种指纹静脉识别系统,它的工作波段为400nm~700nm和840nm~860nm,系统F数为F/#=2.86,物像共轭距离为96.78mm。参见附图1,它是本实施例提供的指纹静脉识别系统的工作原理图;包括采集区、光学成像区和传感器接收区,采集区由采集区的白光LED光源11,采集区的透明平板玻璃12,采集区的近红外LED光源13组成;光学成像区由光学成像区的第一正透镜21,光学成像区的第二正透镜22,光学成像区的第一负透镜23,光学成像区的第二负透镜24,光学成像区的第三正透镜25,光学成像区的第四正透镜26组成;传感器接收区由传感器接收区的红外滤波片31,传感器接收区的CMOS图像传感器32组成。利用Zemax光学设计软件,对应各透镜相关参数的优化设计结果如下:沿光线方向,第一正透镜21前后表面的曲率半径分别为9.1mm和24.7mm,厚度为2.3mm,折射率为1.95;第二正透镜22前后表面的曲率半径分别为4.2mm和30.7mm,厚度为1.3mm,折射率为1.77;第一负透镜23前后表面的曲率半径分别为30.7mm和2.9mm,厚度为0.5mm,折射率为1.76;第二负透镜24前后表面的曲率半径分别为-3.3mm和8.3mm,厚度为0.5mm,折射率为1.85;第三正透镜25前后表面的曲率半径分别为8.3mm和-4.4mm,厚度为1.2mm,折射率为1.80;第四正透镜26前后表面的曲率半径分别为18.1mm和-12.8mm,厚度为1.9mm,折射率为2.00。光学成像系统的第一正透镜21与第二正透镜22的间距为0.01mm,第二正透镜22与第一负透镜23组成一组双胶合透镜,第一负透镜23与第四正透镜26的间距为0.1mm;采集区与光学成像系统之间的距离为80.2mm;光学成像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种指纹静脉识别系统,包括采集区、光学成像区和传感器接收区;其特征在于:所述的采集区由白光LED光源,透明平板玻璃,近红外LED光源组成;光学成像区沿光线入射方向,依次包括第一正透镜,第二正透镜,第一负透镜,第二负透镜,第三正透镜,第四正透镜组成;其中第二正透镜和第一负透镜组成双胶合负透镜,第二负透镜和第三正透镜组成双胶合负透镜;传感器接收区由红外滤波片,CMOS图像传感器组成;待测生物特征放置在采集区中的透明平板玻璃上,白光LED光源和近红外LED光源同时入射至待测生物特征表面,光学成像区同时对待测生物特征的指纹及静脉成像,所成的像经红外滤波片后由CMOS图像传感器接收。

【技术特征摘要】
1.一种指纹静脉识别系统,包括采集区、光学成像区和传感器接收区;其特征在于:所述的采集区由白光LED光源,透明平板玻璃,近红外LED光源组成;光学成像区沿光线入射方向,依次包括第一正透镜,第二正透镜,第一负透镜,第二负透镜,第三正透镜,第四正透镜组成;其中第二正透镜和第一负透镜组成双胶合负透镜,第二负透镜和第三正透镜组成双胶合负透镜;传感器接收区由红外滤波片,CMOS图像传感器组成;待测生物特征放置在采集区中的透明平板玻璃上,白光LED光源和近红外LED光源同时入射至待测生物特征表面,光学成像区同时对待测生物特征的指纹及静脉成像,所成的像经红外滤波片后由CMOS图像传感器接收。2.根据权利要求1所述的指纹静脉识别系统,其特征在于:所述的第一正透镜、第二正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第三正透镜、第四正透镜相对于所述识别系统焦距的归一化焦距依次对应为f″21、f″22、f″23、f″24、f″25、f″26,对应值范围分别为1....

【专利技术属性】
技术研发人员:季轶群赵迪迪
申请(专利权)人:苏州大学
类型:新型
国别省市:江苏,32

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