一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法。所述系统包括偏振产生模块、共焦扫描模块、偏振测量模块和数据采集成像模块。本发明专利技术基于Stokes参量测量进行指纹偏振扫描成像，获得单色平面偏振光通过印有指纹印痕的客体后的Stokes参量和偏振参量指纹图像。本发明专利技术能很好地降低由客体如镜面的透射形成的背景亮度，使指纹与背景反差明显，图像背景干扰得到弱化，指纹辨识度提高；通过本发明专利技术获得的指纹图像，其纹理细节丰富、呈现出清晰的一级特征、二级特征、以及其他指纹成像方法中难以观察到的部分三级特征细节；且本发明专利技术操作简易，无需对指纹样品做处理，避免对指纹造成破坏。

【技术实现步骤摘要】
一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法
本专利技术涉及潜指纹检测
，尤其涉及一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法。
技术介绍
潜指纹是由于指上的汗孔和脂肪腺时刻分泌着汗液和皮脂等化学成分，当手指接触施力在物体上时，将手指上的汗液和油脂等映射着指纹纹路的遗迹。潜指纹因不可直接被观察而容易被忽视，但其包含着每个人独特的真皮纹线形态信息。可通过分析潜指纹上的乳突纹线整体形态信息和乳突纹线偏转所形成的细节特征，进行分类识别与数据库样本比对，实现指纹鉴定和个体识别。对潜指纹的显现，在刑侦科学、身份鉴定、信息安全等领域具有重要应用价值。目前，新型的潜指纹成像技术包括荧光技术法、纳米粒子法、免疫技术、适配体法、化学(或高光谱)成像法等。XinxinZhu等提出用聚乙烯亚胺(PEI)修饰碳点(CDs)与异硫氰酸荧光素(FITC)缀合成的CDs-FITC复合物用于荧光浅指纹的成像；KimYoung-Jae等将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)引入荧光二氧化硅纳米粒子(FSNP)的表面以用于增强在亲水性和疏水性底物上的潜指纹检测；LamR等进行了用于检测潜指纹的多靶免疫原性试剂的评估；ZhaoJ等使用嵌入SERS记录的核酸壳纳米粒子适配体来显现指纹；Tahtouh等进行的红外光谱尝试，对指纹用氰基丙烯酸酯熏显处理，利用其在红外光谱区对荧光强烈的吸收特性成像。这些方法均是利用物质的荧光特性或与指纹成分吸附、或结合、或反应后化合物的特性检测成像，进而显示指纹乳突痕迹，得到的指纹性能指标都较好，能达到二级特征等级，但存在背景光干扰、对比度较差，操作复杂，开发时间长，造价成本高，操作人员使用上手难度大等问题，部分有害试剂和染料或对操作人员造成损害，且指纹与试剂或是适配体等结合过程对指纹样本造成不可逆的破坏。高树辉等人提出将偏振成像技术用于潜指纹的新检测方法，发现利用偏振成像技术也能更好地获得指纹的细节信息。但一般传统偏振成像方法操作繁杂、部分实验前仍需对样品进行的如涂撒金、银等金属粉末等的处理操作，不免也对指纹造成破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统，包括：偏振产生模块，其包括激光器和偏振片；所述激光器发出的激光经偏振片产生偏振光；共焦扫描模块，其包括第一物镜、位移台和第一透镜；从所述偏振产生模块产生的偏振光经第一物镜聚焦入射至指纹样品，所述位移台用于对指纹样品进行扫描，经过指纹样品后携带指纹信息的出射光经第一透镜转换成平行光传出；偏振测量模块，其包括三个分束镜和四路Stokes偏振光采集光路；从所述共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光经三个分束镜进入四路Stokes偏振光采集光路，每路Stokes偏振光采集光路沿光传输方向依次包括偏振片、物镜和光电探测器；数据采集成像模块，其包括数模转换器和处理器；从所述偏振测量模块的光电探测器输出的信号经数模转换器转化并传至处理器进行处理，最后输出反映指纹特征的图像。相对于现有技术，本专利技术采用基于Stokes参量测量的四通道偏振共焦显微成像系统进行指纹偏振扫描成像，测量单色平面偏振光通过印有指纹印痕的客体后的Stokes参量和偏振参量指纹图像；本专利技术能很好地降低由客体如镜面的透射形成的背景亮度，使指纹与背景反差明显，图像背景干扰得到弱化，指纹辨识度提高；通过本专利技术获得的指纹图像，其纹理细节丰富、呈现出清晰的一级特征、二级特征、以及其他指纹成像方法中难以观察到的部分三级特征细节；且本专利技术操作简易，无需对指纹样品做处理，避免对指纹造成破坏。进一步地，从所述共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光垂直入射第一分束镜，分为第一反射光和第一透射光；所述第一反射光垂直入射第二分束镜，分为第二反射光和第二透射光，分别进入第一Stokes偏振光采集光路和第二Stokes偏振光采集光路；所述第一透射光垂直入射第三分束镜，分为第三反射光和第三透射光，分别进入第三Stokes偏振光采集光路和第四Stokes偏振光采集光路。进一步地，所述第四Stokes偏振光采集光路还包括1/4波片，所述包括1/4波片设于第三分束镜与第四Stokes偏振光采集光路的偏振片之间。进一步地，所述第一Stokes偏振光采集光路的偏振片的方向角为0°；所述所述第二Stokes偏振光采集光路的偏振片的方向角为45°；所述所述第三Stokes偏振光采集光路的偏振片的方向角为90°；所述第四Stokes偏振光采集光路的1/4波片的方向角为90°、偏振片的方向角为135°。进一步地，所述系统还包括归一化模块，其包括分束器、第二透镜和第二光电探测器；从所述偏振产生模块产生的偏振光经分束器反射至第二透镜，经第二透镜聚焦后进入第二光电探测器，得到参考光信号。进一步地，所述偏振光经过分束器反射的反射角小于5°。进一步地，所述系统还包括光阑，从共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光经过所述光阑进入偏振测量模块的第一分束镜。进一步地，从偏振产生模块产生的偏振光经过所述光阑后进入归一化模块的分束器。本专利技术还提供了一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像方法，采用入射光入射至指纹样品，入射光经过指纹样品并与其发生作用，测量从指纹样品出来的出射光的Stokes参量，获取反映指纹特征的Stokes参量图像和偏振参量图像。附图说明图1为实施例的潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统进行成像扫描实验的示意图。图2为实施例的潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统进行定标实验的示意图。图3(a)～(h)分别为玻璃客体上潜指纹的Stokes参量S0、S1、S2、S3，偏振参量振幅比γ，相位差方位角θ，椭率角ε的分布图像。图4(a)和图4(b)分别为同一手指的光强成像图和Stokes参量S1成像图。图5为Stokes参量S1成像图中显示的乳突纹线边沿细节。图6为Stokes参量S1成像图中显示的指纹汗孔。图7为偏振参量振幅比γ成像图中显示的双排线的乳突状突起。图8为镜片客体上潜指纹的Stokes参量S1成像图。图9为书页夹客体上潜指纹的Stokes参量S1成像图。图10为透明胶客体上潜指纹的Stokes参量S1成像图。具体实施方式本专利技术提出一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统及方法，其基于Stokes参量测量进行偏振扫描成像，研究分析在不同承载客体上的潜指纹图像。由于客体表面与携带皮肤表面物质的潜指纹二者对于主动光源的保偏能力不同，在指纹探测技术中，承载指纹的客体一般属于保偏能力强的人工物体，而潜指纹的保偏能力弱，故可利用两者的偏振特性的差异，提取区别于背景的潜指纹偏振图像。本专利技术的实验原理如下：当光束与样品发生相互作用时，样品的光学各向异性可以用Mueller矩阵来描述，对应地，可以采用Stokes矢量表示法描述光束偏振特性，把入射光的Stokes矢量记作S，利用Stokes矢量法，可以描述所有偏振态的光。对于完全偏振光，其Stokes矢量各参量满足若光波Stokes矢量满足则为部分偏振光。而对于自然光，即完全本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统，其特征在于：包括：偏振产生模块，其包括激光器和偏振片；所述激光器发出的激光经偏振片产生偏振光；共焦扫描模块，其包括第一物镜、位移台和第一透镜；从所述偏振产生模块产生的偏振光经第一物镜聚焦入射至指纹样品，所述位移台用于对指纹样品进行扫描，经过指纹样品后携带指纹信息的出射光经第一透镜转换成平行光传出；偏振测量模块，其包括三个分束镜和四路Stokes偏振光采集光路；从所述共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光经三个分束镜进入四路Stokes偏振光采集光路，每路Stokes偏振光采集光路沿光传输方向依次包括偏振片、物镜和光电探测器；数据采集成像模块，其包括数模转换器和处理器；从所述偏振测量模块的光电探测器输出的信号经数模转换器转化并传至处理器进行处理，最后输出反映指纹特征的图像。

【技术特征摘要】
1.一种潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统，其特征在于：包括：偏振产生模块，其包括激光器和偏振片；所述激光器发出的激光经偏振片产生偏振光；共焦扫描模块，其包括第一物镜、位移台和第一透镜；从所述偏振产生模块产生的偏振光经第一物镜聚焦入射至指纹样品，所述位移台用于对指纹样品进行扫描，经过指纹样品后携带指纹信息的出射光经第一透镜转换成平行光传出；偏振测量模块，其包括三个分束镜和四路Stokes偏振光采集光路；从所述共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光经三个分束镜进入四路Stokes偏振光采集光路，每路Stokes偏振光采集光路沿光传输方向依次包括偏振片、物镜和光电探测器；数据采集成像模块，其包括数模转换器和处理器；从所述偏振测量模块的光电探测器输出的信号经数模转换器转化并传至处理器进行处理，最后输出反映指纹特征的图像。2.根据权利要求1所述的潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统，其特征在于：从所述共焦扫描模块的第一透镜传出的平行光垂直入射第一分束镜，分为第一反射光和第一透射光；所述第一反射光垂直入射第二分束镜，分为第二反射光和第二透射光，分别进入第一Stokes偏振光采集光路和第二Stokes偏振光采集光路；所述第一透射光垂直入射第三分束镜，分为第三反射光和第三透射光，分别进入第三Stokes偏振光采集光路和第四Stokes偏振光采集光路。3.根据权利要求2所述的潜指纹的免标记Stokes参量偏振共焦显微成像系统，其特征在于：所述第四Stokes偏振光采集光路还包括1/4波片，所述包括1/4波片设于第三分束镜与第四St...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泳波，唐志列，杜嘉萍，朱明建，李曼华，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44