用于在光学图像捕获系统中减少梯形失真并提高图像清晰度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于捕获例如指纹等带图案物体的图像的装置和方法，该装置包括：光折射器；聚焦透镜；以及光源。光折射器例如可以是棱镜，并且包括：成像表面；光接收表面；以及观察表面。来自光源的入射光通过光接收表面被投射，并且从除成像表面以外的表面反射。然后，该反射光被投射到成像表面上，以便通过观察表面从大体所有散射光生成带图案物体图像。透镜被放置成靠近观察表面，以使光在图像传感器上聚焦。该装置被配置成减少或大体消除由该装置生成的物体图像内的梯形失真并提高该物体图像内的整个图像清晰度。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于与图像捕获和识别系统一起使用的光学捕获装置，具体来说，本专利技术包括一种用于减少或大体消除带图案物体(Patterned Object)图像内的梯形失真并可使该图像更清晰聚焦的光学捕获装置。该指纹识别系统或者任何图形识别系统必须能够做的第一件事情是准确捕获指纹或者其他图形用于分析。针对这种图形数据采集，存在许多机构。例如，下列美国专利即第3,975,711、第4,681,435号、第5,051,576号、第5,177,435号和第5,233,404号都揭示了用于捕获带图案物体图像的装置。附图说明图1示出了一种这样的现有技术的光学指纹捕获识别系统的示意图。在图1中，光学识别系统108包括光源112；光学三棱镜110；透镜组件114；图像传感器116；以及存储处理单元125。棱镜110包括成像表面118；光接收表面120；以及观察表面122。成像表面118是指例如指纹等的带图案物体为了成像而放置成紧贴的表面。光源112例如可以是发光二极管(LED)，其被放置成靠近光接收表面120并产生入射光124，该入射光124被传输给光学三棱镜110。光学三棱镜110是一等腰直角三角形，并且成像表面118的对角约为90度，另两个“底”角(即等腰三棱镜的两个等角)均约为45度。通常，入射光124按照与入射表面法线115所成的一角度126照射到成像表面118上。角度126大于临界角128。一般，临界角是在入射光线与一表面的法线之间测定的。如果入射光按照一个大于临界角的角度照射到一表面上，则该入射光将从该表面进行全内反射；如果入射光按照一个小于临界角的角度照射到一表面上，则该入射光将大体穿过该表面。因此，临界角128是指与成像表面118的法线所成的角，在该成像表面118的上方，入射光将从成像表面118进行全内反射，并且作为反射光130通过观察表面122离开棱镜110。反射光130穿过放置成靠近观察表面122的透镜组件114。透镜组件114可包含一个或多个光学透镜。之后，来自透镜组件114的光由图像传感器116捕获。图像传感器116例如可以是电荷耦合装置(CCD)，或者是互补金属氧化物半导体(CMOS)装置，它捕获光图像并把其转换为电信号。该图像传感器已为本领域技术人员所熟知。然后，该电信号被传输给存储处理单元125。存储处理单元125可包括存储器、处理器和模数转换器(未示出)。模数转换器把来自图像传感器116的模拟电信号转换为数字数据。存储器用于存储数字数据以及用于把所捕获的指纹图像与所存储的指纹图像进行比较的算法。处理器把所捕获的数字数据与事先存储在存储器内的数据进行比较，该比较是以一种用于比较这些数据的算法为基础。处理器还可分析所捕获的数字数据，其目的不同于与所存储的数据进行比较。该存储处理单元已为本领域技术人员所知，并且可包括配备有合适软件的标准个人计算机。用于处理和比较图像数据的算法例如在第4,135,147和第4,688,995号美国专利中作了揭示，这两份专利的全部发表内容均包含在本文中，以供参考。当指纹被放置在光学棱镜的成像表面118上时，指纹凸部111接触成像表面118，而指纹凹部109不与成像表面118保持接触。这样，如果入射光的入射角超过光学棱镜110的临界角，则在指纹凹部109中，从光源112进入光学棱镜110的入射光124便在成像表面118进行全内反射。然而，在指纹凸部111，入射光124的某些部分被吸收并从指纹凸部散射。本文中所使用的“散射”一词表示光在照射到一不规则表面之后，在多个方向上从该不规则表面辐射或不规则反射。由于这种散射和/或吸收，入射光124在指纹凸部111进行不充分的全内反射。这样，从指纹凹部109离开棱镜110的反射光130的强度比从凸部111离开棱镜110的反射光130的强度大。来自凸部111的强度较低的反射光130转移到较暗区，以表示在光束与指纹表面之间的入射点存在一物体。相反，强度较高的反射光130，例如进行全内反射的反射光转移到较亮区，以表示在入射光124与成像表面118之间的入射点不存在一物体。这就可将较暗的指纹凸部111与较亮的指纹凹部109区别开。由于在指纹凸部111吸收入射光是生成指纹图像的主要原因，因而系统108被称为“吸收式”成像系统。上述系统可捕获光学指纹图像，并可处理光学指纹图像的电表示。然而，在指纹凸部111的区域内，入射光124中有些仍进行全内反射，有些在与反射光130平行的方向上散射。这样，来自指纹凹部109与指纹凸部111的反射光130之间的强度差会较小。也就是说，在指纹图像中的指纹凸部111与指纹凹部109之间的对比度会较小。这会使图像的捕获、处理和比较变得较困难。此外，在例如光学识别系统108等的光学识别系统中，透镜组件114中的第一透镜的直径最好比观察表面122上的指纹的图像小。这不仅可使光学识别系统108的尺寸较小，而且可使该系统的制造成本较低。然而，如图2所示，在例如系统108等的吸收式系统中，如果透镜组件114的第一透镜的直径比成像表面118上的指纹小，则透镜组件114一般必须放置成离观察表面122较远。这可使由系统108捕获的指纹图像一直到指纹图像的边缘都较清晰。也就是说，如果透镜组件114被放置成离观察表面122太近，则指纹图像的边缘会在图像边缘附近丢失或失真。这是因为在例如系统108等的吸收式系统中，产生指纹图像的光线对于待聚焦的图像必须大体是平行的。而且，如果透镜组件114内的第一透镜比成像表面118内的指纹小，则来自指纹图像边缘并且与来自更靠近指纹图像中心的区域的光线平行的光线可能就无法进入透镜组件114。这会导致指纹图像的边缘散焦或丢失。这样，如图2所示，如果光学识别系统108的透镜组件被放置在显示透镜组件114’的地方(在虚像中)，则大体平行的反射光130和130’的光线将不进入透镜组件114’。为此，如果透镜组件被放置在透镜组件114’的位置，则对于放置在成像表面118上的点A和点B处的指纹，系统108将不会产生该指纹的清晰图像。这样，如图2所示，在吸收式系统中，通过制造透镜组件114中较小的第一透镜所实现的尺寸减少会不产生作用，因为透镜组件114必须放置成距观察表面122较远，以便使用大体平行的光线捕获整个指纹图像。为此，使光学识别系统108变得较紧凑会有问题。此外，在观察表面122与透镜组件114之间的距离较大，会使得在指纹图像中因光干扰而发生对比度损失。并且，当透镜组件114内的第一透镜比观察表面122处的指纹图像小，则会在光学识别系统108内出现被称为梯形失真的现象。成像系统内的梯形失真所具有的效果是使由系统生成的方形图像看起来象梯形。图2是示出在光学识别系统108内产生梯形失真原因的示意图。来自光源112的入射光124进入棱镜110并从成像表面118反射，使物体AB成像。然后，反射光130离开观察表面122并到达透镜组件114的点A’和点B’，以形成物体A’B’。通过观察表面122观察物体AB，物体AB将看起来位于“视在图像(apparent image)”物体ab处。具体来说，点A看起来在点a，即离观察表面122的距离为aa’，点B看起来在点b，即离观察表面122的距离为bb本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成对比度高、失真少的带图案物体图像的紧凑式装置，其特征在于，该装置包括： 光折射器，用于反射和折射光，光折射器包括： 成像表面，待成像的带图案物体被放置成紧贴该成像表面以便在光折射器内生成该带图案物体的视在图像； 观察表面，其靠近成像表面，待成像物体的图像通过观察表面被投射，观察表面与成像表面形成角度γ；以及 外加表面，其靠近成像表面， 至少一个透镜，其靠近观察表面，用于接收和聚焦通过观察表面投射的带图案物体图像，该透镜具有一个与透镜光轴垂直的透镜平面，该透镜平面与观察表面形成角度δ； 其中，角度γ和δ设置成使从带图案物体的视在图像的一部分移到透镜平面的第一光线的路径长度与大体同第一光线平行并从带图案物体的视在图像的另一部分移到透镜平面的任何另一光线的路径长度大体相等。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓合义，卓盛全，
申请(专利权)人：赛寇根公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]