用于生物识别的非接触式光学成像系统技术方案

一种将物体的特征、突脊与高度变化成像的光学系统，利用光的镜面反射特性最大化这些特征、突脊与高度变化的对比度。该系统提供了一种适用于生物识别的非接触式的物体成像方式，例如指纹成像。该系统通过对波阵面适当的定形，从而获得了强烈的镜面反射。可选的，该系统还可以包括一个用于滤光的偏光器，以增强物体表面的镜面反射。可选的，该系统也可以包括预处理装置，用于调整图像亮度，对比度以及放大率。（*该技术在2023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生物识别的非接触式光学成像系统。
技术介绍
在今天这个电子信息时代，人们对于加强安全与正确的身份识别有着非常大的需求。例如，对经由互联网在供货商的网站上进行购物的购买者的身份识别，对其他金融交易参与者的身份识别，以及对于在任何必须要处理和传输敏感数据的地点和在访问控制中的身份识别，都包括在可靠的身份识别需求之内。正在发展中的生物测定学领域为这种可靠的身份识别需求提供了一个科学的答案。生物识别技术测量并突出标记某个人身上的一些唯一的特征，然后利用这些特征去识别这个人。目前已经存在有许多生物识别设备，包括指纹读取器，掌形读取器，虹膜成像仪，视网膜摄像仪，语音辨识器，人脸辨识设备。更复杂一些的设备还有指甲突脊辨识设备以及耳垂血管图案摄像仪。在这些生物识别设备中，最有前途，最成熟和最常用的设备可能就是指纹读取器。所有这些生物识别设备都各有其所长与不足之处。任何生物识别设备的重要特性包括用户舒适度，使用户愿意使用；低误拒绝率；低误接受率；成本；尺寸；操作速度；以及在各种工作环境下的耐用性。综合考虑这些特性，指纹读取器表现出很好的整体性能，特别是在用户接受度上。目前的指纹读取器有两种基本类型，一种是(1)直读感应器，一种是(2)光学感应器。除了少数几种特殊的光学读取器，所有的直读感应器与绝大部分光学读取器，都要求使用者将其指尖部位紧紧地按在一个“平板”上，使其被读取。对于直读器来说，这个平板就是感应器自身的表面。这种设备必须要取得手指表面的接触印纹，其依据的原理在于，指纹的较高的突脊相对于凹沟来说，会接触到感应器，或者更靠近感应器的表面。该技术目前有多种变化形式。另一方面，现有的绝大多数光读器都有一个棱镜或者其他玻璃(或者也可能是塑料)表面，使用者将他们的手指放在这个表面上，并且通过这个表面，其指纹的图像被摄取。这种设备依据平板表面处由于与手指表面突脊的接触而造成的反射率的变化，从而形成了指纹中突脊的高对比度图像。反射率的变化是由于平板与空气之间的表面处的折射指数的差异与不连续所造成的。当手指(或者任何其折射指数略高于空气的物体)以与平板表面紧密的接触(也可以包括湿润)的方式被放置时，在放置处的反射率就会减小。原则上，仅指纹的高点(突脊)会与平板表面发生紧密接触，因而突脊会比凹沟显得更深暗。平板表面的照明措施是为了最大化这一效果。接触式光学生物识别设备有其固有的缺点，包括手指的润湿性或油性引起的指纹图案的较大变化，手指的压力变化引起的图案变化，干燥或过于润湿的手指造成的指纹图案不清或部分区域无图案，残留物造成的对比度损失，以及上一次使用而遗留在平板上的隐约的指印。另外，由于这些隐约的指印有被使用者盗用的可能性，因此，身份被窃取的安全风险也是存在。由于都需要将手指放置于平板上，光读器的许多缺点也同样存在于直读感应器。而且，直读感应器的其他问题还包括易破损(当某个物体落到必须很薄的平板上时容易破碎)，静电放电造成的损坏，以及成本高。
技术实现思路
本专利技术是一种新式光读技术。其主要的物理反差机制，基于从物体表面的直接镜面反射，而非内部反射。这就赋予了本专利技术的非接触式生物测定图像获取的独特优势，避免了目前的接触式光学和直接读取技术的大部分问题。此外，本专利技术独特的基于低成本与成熟的光学图像感应器，因此在价格与分辨率上具有市场竞争力。该技术还不受静电放电的影响，手指的潮湿或干燥对其无干扰，手指的压力大小不会引起指纹图案的变化。事实上，该技术的主要优点之一就是无需压力即可获得清晰的指纹图像。本专利技术的优选实施例要求使用者将手指放在仪器外壳开口处来提取指纹，但是，使用在无菌或者其他特殊环境下的另外的实施例也允许采用一种完全的非接触模式。本专利技术另一个显著优点是，它可使用指尖以外的其它皮肤表面的突脊来进行身份识别，譬如关节或手肘。这在一些特殊情况下很有用，譬如使用者没有手指或不能使用手指。总之，本专利技术是一种对一个物体的特征、突脊、以及高度变化进行成像的光学系统，利用光的镜面反射特性来最大化这些特征、突脊、和高度变化的反差。本专利技术包括一个光源(例如发光二极管)，一个用于定位成像物体的装置(例如一个物理托持架或位置检测器)，一个光源光束波阵面定形装置(例如镜子或透镜)，通过它来照亮物体，从而在物体的整个表面上形成强烈的镜面反射，一个利用反射光聚焦物体图像的装置(例如透镜或镜子)，以及一个图像感应器，放置在使从对象反射的光能在该感应器上创建图像的位置(例如CCD或CMOS图像感应器)。附图说明图1是本专利技术用于指纹成像的一个实施例的透视图；图2是本专利技术用于指纹成像的一个实施例的方框示意图；图3是本专利技术用于指纹成像的一个实施例的截面图；图4是本专利技术用于指纹成像的一个实施例的示意图； 图5显示了利用本专利技术获取的指纹图像例图。具体实施例方式本专利技术对表面特征，譬如，手指或其它生物识别对象的独特突脊，进行高质量、高对比度、均匀和一致的成像。读取器依据的基本物理原理是用镜面反射光来最大化特征、突脊和高度变化的反差。可选的，本专利技术使用一个偏光镜对来自物体表面的镜面反射进行过滤和增强。可选的，本专利技术还可以包括预处理装置，用于调节图像的亮度、对比度、和放大率。本专利技术的优选实施例中包括(1)一个光源，即一个不带透镜的绿色发光二极管或LED；(2)一个空间滤光器，包括第一级与第二级，第一级具有一个对准光源的光圈，用以定义光源的有效尺寸，第二级具有一个与第一级光圈同心的光圈，用以定义光源光束的锥形角度；(3)一个球凹面镜，放置在从空间滤光器发生的光路上，以便俘获全部的锥形光束；(4)一个物体托持架，放置的位置可以保持物体相对于镜面反射光45度角成像，使从物体反射出来的光的镜面分量成为部分线性偏振，并保持物体恰好处于反射镜的源像点之内，从而使该物体被镜面反射锥形光束完全照明，该位置并进一步被定位于使源像点与光源并置，并进一步被定位于使其位于空间滤光器的出射锥形光束之外；(5)一个偏振滤光镜，位于物体反射光束路径上，其取向仅让反射光中的s-分量通过；(6)一个透镜，放置在可以使从偏振滤光镜出来的光通过该透镜的位置上；(7)一个小孔径光圈，放置在可以使从透镜出来的光通过该光圈的位置上，以获得较大的景深；(8)一个图像感应器，放置在可以使从该孔径光圈出来的光照在该感应器的位置上，而且该位置还可以使图像通过透镜聚焦在该感应器的表面，并且与来自该孔径光圈的光的光轴大约成30度角，以校正由于物体与透镜轴的大角度而造成的图像变形。图1至图4描述了本专利技术的实施例，图5显示了本专利技术实施例输出的样图。图1是本专利技术作为指纹读取器的一个实施例的透视图。该指纹读取器的内部工作结构被容纳于机壳(36)内。使用时，使用者沿铰链(34)向后翘起机盖(32)，暴露出手指光圈板(12)，使用者的手指放置其上以获取图像。图2是在图1中进行了外部描述的优选实施例的截面图，显示了该成像器的内部结构。首先，实施例中的内部机构被安装在机壳(36)中。一个LED或其它灯泡(16)作为发光光源，最好是绿色波长。光束通过决定发射光锥形角度的两级空间滤光器(18)。(该两级空间滤光器放置的角度位置使在光圈(11)处被成像的物体免受LED(16)光的直射。)光束然后被送到凹面反射镜(14)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将物体的特征、突脊与高度变化成像的光学系统，利用光的镜面反射特性最大化这些特征、突脊与高度变化的对比度，该系统包括：ａ．一个光源；ｂ．一个定位所述成像物体的装置；ｃ．一个所述光源光束波阵面定形装置，用于照明所述物 体以形成强烈的镜面反射；ｄ．一个利用所述反射光聚焦所述物体图像的装置；以及ｅ．一个图像感应器，位于可以使从所述物体反射的所述光在其上创建图像的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：瓦利德S海戴德，
申请(专利权)人：深远研发公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]