光电指纹识别仪制造技术

应用Ｊｏｉｎｔ变换原理及液晶光阀的光电指纹识别仪兼有光学图像处理的大容量、快速、高度并行的优点及数字图像处理可编程、软件功能丰富、高精度、易于操作的特点，用液晶光阀（ＬＣＬＶ）和电荷耦合器件（ＣＣＤ）实现实时识别，以马赫－曾特干涉仪作为输入部件，采用连续变比－－衰减补偿指纹对透过率差，并定义了专用的识别指标，用微机数字图像处理系统给出定量化图形化的评价结果。具有实时，快速、精确、成本较低的优点，适用于公安、司法、检察部门进行指纹的同一认定。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
该专利技术“光电指纹识别仪”属于信息光学仪器类，它适用于指纹的实时识别。在已有技术中(已有对比文献美国专利3，771，124及3，716，301)，用于指纹识别的方案有两类。第一类是主观识别，这是传统的识别方法，缺点是主观性、不确定性，而且工作人员的劳动强度很大，费时费事。第二类是机器识别，这一识别方案中还有两种主要的方法，第一种方法是数字图像识别，它将两幅待识别的指纹图案用CCD(电荷藕合器件)记录下来，再经过A/D转换后变成数字图像，送入计算机进行特征比对或模式识别。由于指纹图案包含的信息量很大，因此用于指纹识别的数字图像系统为大容量、高速的系统，技术复杂，价格较高。某些破损的现场指纹，在识别前必须经人工预处理，从而带入主观因素和不确定因素。第二种方法是以匹配滤波为理论基础的光学图像识别。这一方案有两个难以克服的缺点首先是需要制作匹配滤波器，并要求精确复位，为操作带来不便，若复位精度不够还会影响识别效果。其次是难以实现实时识别。因此，迄今为止这一方法还只停留在实验室阶段，仅能用于教学和演示。该专利技术的目的是为了克服上述两个方法的缺点而设计的，是一种光电混合识别方案。该专利技术充分发挥光学信息处理的大容量、快速、高度并行的优势和数字图像处理的可编程、高精度、计算功能丰富的特点，指纹的预处理很简单，识别过程是实时的，软件功能丰富，识别结果可靠，且成本较低，易于仪器化，是一种具有实用价值的指纹识别仪器。该专利技术“光电指纹识别仪”是应用Joint变换原理及液晶光阀来实现的，下面结合附图来描述本专利技术的设计方案及其技术特征图1为本专利技术的光学系统图。1为激光器(He-Ne激光器或半导体激光器)，由它辐射的激光束通过连续变比分光镜3分成两束，一束经透镜4和6构成的扩束系统形成准直的宽光束，射入由反光镜8、10和分段可调分光镜7、分光镜14构成的马赫-曾特干涉仪，待识别的指纹负片9和11分别置于干涉仪的两臂，它们的中心关于光轴互相错开距离2b，并经过傅里叶变换透镜12进行Joint-傅里叶变换(以下简称Joint变换)，这里是采用大孔径长焦距的傅里叶变换透镜12作为第一次傅里叶变换，即Joint-傅里叶变换;采用短焦距的傅里叶变换透镜21作第二次傅里叶变换，获得相关输出。透镜的焦距比应使最后的相关输出信号的空间宽度与CCD摄像机的靶面尺寸相匹配。并将Joint变换谱写入液晶光阀13的输入端面。由连续变比分光镜3输出的另一光束先由透镜15、16构成的扩束系统形成适当扩束的准直光束，经连续可调的减光板18衰减后，经过空间滤波器19滤波，采用空间滤波技术提高输出信号的信噪比。该空间滤波器19是一个小孔，它可以在垂直于光轴的平面内扫描，以获得最佳的效果。通过偏振分光棱镜20导入液晶光阀13，成为读出光。液晶光阀是由连续变比分光镜3及连续可调减光板18调整其写入信号与读出信号的光强比，从而获得最佳识别效果。反光镜2、5、17起到改变光束方向的作用。当13的输入端有信号写入时，由于液晶光阀的作用，将写入的Joint变换复振幅谱转换成Joint功率谱，由读出光读出，通过偏振分光棱镜20，经透镜21进行第二次傅里叶变换，形成相关谱，由CCD器件22记录，转换成电信号，输入微机数字图像处理系统24。23和25为监视器，分别显示处理前的相关信号和处理后的结果。本专利技术根据Joint变换来进行指纹识别。设参考指纹(档案指纹)g1(x，y)和待测指纹(现场指纹)g2(x，y)同时置于输入平面(x，y)上，中心相距2b，经扩束准直后的激光照射后，形成系统的输入信号g(x，y)＝g1(x-b，y)+g2(x+b，y)， (1)在傅里叶变换透镜13的后焦平面即谱平面上出现输入信号的Joint变换复振幅谱G ( (u)/(λf1,) (v)/(λf1) ) = G1( (u)/(λf1,) (v)/(λf1) ) exp + G2( (u)/(λf1,) (v)/(λf1) )exp , (2)式中u、ν为谱面坐标，f1为透镜的焦距，λ为波长，G1、G2分别是g1、g2的傅里叶变换。G成为位于谱平面的液晶光阀的写入信号。液晶光阀为光寻址的空间光调制器，它对光波的作用原理是液晶的场致双折射效应，在输入面写入光强低于阈值的情况下，它的作用相当于一个具有高反射率的反光镜。由偏振分光棱镜20导入的读出光为平面偏振的o光，经液晶光阀13反射，其偏振态不变，因而透不过20，从系统的输出端看进去呈暗场。当液晶光阀的输入端面有Joint变换的复振幅谱输入时，在写入光强超过阈值的那些区域，使入射的读出光的偏振态变成e光，从而能透过偏振分光棱镜15。由于这一效应取决于写入光的强度，因而读出的是Joint变换的功率谱，即I=|G|2=|G1|2+|G2|2+G1·G2exp]]>+G1G2·exp,(3)]]>当一对指纹同一时，有G2＝G1，代入(3)式得I=|G1|2{1+cos},---(4)]]>表明相同指纹的Joint变换功率谱是单个指纹的功率谱｜G1｜2被余弦条纹所调制。由(3)式表示的读出信号经过第二个傅里叶变换透镜2的作用，得到相关输出，呈现在CCD器件22的探测面上 其中F.T.｛I｝表示对信号I的傅里叶变换， 表示相关运算，输出平面的坐标为(ξ，η)，ρ＝f1/f2，f2为透镜16的焦距，ρ为图形的缩放因子。(5)式中前两项为g1、g2的自相关谱，重叠在零级谱中;第三、四项代表g1和g2的互相关谱，对称地分布在零级谱两侧，中心坐标分别为(2ρb，0)和(-2ρb，0)。如果g1＝g2(相同指纹)，则互相关函数变为自相关函数，它具有峰的结构，即相关峰，在(2ρb，0)和(-2ρb，0)处呈现尖锐的亮斑。若g1≠g2(不同指纹)，则互相关函数不出现峰值。据此可以判别g1和g2的异同。CCD器件将相关输出直接显示在高分辨率的监视器23上。本专利技术的读出光/写入光分光功能是由连续可变分光镜3实现的。3的光学系统如图2所示。27为偏振分光棱镜，26和26′为半波片。射入27的光波中的e光透过27，o光由27反。若入射光是平面偏振光，则转动半波片26，光波的振动平面将随之转动，从而可以调节e光和o光的光强比。半波片26使透射的e光的振动平面转过90°成为o光，保证两束输出光波是相干的。这一器件可以使液晶光阀的读出光/写入光的光强比在100∶1到1∶100的大范围内连续可调节。读出光的光强又经过连续可调减光板18衰减，衰减范围为1～ 1/30 。减光板是一个圆形可旋转的玻璃平板，在一面镀上厚度连续变化的铬层或介质膜层，另一面镀增透膜。3和18的共同作用的结果，使液晶光阀的读出光强和写入光强在大范围内连续可调，保证在识别具有不同透过率的指纹样品时，液晶光阀均处于其最佳的工作点从而获得高反差、大动态范围的功率谱，提高识别效果。本专利技术采用马赫-曾特型干涉仪作为一对待识别指纹的输入系统。它具有以下功能第一，指纹g1和g2分别置于干涉仪的两臂，便于更换和调节方位的操作;第二，分段可调分光镜7的分光比分段可调，从1∶1-1∶10，从而可选择不同的光强比，以适应g1和g2的不同透过率，保证最佳的识别效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有电荷藕合器件、数字图象系统、光学信息处理系统的光电指纹识别仪，其特征在于是由采用了对两个指纹负片进行实时识别认定的液晶光阀作为Ｊｏｉｎｔ变换复振幅谱与功率谱转换器件，指纹图像输入系统，空间滤波器，光电转换器和微机数字图像处理系统构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋菲君，宋建力，冀平，安昕，
申请(专利权)人：大恒新纪元科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]