1 1 无梯形畸变指纹识别系统的光学设计_印晓丽
光学系统设计
光学系统设计(五)一、单项选择题（本大题共 20小题。
每小题 1 分，共 20 分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。
错选、多选或未选均无分。
1．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。
A.相对色散相同，阿贝常数相差较小B.相对色散相同，阿贝常数相差较大C.相对色散相差较大，阿贝常数相同D.相对色散相差较小，阿贝常数相同2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。
A.ϕδ2h 81L ='B. ϕδ2h 81L -='C. ϕδ2h 41L =' D. ϕδ2h 41L -='3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。
A.显微物镜B.望远物镜C.目镜D. 照相物镜4．场曲之差称为 ( )。
A.球差B. 彗差C. 像散D. 色差5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。
A.正比关系B.反比关系C.倒数关系D.相反数关系6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。
A.球差B.场曲C.畸变D.倍率色差7．不会影响成像清晰度的像差是 ( )。
A.二级光谱B.彗差C.畸变D.像散8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( )。
A.显微物镜B.望远物镜C.目镜D. 照相物镜9．正弦差属于小视场的 ( )。
A.球差B. 彗差C. 畸变D. 色差10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。
：1 ：1 C.5：1 ：111．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。
A.畸变B.场曲C.球差D.二级光谱12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ()。
A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。
A.通过改变厚度保持场曲为零B.通过两面曲率调节保持光焦度不变C.通过改变厚度保持光焦度不变D.通过两面曲率调节保持场曲为014．正畸变又称 ( )。
一种新型指纹识别器的设计
３ 系统 的软 件设计
本系统的最终 目标是要实现 一个完整
独立的工作过程 ，同时还要 作为嵌入式的 指纹识别模块结 合 Ｐ Ｃ机进 行二次开 发使 用。系统软件设计 的基本任务是要完成对
进行指纹采集与比对的同时对 被采集者的
心脏频率和指端温度进 行与医学数据的范
围内比对 ，从而避免不法分子的指纹伪造 技术 。系统的基本结构框 图如 图 ３ 所示 。
图中信 息采集器包括心频采集 、 指温
采集和指纹采集 ， 采用先进的芯片集成技
引 言
自上 世纪 ７ ０年代美 日等 发达 国家在 国家安全领域采用指纹识别技术以来 ，指 纹识别技术有 了长足的进步和发展 ，并逐 步 向民用方面渗透 。但仍有不法分子在国 家 工作人 员不备 的前 提 下非法 获取 其指 纹 ， 凭借 日趋 发达 的材料科 学技 术具 体 并 来说就是人造皮肤技术来伪造指纹 ，从而 获取信息危害国家和社会安全。本文真对 以上情 况提 出并设计 了一种有效的能够 防 止指纹复制的新型指纹识别技术 。
些 难 以 预 测 的误 差现 象 。 由系 统 框 图我 们 可 以 发现 只有 当以 上 有 严格 的 要 求 。 基 于 以 上 要 求 ，采 用 了 基 于 ＤＳ 和 Ｐ
矧 ：
芯片采用地址总线和数据总线分开的哈佛 结构 ，能进行非流水线的单周期乘 ／累加 并行操作 ，内部还具有锁相环 ，可用软 件 设定时钟频率 ，能达到 １０ Ｐ ， 而有 ０ＭＩ Ｓ 从 效的提高算法的运行速度 。该芯片拥 有内 部 自带较大存储空 间，其中 ＲＡ ６ Ｋ × Ｍ（４ １ Ｂ ｔ 其中Ｄ ６ ｉ， ＲＡＭ主要用来存放常 量和 变量的数据空 问） 与ＲＯＭ（６ ６ Ｂ ｔ。 １Ｋ Ｘ１ 一 ｉ ） 该芯片提供 的多种外部接 口更为系统功能 从 图中可以看 出，它由采集模块 、图
指纹识别系统的设计与实现
指纹识别系统的设计与实现作者：许欢庆金力钱源吴静孙大勇来源：《电脑知识与技术》2022年第28期摘要：文章利用嵌入式技術结合指纹芯片开发出了一套高性能、低成本、低功耗的指纹识别系统，具有良好的实用性和市场前景。
与此同时，该文探究了指纹识别的原理，给出了嵌入式指纹识别系统的硬件设计及软件实现方案，旨在为人工智能的普及化起到抛砖引玉的效果。
关键词：生物特征识别技术；指纹识别；特征提取；嵌入式技术中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2022）28-0086-04当今时代，信息技术的进步极大程度地改变了人们的生活方式，提高了人们的生活质量。
与此同时，个人信息和隐私安全的保护也显得尤为重要。
传统的加密方式和身份识别技术（例如密码、口令、手势等）因易被伪造和盗用，已经难以满足当前网络安全的需求，生物特征识别技术开始逐步走进大众的视野，受到了前所未有的关注。
生物特征识别技术[1]是指通过采集每个人独特的生理特性（指纹、虹膜、面相、DNA 等）和行为特征（步态、按键习惯等）来进行个人身份的鉴别和确认。
而其中，指纹识别技术因为采集方便快捷，传感器设备相对价廉，且采集和运算技术相对成熟，存储和处理的特征模板的数据量少，读取、识别速度快，可靠性和稳定性也高，所以被广泛应用于各个领域，图1给出了生物识别技术的市场结构图。
1 系统总体设计本文以STM32F103ZET6嵌入式开发板作为核心控制器件，指纹传感器采用AS608光学指纹模块，同时外接TFT电容触摸式彩屏方便显示和控制。
整个识别系统大致可分为录入、匹配两大过程。
在录入时，用户将指头腹部按压在光学采集模块外置的透明玻璃片上，传感器利用光学成像原理，采集到用户的指纹图像，获取图像后，核心板根据指纹识别算法提取出指纹纹理中的特征数据存入内置Flash的特征数据库中作为指纹模板，为后续的比对做准备。
在录好指纹信息后，便可以开始匹配的工作。
一种改进的指纹图像细化算法
一种改进的指纹图像细化算法
肖晓丽;王珂铃;李振
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2008(28)2
【摘要】在自动指纹识别系统中,细化占有重要的地位,现有的指纹细化算法存在很多问题,如细化不彻底、纹线吞噬、骨架偏离纹线中心等.对快速细化算法和改进的OPTA细化算法进行了分析和研究,指出这两种算法在指纹纹线和分叉点处图像细化不彻底等缺陷.同时将两种细化算法有机结合,设计了一组改进的细化模板,提出了一种新的细化算法.实验结果证明:该算法与传统的细化算法相比没有破坏纹线的连接性,不会引起纹线的逐步吞食,又保护了指纹的细节特征.而且该算法运算速度也大大加快,处理后的指纹图像细化完全,骨架接近纹线中心线,光滑无毛刺,方便特征提取和减少匹配的复杂度.
【总页数】3页(P466-468)
【作者】肖晓丽;王珂铃;李振
【作者单位】长沙理工大学,计算机与通信工程学院,长沙,410076;长沙理工大学,计算机与通信工程学院,长沙,410076;长沙理工大学,计算机与通信工程学院,长
沙,410076
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.两种常用指纹图像细化算法的改进 [J], 唐为方;陈旭;周大军;王新刚;罗涛
2.一种有效的指纹图像细化算法 [J], 何晶;范九伦
3.基于改进PCNN的指纹图像细化算法 [J], 汪小涛;徐大诚
4.采用PCNN模板的二值指纹图像改进细化算法 [J], 李百良;徐大诚
5.一种有效的基于八邻域查表的指纹图像细化算法 [J], 杨威;郭科;魏义坤
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低质量指纹识别中若干关键技术
集成学习策略的应用
1 2
Bagging
通过引入Bootstrap采样方法，对多个模型进行 集成，以提高模型的稳定性和泛化能力。
Boosting
通过加权方式将多个弱分类器组合成一个强分类 器，以提高分类精度。例如，AdaBoost算法。
3
Stacking
将多个不同的模型输出作为新的输入，以构建一 个更强大的集成模型。
多尺度特征提取
在不同尺度上提取指纹特征，可以更好地适应低质量指纹图像的变化和噪声干 扰。
04
低质量指纹匹配算法
基于概率统计的方法
贝叶斯分类器
基于贝叶斯定理，对指纹图像的局部特征进行分类和匹配， 提高了准确度。
支持向量机
利用支持向量机的分类能力，对低质量指纹图像进行分类和 匹配。
基于人工神经网络的方法
锐化处理
通过增强图像边缘和细节 ，提高图像的清晰度和分 辨率，使特征更加精细。
图像去噪技术
基于小波变换的去噪
利用小波变换的性质，将图像分解为多个频段，滤除噪声并保留 有用信息。
基于神经网络的去噪
利用神经网络的学习能力和自适应性，对图像进行降噪处理，提高 图像质量。
基于统计方法的去噪
利用图像的统计特性，通过滤波、拟合等方法，去除噪声并增强图 像的细节。
06
研究展望与挑战
研究展望
指纹识别算法的优化
随着深度学习和人工智能技术的不断发展，低质量指纹识别算法的性能将得到进一步提升 。通过对低质量指纹图像的深度学习和特征提取方法的改进，可以增强算法的准确性和鲁 棒性。
多模态生物特征融合
将不同的生物特征（如指纹、人脸、虹膜等）进行融合，可以进一步提高身份认证的准确 性和可靠性。通过多模态生物特征融合技术，可以利用不同生物特征之间的互补性，降低 低质量指纹对识别准确率的影响。
指纹及手指静脉图像复合采集光学系统设计
指纹及手指静脉图像复合采集光学系统设计吉紫娟;包佳祺;尹娟娟【摘要】Due to the biological multi-mode identification technology,an optical system for compound acquisition of fingerprint and finger vein multiple images was designed and described.The optic camera for collecting fingerprint and finger vein images contains respectively 3 and 12 spherical lenses,which works at 650 nm and 850 nm wavelength with a 640×480 CCD and a 640×512 uncooled infrared(IR)detector as the imaging devices,respectively.With the aid of Zemax software,the optical system was designed and optimized to cause a good imagingquality.Image quality evaluation results show that the modulation transfer function(MTF)value of the fingerprint imaging lens is above 0.6 at 67lp/mm,while the finger vein imaging lens is above 0.8 at 30 lp/mm.The view field spots' root-mean-square (RMS) radii of the 2 lenses are both much smaller than the detectors' pixel size,which are close to the diffraction limit,and the distortions are both less than 0.5％.Experiments prove that images acquired by this optical system have the merits of fine image quality and high resolution.%针对生物特征的多模识别技术,设计了一款用于指纹及手指静脉图像复合采集的光学系统.用于采集指纹和手指静脉图像的光学镜头分别由3片和12片球面透镜构成,工作波长分别为650 nm和850 nm,成像器件分别采用640 pixel×480 pixel CCD和640 pixel×512 pixel非制冷红外探测器.使用Zemax软件对该系统的光学结构进行了设计和优化.像质评价结果表明:指纹图像采集镜头在空间截止频率67 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.6;手指静脉图像采集镜头在空间截止频率30 lp/mm处,调制传递函数MTF值大于0.8;两镜头各视场弥散斑均方根半径远小于成像器件像元尺寸,接近衍射极限,且成像畸变均小于0.5％.实验证明该系统采集到的图像质量优良,分辨率高.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2017(038)005【总页数】7页(P770-776)【关键词】指纹图像;手指静脉;图像采集;光学设计【作者】吉紫娟;包佳祺;尹娟娟【作者单位】湖北第二师范学院,湖北武汉 430205;文华学院,湖北武汉 430074;文华学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TN203;TH703Abstract:Due to the biological multi-mode identification technology,an optical system for compound acquisition of fingerprint and finger vein multiple images was designed and described.The optic camera for collecting fingerprint and finger vein images contains respectively 3 and 12 spherical lenses,which works at 650 nm and 850 nm wavelength with a 640×480 CCD and a 640×512 uncooled infrared(IR)detector as the imaging devices,respectively.With the aid of Zemax software,the optical system was designed and optimized to cause a good imaging quality. Image quality evaluation results show that the modulation transferfunction(MTF)value of the fingerprint imaging lens is above 0.6 at 67lp/mm,while the finger vein imaging lens is above 0.8 at 30 lp/mm.The view field spots’ root-mean-square (RMS) radii of the 2 lenses are both much smaller than the detectors’ pixel size,which are close to the diffraction limit,and the distortions are both less than 0.5%.Experiments prove that images acquired by this optical system have the merits of fine image quality and high resolution.Key words:fingerprint image;finger vein;image acquisition;optical design生物特征识别技术是利用人体独特的体征，如指纹、静脉、虹膜、声音以及相貌等，进行个体识别的新型技术[1]。
(完整word版)指纹识别毕业设计
基于飞思卡尔X128的指纹采集识别系统目录1、摘要…………………………………………………………………。
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12、方案论证 (2)3、方案说明………..。
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...……………………………………………。
24、硬件方案设计………………………………………………………….。
.. 35、软件方案设计..................................................................。
(5)6、调试 (12)7、技术小结（结束语)…………………………………………………。
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138、参考文献 (14)9、附录(源程序代码、电路图等）…………………………………………...。
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15摘要人的指纹具备唯一性、终身不变性、易获取和难以复制等特点，使得指纹识别很早就成为身份识别中的一种技术手段。
随着科学技术的发展，指纹识别已经成为目前最为实用、应用最为广泛的生物识别技术，指纹识别技术已经在金融、医疗、公安、门禁系统等领域得到了广泛的应用.人们注意到，指纹在图案、断点和交叉点上是唯一的。
根据这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来。
这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术,指纹识别是生物识别技术的一种.本文所设计的指纹识别系统由指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹特征提取、指纹特征匹配、特征数据库等几部分组成。
由于指纹采集模块较贵,此处采用美国AuthenTec公司的AF—S2指纹传感器,首先由指纹采集设备采集到指纹图像并用16位的飞思卡尔X128单片机进行图像处理，转化为数字图像,然后对指纹数字图像进行预处理,再通过图像增强、分割、平滑、细化等处理过程得到便于指纹特征提取的数字图像.最后将提取到的特征与特征数据库中的特征数据进行匹配，并将识别结果送入STC89C52单片机中进行显示。
关键字指纹采集，AF-S2指纹传感器，图像处理，STC89C52单片机1方案论证指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。
嵌入式自动指纹识别系统设计
的 JC19指纹识别模块, 该模块具有功能较强、指令 集丰富、开发方便、性价比较高的特点。在上位机 ( PC或嵌入式 ARM、MCU )的命令下, 独立完成指纹 录入、图像预处理、特征提取、模板生成、模板存储、 指纹比对 ( 1: 1)或指纹搜索 ( 1: N )、指纹删除、指纹 库清空等功能。
第 1期
潘建军等: 嵌入式自动指纹识别系统设计
63
征比对等功能。 本文设计的嵌入式自动指纹识别系统设计采用
JC19指纹识别模 块, 连 接光学 传感器, 通 过 RS 232串口在基于 Inte l PXA 270 ARM处理器的嵌入式 上位机 UP - TECH PXA270 ARM 平台的命令下, 可 独立完成指纹录入、指纹图像预处理、特征提取、模 板生成、模板存 储、指 纹比对 ( 1: 1)、指纹搜索 ( 1: N )、指纹删除、指纹库清空等功能。
L inux操作系统从一开始就对串口提供了很好 的支持, 为进行串行通信提供了大量的函数。串行 通信模块调用 L inux丰富的库函数, 对串口进行初 始化, 打开、关闭串口, 设置波特率、数据位、停止位、 奇偶校验等操作。
根据指纹识别模块的命令集及通信协议和平台 串口通信函数, 编 写了实现指纹 录入存储、指纹搜 索、指纹精确比对、指纹删除、指纹库清空、光学采集
第 25卷 第 1期 2010年 3月
北京信息科技大学学报 Journa l of Be ijing Inform ation Sc ience and Technology University
Vo.l 25 No. 1 M ar. 2010
文 章 编 号: 1674- 6864( 2010) 01- 0062- 04
5 多指指纹采集仪的光学系统设计_黄玮
第14卷 第6期2006年12月光学精密工程O pt ics and Precision Eng ineeringVo l.14 No.6Dec.2006收稿日期:2006-03-20;修订日期:2006-10-18.文章编号 1004-924X(2006)06-0955-04多指指纹采集仪的光学系统设计黄 玮1,2,韩正臣3(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.长春方圆光电技术有限责任公司,吉林长春130033)摘要:多指指纹采集仪是一种大视场、高分辨率的指纹采集设备,它代表了生物特征识别领域的发展方向,其核心技术是高分辨率光学系统的设计。
对采用/独立镜头0、/两组远心0、/单片前组和独立镜头组合0三种方案进行的设计进行了比较,指出了各种方案的优缺点。
其中单片前组和独立镜头组合的方案在150lp/mm 的传递函数>0.6,采用该方案的实验样机取得了良好的图像。
关 键 词:多指指纹采集仪;光学系统设计;生物特征识别中图分类号:T P391.4;T H 703 文献标识码:AOptical system design of mult-i finger fingerprint scannerH U ANG Wei 1,2,H AN Zheng -chen 3(1.Changchun I nstitute of Op tics ,F ine M echanics and Phy sics,Chinese Academ y of Sciences ,Changchun 130033,China;2.Gr ad uate School of the Chinese A cademy of Sciences ,Beij ing ,100039,China;3.Changchun F angy uan Op to -electronic T echnology Co.L td,Chang chun 130033,China)Abstract:M ult-i fing er fingerprint scanner is a high -r esolution fing er print capture device w ith big Field of View (FOV ),it represents the dev elo ping tr end of the bio metr ic identification area.Fo r the key technolo gy of this dev ice,the optical system design,this paper presents three types o f optical design methods,they ar e separate lens,tw o gro up telecentric sy stem and one singlelet w ith separate lens system ,the advantag es and disadv antages o f each design are discussed and co mpared,it is fo und that the M TF of singlelet w ith separ ate lens system is larger than 0.6in 150lp/mm,also prototy pe of this design obtains a im age in g ood quality.Key words:mult-i fing er fing erprint scanner;o ptical system desig n;biometric identification1 引 言随着计算机技术、电子学技术和光学技术的发展,生物特征识别的方法逐渐增多。
无梯形畸变指纹识别系统的光学设计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｒ ａ ｐ ｅ ｚ ｏｉ ｄ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｓ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒｅ ａ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎｔ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ｏｆ ａ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ
印 晓 丽
（ 浙 江 维 尔 科 技 股份 有 限公 司 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ２ ）
摘
要： 校正梯形畸变 ， 同时采集 到清晰 的图像是光学式指纹识别系统的重要指标 。采用 面光源全反射采集方式 ， 棱镜的材
料选用廉价 的 ｋ ９ 玻璃 。用 三片球 面镜 片作 为成像 系统 ， 其 中两片小透镜可通过光 学设计软件 Ｃ Ｏ Ｄ Ｅ Ｖ设计成 同一片镜 片 ， 得到
ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｌ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ．Ｃｏ ｍｐ ｒｉ ａ ｎｇ ｗｉ ｔ ｈ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｏ ｎ ～ｔ ｒ ａ ｐｅ ｚ ｏ ｉ ｄ ａ １ ｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｏ ｎ ｍａ ｒｋ ｅ ｔ ．ｔ ｈｅ
ｐ ｒ ｏｄ ｕ ｃ ｔ ｈａ ｓ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｖ ｏ ｌ ｕｍ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏｓ ｔ ． Ｉ ｔ ｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｙ ｔ ｏ ｉｔ ｆ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｅ ｄｓ ｏｆ ｐ ｒ ｏｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
无梯形畸变指纹识别系统的光学设计
无梯形畸变指纹识别系统的光学设计印晓丽【期刊名称】《光电技术应用》【年(卷),期】2013(000)005【摘要】Trapezoidal distortion correction and clear images collection are important indexes of an optical fingerprint identification system. Total internal reflection acquisition method of surface light source is adopted and cheap k9 glass is chosen as the material of prism. Three pieces of spherical lens is used as an imaging system in which two pieces of small lens can be designed into the same lens by optical design software CODEV. The whole field of view of optical modulation transfer function (MTF) is more than 0.5. There is no trapezoidal distor-tion and illumination is uniform. Comparing with other non-trapezoidal distortion productions on market, the product has smaller volume and lower cost. It is easy to fit and can meet the needs of production.%校正梯形畸变，同时采集到清晰的图像是光学式指纹识别系统的重要指标。
智能指纹识别系统设计
智能指纹识别系统设计
程伟;何俊华
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2009(025)008
【摘要】以DSP作为数据处理的核心模块,以CPLD作为中央控制器的指纹识别系统.该系统采用了高性能器件,使系统具有很高的运行速度.在指纹图像的处理上采用了切实有效的梯度算法和GABOR算法,使数据的处理更加有效.而且该系统还具有成本低、功能强,可应用范围广等特点,具有广阔的市场前景.
【总页数】3页(P31-32,109)
【作者】程伟;何俊华
【作者单位】710119,西安,中国科学院西安光学精密机械研究所;100039,北京,中国科学院研究生院;710119,西安,中国科学院西安光学精密机械研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于DSP的保险箱智能指纹识别系统设计 [J], 王延年;鲍学亮
2.基于指纹识别的智能门控系统设计 [J], 陈长生
3.基于指纹识别的智能货架系统设计 [J], 龙炬泉
4.基于SEAL库的同态密文指纹识别系统设计与实现 [J], 杨亚涛;张奇林;张艳硕;左珮良
5.基于指纹识别技术的考务管理系统设计 [J], 刘晓莉;刘晓静
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2 成像系统的设计
2.1 指纹仪的初始结构
为了使光源的能量被充分利用，采集仪选用全
反射的方式。考虑用户采集手指指纹的方便性，采
集面做成水平方向。初始结构如图 4 所示。
A
B
A′
光源
成像系统 像面
B′
反光镜
图 4 指纹仪的初始结构
在光源的照明下，物面 AB 发生全反射，而通过反 光镜镜像的 A′B′是实际的物面，经过成像系统成像 在像面上。实际的物面、等效的薄透镜组及像面需 满足 Scheimpflug 条件，即三个面必交于同一点。
[7] 李博.非接触式指纹采集与识别的研究[J]. 光电子技术与 信息，2004，17（3）：58-61.
图 8 网格图
2.3 导入照明软件 LT4.0 追迹光线
把成像系统导入 LT4.0 中，并模拟光源，追迹光 线，图 9 中采用的是面光源，所画的光线为虚拟光线， 仅供参考。由于杂散光会影响成像质量，所以在照 明系统中，需要做一些拦杂散光的处理。
图 6 正视场光学调制传递函数图
图 9 照明光路图
图 10 是通过一系列光线追迹后显示的光强分布 图。可以看出，最后在传感器面上采到的图像光强 分布均匀。
Abstract: Trapezoidal distortion correction and clear images collection are important indexes of an optical fingerprint identification system. Total internal reflection acquisition method of surface light source is adopted and cheap k9 glass is chosen as the material of prism. Three pieces of spherical lens is used as an imaging system in which two pieces of small lens can be designed into the same lens by optical design software CODEV. The whole field of view of optical modulation transfer function (MTF) is more than 0.5. There is no trapezoidal distor⁃ tion and illumination is uniform. Comparing with other non- trapezoidal distortion productions on market, the product has smaller volume and lower cost. It is easy to fit and can meet the needs of production.
2.2 通过 CODEV 设计成像系统
指纹采集系统不需要三色光，所以通常采用单 色光照明。处于成本考虑，作为传感器的 CMOS 是彩 色的，而大部分彩色 CMOS 的三色感光单元对红光有 响应，因此选用波长在 615~620 nm。棱镜由于体积 大，选用廉价的 k9 玻璃，形状为等腰直角，有利于平 面的加工。在棱镜的下面加上一片反光镜，透镜组 也可以采用普通材质的玻璃。图像传感器选用 1/4 inch VGA CMOS,像素点为 5.15 um，可计算出该阵列 能够分辨的最大空间频率为 97 lp/mm。已知采集面 积为 24 mm×24 mm，放大倍率为 0.1。根据初始结构 和技术要求，用 CODEV 模拟设计出如图 5 所示的光 学系统。
R
物
像
图 3 Scheimpflug 条件
R
散射光
全反射光
传感器
光源
采集棱镜
成像系统
图 1 暗背景指纹采集原理图
1.2 亮背景指纹采集仪采用全反射的原理
指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，破坏了全反 射条件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光发生 漫反射，透镜组将该反射光束成像到传感器上，脊线 吸收了部分全反射光线，显示为暗线；谷线不与采集 面接触，全反射依旧成立，显示为亮线，从而形成亮 背景的指纹图像，如图 2 所示。
图 7 负视场光学调制传递函数图
图 10 接收面上光强分布图
18
光电技术应用
第 28 卷
2.4 反光镜的选用
且铝膜成本也较低，所以选用镀铝膜的反光镜。
根据以上的设计方案，系统除了等腰直角棱镜 和透镜组外，还需要一片反光镜。由于铝膜从紫外 区 到 红 外 区 都 有 很 高 的 反 射 率 ，满 足 方 案 提 出 的 615~620 nm 的波长。同时铝膜表面在大气中能生成 一层薄薄的三氧化二铝膜，起到保护膜层的功效，而
第 28 卷第 5 期 2013 年 10 月
· 光学设计·
ห้องสมุดไป่ตู้
光电技术应用
ELECTRO-OPTIC TECHNOLOGY APPLICATION
Vol.28，No.5 October，2013
无梯形畸变指纹识别系统的光学设计
印晓丽
（浙江维尔科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）
摘 要：校正梯形畸变，同时采集到清晰的图像是光学式指纹识别系统的重要指标。采用面光源全反射采集方式，棱镜的材
3 样品外观图和指纹图
样品实物外观图如图 11 所示，体积相对较小。 把方格纸放在物面采到的图像如图 12 所示。采集到 的指纹图如图 13 所示。
图 11 样品外观图
图 12 方格纸变型图
参考文献
图 13 指纹图
4结论
在 CODEV 中对光学系统做容差分析，对成像系 统镜片的光圈，中心厚度及偏心等都没有很高的要 求，就能得到较好的容差曲线，说明了在球面加工镜 片时，工艺上能较好的实现。仅存在矩形畸变的光 学系统，可通过后期算法的拉伸处理来实现无畸变， 相比于有梯形畸变的光学系统，只处理矩形畸变的 图像能够更好地反映原图的信息。
料选用廉价的 k9 玻璃。用三片球面镜片作为成像系统，其中两片小透镜可通过光学设计软件 CODEV 设计成同一片镜片，得到
的光学调制传递函数全视场大于 0.5，无梯形畸变，且光照均匀。相比于市场上其他无梯形畸变的产品，该方案体积较小，成本较
低，且容易装配，适合生产的需要。
关键词：指纹识别；无梯形畸变；CODEV；LT4.0
指纹识别技术是当今应用最广泛的生物识别技 术。过去主要应用于刑侦系统，近年来已逐步走向 民用市场的考勤、门禁、保险箱柜。此外，新一代的 身份证录入了个人的指纹信息，一些智能手机嵌入 指纹识别系统作为卖点来吸引顾客。最近刚修订的 《出入境管理法》也将采集、储存出入境人员的指纹 信息，便于管理时进行比对，可以有效甄别来往人员
中图分类号：TN209
文献标识码：A
文章编号：1673-1255（2013）-05-0015-04
Optical Design of Fingerprint Identification System with Non-trapezoidal Distortion
YIN Xiao-li
(Zhe jiang Wellcom Technology Co. Ltd, Hangzhou 310012, China)
[4] 陈书剑，萧泽新.指纹图像采集光学系统的设计[J]. 光学技 术，2005，31：282-283.
[5] 黄玮，韩正臣.多指指纹采集仪的光学系统设计[J]. 光学 精密工程，2006，14（6）：955-958.
[6] 吉紫娟，包佳琪.指纹识别系统的光学设计[J]. 湖北第二师 范学院学报，2008，25（2）：69-71.
的身份，提高口岸通关效率，这也是国际上通行的做 法。
另外，随着计算机图像处理和模式识别理论以 及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹识 别系统技术越来越具有竞争力，不仅仪器的体积不 断缩小，价格也在不断降低。
1 指纹识别光学系统的采集原理
指纹识别光学系统根据采集原理的不同，可以 分为亮背景指纹采集仪和暗背景指纹采集仪。
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收稿日期：2013-07-18 作者简介：印晓丽（1984-），女，浙江杭州人，学士学位，主要从事生物识别系统的光学设计.
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光电技术应用
第 28 卷
1.1 暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理
指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，照射在脊线 上的光束发生漫反射，透镜组将指纹脊线接触部位 漫反射的光成像到传感器上，显示为亮线；谷线不接 触，光线仍旧透射出采集棱镜，所以谷线在传感器上 显示为暗线，从而取得暗背景的图像，如图 1 所示。
Key words: fingerprint identification; non-trapezoidal distortion; CODEV; LT4.0
指纹识别技术，是指每个人的指纹纹路图在断 点、交叉点上各不相同，是唯一且终生不变的。根据 这种固有的特性，可以把一个人同他的指纹对应起 来，通过比较个人的指纹和预先保存在指纹库里的 指纹进行算法比对，就可验证其真实身份。