大视场无畸变指纹识别光学系统.pdf

大视场无畸变指纹识别光学系统
    本发明属于光学技术领域，涉及采用立体光路的指纹识别摄像光学系统。

    已有技术如图1所示，它包括：光源4、漫反射板6，采用校正棱镜1与45°输入棱镜2两者的母线相互平行的光学系统，校正棱镜1把窄光束扩束成1.412倍，因此成像光学系统口径大，而且由于成象光学系统3没有采用远心光路，则不能校正梯形畸变。为了校正梯形畸变，通常把摄像机5靶面适当倾斜使梯形畸变减少，这时不可避免地产生成像面离焦，轴外成像质量下降，因此只能得到折衷的效果。这种方案对视场较小的情况，基本上可以满足使用要求。但对要求大视场，高质量系统，它是不能满足使用要求的。整个系统的光轴在一个平面内(纸面内)布置。

    本发明的目的是设计、开发大视场、无畸变、高质量的指纹识别摄像光学系统，克服由于光路采用平面布置，而使大视场成像物镜尺寸过大，并且克服一般成像物镜产生梯形畸变和像面离焦等问题。这对公安用的滚动采集大视场指纹识别摄像光学系统是非常重要的。

    本发明如图2、3、4所示：它由校正棱镜1、输入棱镜2、成像物镜3、光源4、摄像系统5、盖板6、支架7、反射镜8、机壳9组成。其特点是：在支架7上固定安置校正棱镜1、输入棱镜2、成像物镜3、光源4、摄像系统5、反射镜8，且光源4的发光面与输入棱镜2的直角面平行且与输入棱镜2的输入斜面成一定角度，成像物镜3的光轴与输入棱镜2的输入斜面的法线成一定角度，校正棱镜1的斜面法线与成像物镜3的光轴成一定角度，校正棱镜1的母线与成像物镜3的光轴垂直，且校正棱镜1的母线与输入棱镜2的母线相互垂直放置，在校正棱镜1和成像物镜3之间安置平面反射镜8使校正棱镜1出射光束的光轴与成像物镜3的光轴相联，盖板6固定安装在机壳9上并且置于输入棱镜2地输入斜面上，支架7与机壳9固定联接。成像物镜3由前组透镜10、后组透镜11和孔径光栏12组成，其特点是前组透镜10的后焦面与后组透镜11的前焦面重合，且在重合面上放置孔径光栏12，形成远心光路成像物镜。

    当光源4均匀照射在输入棱镜2的指纹输入斜面上时，在输入棱镜2的指纹输入斜面上放上指纹，成像光线经过校正棱镜1、反射镜9和成像物镜3，把指纹图像成像在摄像系统5上，由摄像系统5输出的信号给入计算机进行指纹图像识别。

    本发明的积极效果：为了校正指纹图像的纵横比，采用了由于棱镜1和棱镜2的母线相互垂直即形成立体光路，解决了系统尺寸大的问题，它把宽光束缩小0.7倍(已有技术把窄光束放大1.4142倍)，这样在校正纵横比的同时又把整个光束的口径缩小了0.7倍，使光学系统尺寸大大减少，降低了成本，给大视场成像物镜的设计带来很大方便。本发明还采用远心光路的成像光学系统，使其主光线物方和像方都是与光轴平行的，因此其放大倍率与物距无关，不存在梯形畸变，因为成像面不存在离焦问题，而使成像质量高，达到大视场、无畸变、高质量指纹识别摄像系统的要求。

    图1是已有技术的平面光路示意图。

    图2是本发明的立体光路示意图。

    图3是本发明结构侧视图。

    图4是本发明图3的A向视图。

    本发明的实施例：棱镜1和2采用光学玻璃材料或塑料制成，物镜3采用光学玻璃制成。光源4用发光二极管阵列。摄像系统5根据市场情况选择面阵CCD摄像。盖板6、支架7、机壳9用铝或塑料制成。反射镜8采用平面反射镜且用光学玻璃制成。棱镜1和棱镜2可以是在一块材料上制成一个入射面和一个出射面，也可以把两块棱镜的母线相互垂直胶合在一起，也可把两块棱镜分离使用。棱镜2可选用45°左右的直角棱镜，其斜面为接触指纹的输入面，校正棱镜1的锐角可选用30°左右，其母线与棱镜2的母线相互垂直，校正棱镜1锐角的直角面与棱镜2的直角面胶合，经校正棱镜1把水平方向的光束缩小成与垂直方向的光束相等。成像物镜3采用4-6片透镜组成，把棱镜2的指纹输入面成像在CCD摄像系统5靶面上，CCD摄像系统5输出信号通过图像卡送入计算机，由计算机识别指纹。图2所示箭头方向表示为系统光轴，与系统光轴不在一个平面内则为立体光路布置。成像物镜3用4-6块透镜组成物方和像方远心光路，即物方和像方的主光线与光轴平行，这样成像的放大率与物距无关，达到校正梯形畸变的目的。为了实现物方和像方的成像，成像物镜3其孔径光栏12要设在该成像物镜3的中间，并且这个孔径光栏12必须在该物镜前半部分的后焦点位置，同时也在该物镜后半部分的前焦点位置上。本发明的大视场无畸变指纹识别光学系统输入棱镜的输入面尺寸为40×40mm2，CCD摄像机采用了1/3英寸黑白摄像机。指纹图像的取样点密度为500dpi，用于滚动指纹采集系统。