本實(shí)用新型公開一種具有抗環(huán)境光干擾的三角棱鏡，是對(duì)現(xiàn)有光學(xué)式指紋采集設(shè)備的采集棱鏡的改進(jìn)，同時(shí)，本實(shí)用新型進(jìn)一步提供了含有該三角棱鏡的指紋采集設(shè)備，屬于活體指紋采集裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上存在多種光學(xué)式單指指紋采集及比對(duì)設(shè)備。該類指紋采集設(shè)備設(shè)計(jì)原理基本均利用光學(xué)全反射原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，即光線由光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳輸，當(dāng)光線與兩介質(zhì)交界面法線夾角大于全反射臨界角時(shí)，即入射角＞arcsin（n1/n2），光線在光密介質(zhì)中發(fā)生全發(fā)射。

對(duì)于傳統(tǒng)光學(xué)全反射式指紋采集設(shè)備，基本分為亮背景、暗背景兩種設(shè)計(jì)方案，其中，亮背景設(shè)計(jì)方案指紋采集設(shè)備，由光源發(fā)出的光經(jīng)過棱鏡全反射后通過成像鏡頭成實(shí)像，被CCD接收。當(dāng)指紋按捺于棱鏡采集面時(shí)，指紋脊破壞該面的光全反射條件，形成明暗相間的指紋圖像；暗背景設(shè)計(jì)方案指紋采集設(shè)備，當(dāng)指紋按捺于棱鏡采集面時(shí)，照明光源發(fā)出的光，在指紋脊于采集面接觸的位置發(fā)生散射，成像鏡頭接收來自指紋脊的散射光，形成指紋圖像。然而此兩種方案采集設(shè)備，基本都存在易受環(huán)境光干擾，從而導(dǎo)致指紋圖像對(duì)比對(duì)下降，降低指紋圖像質(zhì)量等劣勢(shì)。參見圖1、圖2所示，具體表現(xiàn)為：

來自采集設(shè)備外部環(huán)境光，通過上述兩種路徑，均可以入射到CCD接收面，從而干擾來自照明光源的指紋成像光線，造成指紋圖像迷糊，對(duì)比度下降，一定程度上影響了指紋質(zhì)量。因大氣中包含各種波長(zhǎng)的光，所以采用在設(shè)備中放置濾色片等濾光元件，無法從根本上屏蔽來著設(shè)備外部的環(huán)境光，所以，光學(xué)式指紋采集器在室外的應(yīng)用受到了一定的限制。對(duì)此考慮實(shí)用新型一款抗環(huán)境光干擾的指紋采集器，是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型公開一種具有抗環(huán)境光干擾的三角棱鏡，解決了現(xiàn)有指紋采集設(shè)備易受環(huán)境光干擾，從而導(dǎo)致指紋圖像對(duì)比對(duì)下降，降低指紋圖像質(zhì)量等劣勢(shì)問題。

本實(shí)用新型所述的一種全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡，其特征在于：

三角棱鏡本體包括指紋采集面、吸光面、出射面、入光面；指紋采集面與吸光面組成的夾角為55度，指紋采集面與出射面組成的夾角為60度；入光面與吸光面夾角為50度，距離采集面12mm；指紋采集面為手指放置位置，吸光面上涂有黑色消光漆。

本實(shí)用新型所述的全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡制成的指紋采集設(shè)備；其特征在于：包括全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡、紅色高亮LED光源、電路主板、后蓋、密封塞、數(shù)據(jù)線、攝像模組、端蓋、殼體、密封墊圈；紅色高亮LED光源作為系統(tǒng)的照明裝置固定在全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的下方；攝像模組固定于棱鏡右側(cè)，光軸與棱鏡中心重合；攝像模組通過FFC線與電路主板連接，電路主板通過信號(hào)線與外界通信連接。

本實(shí)用新型所述的全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的制造材料選用1.67的高折射率光學(xué)玻璃，其具體抗環(huán)境光實(shí)現(xiàn)方式如下：

1. 環(huán)境光自棱鏡外側(cè)指紋采集面的法線下方入射，經(jīng)由棱鏡折射后，透射光線自棱鏡右側(cè)出射面出射。取環(huán)境光的入射角A的最大值A(chǔ)max=90度，由折射定律sinI₁ /sinI₂=n1/n2，計(jì)算得出B=41.17°。圖中陰影部分為環(huán)境光所覆蓋的區(qū)域，如將成像物鏡4放置于棱鏡右側(cè)、透射環(huán)境光覆蓋區(qū)域上方，環(huán)境光將無法射入物鏡表面，從而不能對(duì)指紋圖像產(chǎn)生影響，達(dá)到采集設(shè)備抗環(huán)境光干擾的效果（參見圖4）。

2. 環(huán)境光自棱鏡外側(cè)指紋采集面法線上方入射，經(jīng)棱鏡采集面折射后的折射光線打到吸光面，折射光線被其吸收，環(huán)境光將無法射入物鏡表面，從而不能對(duì)指紋圖像產(chǎn)生影響，達(dá)到采集設(shè)備抗環(huán)境光干擾的效果（參見圖5）。

3.指紋成像原理具體為，照明面光源放置于入光面外側(cè)，對(duì)入光面進(jìn)行垂直照射。入射光經(jīng)入光面透射，對(duì)指紋采集面進(jìn)行照明，入射光被按捺于指紋采集面的指紋脊散射，散射光經(jīng)出射面折射，折射后的光線被成像物鏡接收，形成指紋實(shí)像，實(shí)像被CCD7接收，上傳DSP進(jìn)行處理。成像物鏡與CCD7構(gòu)成攝像模組，參見圖6。

主板：設(shè)計(jì)采用DSP與CMOS傳感器來完成指紋圖像采集，并可以通過USB免驅(qū)連接到PC上，PC默認(rèn)為視頻設(shè)備。CMOS傳感器方面采用200萬像素傳感器，最大輸出圖像分辨率可達(dá)1600*1200。DSP應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)UVC協(xié)議免驅(qū)動(dòng)直接連接USB接口上，支持現(xiàn)行各流行操作系統(tǒng)的連接，便于客戶應(yīng)用與開發(fā)。

本實(shí)用新型積極效果在于：

提供了一種新型的全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡，解決了傳統(tǒng)指紋采集設(shè)備易受環(huán)境光干擾，從而導(dǎo)致指紋圖像對(duì)比對(duì)下降，降低指紋圖像質(zhì)量等劣勢(shì)問題。是對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上傳統(tǒng)的光學(xué)式三角棱鏡設(shè)計(jì)方案的一個(gè)升級(jí)，提升該類產(chǎn)品對(duì)環(huán)境光的抗干擾能力，大大拓展了光學(xué)式指紋采集器的應(yīng)用環(huán)境。

附圖說明

圖1為環(huán)境光直接參與成像圖；

圖2為環(huán)境光二次反射成像；

圖3為本實(shí)用新型全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為避免環(huán)境光成像示意圖；

圖5為避免環(huán)境光二次成像示意圖；

圖6為本實(shí)用新型指紋采集設(shè)備的光學(xué)成像原理圖；

圖7為本實(shí)用新型指紋采集設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；

圖8為傳統(tǒng)全反射棱鏡制成指紋采集儀采集的指紋圖像；

圖9為本實(shí)用新型采集的指紋圖像。

圖中，1、紅色高亮LED光源；2、電路主板；3、后蓋；4、密封塞；5、數(shù)據(jù)線；6、攝像模組；7、端蓋；8、殼體；9、全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡；10、密封墊圈；9.1、指紋采集面；9.2、吸光面；9.3、出射面；9.4、入光面。

具體實(shí)施方式

通過以下實(shí)施例進(jìn)一步舉例描述本實(shí)用新型，并不以任何方式限制本實(shí)用新型，在不背離本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案的前提下，對(duì)本實(shí)用新型所作的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易實(shí)現(xiàn)的任何改動(dòng)或改變都將落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。

實(shí)施例1

全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的制備：

參照?qǐng)D3所示，全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的本體選用1.67的高折射率光學(xué)玻璃制成，本體包括指紋采集面 9.1、吸光面9.2、出射面9.3、入光面9.4，其中，指紋采集面9.1與吸光面9.2組成的夾角為45°，指紋采集面9.1與出射面9.3組成的夾角為50°；入光面9.4與吸光面9.2夾角為50°，距離采集面9.1為12mm；指紋采集面9.1為手指放置位置，吸光面9.2上涂有黑色消光漆。

實(shí)施例2

參照?qǐng)D3，選用1.67的高折射率光學(xué)玻璃制成全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的本體，本體包括指紋采集面 9.1、吸光面9.2、出射面9.3、入光面9.4，其中，指紋采集面9.1與吸光面9.2組成的夾角為50°，指紋采集面9.1與出射面9.3組成的夾角為55°；入光面9.4與吸光面9.2夾角為55°，距離采集面9.1為16mm；指紋采集面9.1為手指放置位置，吸光面9.2上涂有黑色消光漆；指紋采集面9.1為手指放置位置，吸光面9.2上涂有黑色消光漆。

實(shí)施例3

參照?qǐng)D3，選用1.67的高折射率光學(xué)玻璃制成全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡的本體，本體包括指紋采集面 9.1、吸光面9.2、出射面9.3、入光面9.4，其中，指紋采集面9.1與吸光面9.2組成的夾角為55°，指紋采集面9.1與出射面9.3組成的夾角為60°；入光面9.4與吸光面9.2夾角為60°，距離采集面9.1為18mm；指紋采集面9.1為手指放置位置，吸光面9.2上涂有黑色消光漆；指紋采集面9.1為手指放置位置，吸光面9.2上涂有黑色消光漆。

實(shí)施例4

指紋采集設(shè)備組成參照?qǐng)D7，本實(shí)用新型由1、紅色高亮LED光源；2、電路主板；

3、后蓋；4、密封塞；5、數(shù)據(jù)線；6、攝像模組；7、端蓋；8、殼體；9、全反射式抗

環(huán)境光干擾三角棱鏡；10、密封墊圈；結(jié)構(gòu)關(guān)系：殼體8的前下部設(shè)有全反射式抗

環(huán)境光干擾三角棱9（選用實(shí)施例1或?qū)嵤├?、實(shí)施例3），

其中，紅色高亮LED光源1作為系統(tǒng)的照明裝置固定在全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡9的下方；攝像模組6固定于全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡9右側(cè)，光軸與全反射式抗環(huán)境光干擾三角棱鏡9的中心重合；攝像模組6通過FFC線與電路主板2連接，電路主板2通過數(shù)據(jù)線5與外界通信連接。

當(dāng)指紋采集儀通過USB數(shù)據(jù)線與電腦連接之后，綠色高亮LED光源1亮起，表示光源已經(jīng)正常工作；將手指按捺在指紋采集面 9.1上，指紋信號(hào)經(jīng)過光路進(jìn)入CMOS傳感器，在電路主板2上，首先對(duì)DSP主控芯片進(jìn)行配置，使它進(jìn)行USB免驅(qū)設(shè)備模式；然后DSP主控芯片通過I2C接口對(duì)SENSOR寄存器進(jìn)行設(shè)置，包括對(duì)采集窗口大小、采集窗口起點(diǎn)、曝光時(shí)間、增益等信息的設(shè)置，設(shè)置完畢，SENSOR開始工作；通過SENSOR提供的信號(hào)將SENSOR的圖像數(shù)據(jù)輸入到DSP的FIFO中進(jìn)行緩存，再利用UCV協(xié)議通過USB將圖像數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，經(jīng)過上位機(jī)軟件的調(diào)整等相關(guān)處理顯示完整的指紋圖像。

實(shí)施例5

檢測(cè)試驗(yàn)：通過實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3的驗(yàn)證，解決了傳統(tǒng)指紋采集設(shè)備易受環(huán)境光干擾，從而導(dǎo)致指紋圖像對(duì)比對(duì)下降，降低指紋圖像質(zhì)量等劣勢(shì)問題。

傳統(tǒng)全反射棱鏡制成指紋采集儀在10Klux外界光照射下采集的指紋圖像件圖8：圖中，指紋脊、谷對(duì)比度下降，指紋圖像模糊。

本實(shí)用新型抗環(huán)境光干擾全反射棱鏡制成指紋采集儀在10Klux外界光照射下采集的指紋圖像如圖9所示，圖中，指紋脊、谷對(duì)比度高，指紋圖像清晰。

結(jié)論：本實(shí)用新型提供的抗環(huán)境光干擾全反射棱鏡制成指紋采集儀解決了傳統(tǒng)指紋采集設(shè)備易受環(huán)境光干擾，從而導(dǎo)致指紋圖像對(duì)比對(duì)下降，降低指紋圖像質(zhì)量等劣勢(shì)問題。