一種背景照明顏色可變的光學(xué)指紋采集設(shè)備及設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)指紋采集技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種背景照明顏色可變的 光學(xué)指紋采集設(shè)備及設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)指紋采集設(shè)備是指紋識(shí)別系統(tǒng)的重要組成部分。近些年，隨著指紋識(shí)別系統(tǒng) 方案應(yīng)用的不斷深入，光學(xué)指紋采集設(shè)備的用量也逐年增加。目前，光學(xué)指紋采集設(shè)備已經(jīng) 在指紋門禁、指紋考勤等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。光學(xué)采集設(shè)備的背景光顏色是其產(chǎn) 品特色的一個(gè)重要組成部分。這是因?yàn)?，一方面，不同顏色的背景光可以獲得不同的采集效 果。例如，紅色背景光對(duì)干手指具有較好的成像效果，而藍(lán)色背景光對(duì)濕手指具有較好的成 像效果；另一方面，用戶在不同的應(yīng)用場景下，會(huì)對(duì)某一種顏色的背景光具有特殊的偏好。 例如，一般來說指紋門禁用戶對(duì)藍(lán)色背景光比較青睞，這是因?yàn)樗{(lán)色具有較強(qiáng)的科技感；相 反，重要場合門禁用戶則比較傾向于紅色背景光，這是因?yàn)榧t色具有較強(qiáng)的警示作用。
[0003] 如果光學(xué)指紋采集設(shè)備的背景色可變，不僅可以滿足不同領(lǐng)域用戶的使用偏好， 而且可以充分利用不同顏色光照下指紋成像特點(diǎn)優(yōu)化指紋的識(shí)別效果。然而，市場上常見 的光學(xué)指紋采集設(shè)備大多采用單一顏色的背景照明而沒有采用多色可變的背景照明。偶爾 具備變色功能的光學(xué)指紋采集設(shè)備，其變色光的作用也僅僅起到裝飾作用，其真正的采集 指紋背景色仍然是單一的，也就是不采集指紋的時(shí)候顯示裝飾色，而需要采集指紋的時(shí)候 切換到固定的單一顏色背景光。傳統(tǒng)的光學(xué)指紋采集設(shè)備必須采用單一固定的背景色其主 要原因如下：
[0004] 1、不同顏色光線造成背景光分布差異：
[0005] 不同顏色的背景光，其光線頻率不同，以至于射入棱鏡后散光分布不同，造成不同 顏色下背景光照分布差異，而這種差異對(duì)后續(xù)的指紋成像及后續(xù)處理帶來很大困難；
[0006] 2、不同顏色光線造成焦距差異：
[0007] 不同顏色光線其頻率不同，經(jīng)過棱鏡及透鏡系統(tǒng)后，其焦距是不同的。然而光學(xué)指 紋采集器都是固定焦距系統(tǒng)，無法兼顧不同顏色光線的成像焦距。
[0008] 3、不同顏色光線采集的指紋圖像特點(diǎn)不同，很難采取統(tǒng)一的CMOS參數(shù)來獲取合 格的指紋圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，滿足不同用戶對(duì)背景 色的偏好，拓展產(chǎn)品適用范圍的背景照明顏色可變的光學(xué)指紋采集設(shè)備及設(shè)計(jì)方法。
[0010] 這種背景照明顏色可變的光學(xué)指紋采集設(shè)備，包括背景光源、棱鏡、成像透鏡和 CMOS器件，所述背景光源和棱鏡之間設(shè)有布光矯正鏡片，所述棱鏡和成像透鏡之間設(shè)有焦 距補(bǔ)償鏡片。
[0011] 這種背景照明顏色可變的光學(xué)指紋采集設(shè)備的設(shè)計(jì)方法：
[0012] 步驟一、背景光源的光線入射到棱鏡并發(fā)生折射偏移之前，光線先通過布光矯正 鏡片將光線向偏移的反方向預(yù)先進(jìn)行折射偏移；入射的背景光在棱鏡中的偏移越大，預(yù)先 在布光矯正鏡片中得到的反向預(yù)折射角度越大，背景光頻率變化在棱鏡中造成的偏移將預(yù) 先在布光矯正鏡片中得到矯正；
[0013] 步驟二、從棱鏡出射的光線入射到成像透鏡發(fā)生折射偏移之前，光線先通過焦距 補(bǔ)償鏡片，所述焦距補(bǔ)償鏡片讓光線預(yù)先輕微發(fā)散；當(dāng)入射光頻率發(fā)生變化，入射光在成像 透鏡中發(fā)生的折射程度越大則在焦距補(bǔ)償鏡片得到的補(bǔ)償越多；
[0014] 步驟三、從成像透鏡出射的光線由CMOS器件接收并進(jìn)行信號(hào)處理。
[0015] 在所述步驟三中，信號(hào)處理具體包括如下步驟：
[0016] Sl:從CMOS圖像采集器件獲取紅綠藍(lán)三色象素（RGB通道）數(shù)字圖像；
[0017] S2:計(jì)算RGB三個(gè)圖像通道對(duì)成像效果影響程度的權(quán)重比WR(r:g:b)
[0022] 公式（2)中的PixValUeR(i)代表數(shù)字圖像中每個(gè)紅色象素的象素值；
[0023] 公式（3)中的PixValueG(i)代表數(shù)字圖像中每個(gè)綠色象素的象素值；
[0024] 公式（4)中的PixValueBa)代表數(shù)字圖像中每個(gè)藍(lán)色象素的象素值；
[0025] S3:計(jì)算加權(quán)灰度均值Ymean和加權(quán)灰度均方差Yvar
[0026] Ymean = WRr*MeanValueR+WRg*MeanValueG+WRb*MeanValueB
[0027] Yvar = WRr^VarValueR+WRg^VarValueG+WRb^VarValueB
[0028] 其中：
CN 105184284 A 說明書 3/6 頁
[0035] S4:根據(jù)Ymean和Yvar判斷圖像質(zhì)量是否滿足要求；如果滿足要求則存入內(nèi)存， 圖像采集流程結(jié)束；否則進(jìn)入Step5 ;
[0036] S5:根據(jù)WR(r:g:b)確定需要調(diào)整的CMOS通道類型；
[0037] S6:根據(jù)確定的參數(shù)調(diào)整通道進(jìn)行參數(shù)調(diào)整并返回Sl。
[0038] 步驟S5具體包括如下步驟：
[0039] S5-1 :當(dāng)WRrX). 5,選定R通道進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，否則進(jìn)入下一步；
[0040] S5-2:當(dāng)WRgX). 5,選定G通道進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，否則進(jìn)入下一步；
[0041] S5-3:當(dāng)WRbX). 5,選定B通道進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，否則進(jìn)入下一步；
[0042] S5-4:選擇WR值最大的兩個(gè)值所對(duì)應(yīng)的通道進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。
[0043] 本發(fā)明的有益效果是：
[0044] 通過"布光矯正鏡片"及"焦距補(bǔ)償鏡片"的引入，當(dāng)背景光顏色（頻率）發(fā)生變 化時(shí)，其背景光的布光范圍及成像的焦距都不會(huì)發(fā)生明顯變化，使得光學(xué)指紋采集器可以 方便地變換背景LED的照明光顏色，不僅可以滿足不同用戶對(duì)照明顏色的特殊偏好，而且 可以充分利用不同光照下指紋成像的特點(diǎn)來獲得更好質(zhì)量的指紋圖像，提升用戶的使用感 受。
[0045] 此外，通過"按權(quán)值比例加權(quán)的多通道圖像采集及參數(shù)調(diào)節(jié)方法"的引入，系統(tǒng)可 以根據(jù)圖像自身RGB三個(gè)通道影響成像質(zhì)量的權(quán)重來綜合確定參數(shù)調(diào)節(jié)的重點(diǎn)通道，從而 快速調(diào)整CMOS器件參數(shù)進(jìn)而獲得合格的指紋圖像。
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖2為布光矯正鏡片結(jié)構(gòu)及工作原理圖；
[0048] 圖3為焦距補(bǔ)償鏡片的結(jié)構(gòu)及工作原理；
[0049] 圖4為本發(fā)明步驟三流程框圖；
[0050] 圖5為本發(fā)明步驟S5流程框圖；
[0051] 圖6為實(shí)施例中棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖7為實(shí)施例中布光矯正鏡片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053] 圖8為實(shí)施例中焦距補(bǔ)償鏡片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054] 附圖標(biāo)記說明：背景光源1、棱鏡2、成像透鏡3、CM0S器件4、布光矯正鏡片5、焦距 補(bǔ)償鏡片6。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。雖然本發(fā)明將結(jié)合較佳實(shí)施例進(jìn) 行描述，但應(yīng)知道，并不表示本發(fā)明限制在所述實(shí)施例中。相反，本發(fā)明將涵蓋可包含在有 附后權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的替換物、改進(jìn)型和等同物。
[0056] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了"布光矯正鏡片5"及"焦距補(bǔ)償鏡片6"，并將其引入到傳統(tǒng)的光學(xué) 指紋傳感器中。有效解決了傳統(tǒng)光學(xué)指紋采集器無法使用多色LED背景光源的問題。其整 體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0057] "布光矯正鏡片5"的結(jié)構(gòu)及作用：
[0058] 布光矯正鏡片5的作用是在背景光入射到棱鏡并發(fā)生折射偏移之前，將光線向偏 移的反方向預(yù)先進(jìn)行折射偏移。入射的背景光在棱鏡中的偏移越大，預(yù)先在布光矯正鏡片5 中得到的反向預(yù)折射角度越大，這樣背景光頻率變化在棱鏡中造成的偏移將預(yù)先在布光矯 正鏡片5中得到矯正，最后保證布光范圍不會(huì)發(fā)生較大的偏移。其結(jié)構(gòu)及原理如圖2所示。 頻率較高的藍(lán)色光線在布光矯正鏡片5中朝反方向偏移更大角度；頻率較高的藍(lán)色光線在 棱鏡2中偏折角度更大，但是由于預(yù)先經(jīng)歷了布光矯正鏡片5的反向大角度偏折，其照射到 的布光點(diǎn)同紅光一致。
[0059] "焦距補(bǔ)償鏡片6"的結(jié)構(gòu)及作用：
[0060] 焦距補(bǔ)償鏡片6是跟原來的聚焦透鏡性質(zhì)相反的鏡片，其作用是讓光線預(yù)先輕微 發(fā)散，然后再匯聚成像。如果入射光頻率發(fā)生變化，入射光在匯集透鏡中發(fā)生的折