一种防水、防伪指纹采集装置的制作方法

本实用新型属于生物识别技术领域，尤其是涉及一种防水、防伪指纹采集装置。

背景技术：

在如今大数据、网络信息时代的背景下，对于数据采集的真实性，安全性至关重要，而且以金融互联网领域尤为突出。指纹采集仪作为技术最成熟，应用范围最广泛的生物识别产品，更应该具备采集大量数据信息的能力，而且还必须满足不同环境气候下，不同群体干湿手指的使用需求，并且具备防伪的功能。

在现有的技术中，除了射频式指纹采集仪具有一定的防伪指纹的能力外，其他的如光学式、压敏式、电容式、电感式、热敏式和超声波式都不具备良好的防伪指纹的效果，对于采集数据的真实性很难得到保证。但是射频式指纹采集仪成本高，价格昂贵，而且射频式指纹采集仪无法识别使用导电材质加工而成的伪指纹。而且如果手指上粘有水等液体，或者是干手指，那采集的数据就会出现偏差，直接影响最终的比对。

从采集数据的量来说，采集窗口越大，所采集的数据就越多，识别对比度就越高，但目前除了传统光学式可以满足在控制成本的前提下，提供可以采集四指、掌纹的指纹采集仪之外，其他的几种指纹采集仪很难做到大面积采集的四指、掌纹的采集仪。

为解决上述问题，需要研发设计一种防水、防伪指纹采集装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种防水、防伪指纹采集装置，以提高指纹采集装置的防水、防伪指纹的安全性和使用性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种防水、防伪指纹采集装置,包括照明光源，采集窗口棱镜，反光镜组，成像采集镜头和图像传感器，所述照明光源包括侧照明光源和底照明光源，所述侧照明光源放置于采集窗口棱镜的一侧，所述底照明光源放置于采集窗口棱镜的正下方，所述侧照明光源和底照明光源采用不同光谱波长的光，所述反光镜组设于采集窗口棱镜和成像采集镜头之间，经过反光镜组的反射光线通过成像采集镜头并最终成像到图像传感器，所述图像传感器设于成像采集镜头的出光口处。

进一步的，所述反光镜组包括第一反光镜、第二反光镜和第三反光镜，经过反光镜组反射后的光路主光轴与采集窗口棱镜的采集窗口平行；所述侧照明光源射出的光为蓝色，所述底照明光源射出的光为红光。

进一步的，还包括分光镜、第一滤波片和第二滤波片，所述分光镜位于第二反光镜和第三反光镜之间，所述第一滤波片和第二滤波片分别位于第一成像采集镜头和第二成像采集镜头的出光口处，所述侧照明光源发出的蓝光从侧面照射到采集窗口棱镜的采集窗口面，形成全反射，全反射光线经第一反光镜和第二反光镜反射后经过分光镜反射，进入第一成像采集镜头、第一滤波片并最终成像到第一图像传感器，形成指纹部分为暗条纹的亮背景指纹图像；所述底照明光源发出的红光从采集棱镜底部照射到采集窗口棱镜的采集窗口面，发生散射，散射光线经过第一反光镜和第二反光镜反射后通过分光镜，再经第三反光镜反射，进入第二成像采集镜头、第二滤波片并最终成像到第二图像传感器Ⅱ，形成指纹部分为亮条纹的暗背景指纹图像。

进一步的，所述采集窗口棱镜和反光镜组之间设有视场透镜；所述采集窗口棱镜材质为成都光明的H-ZF1玻璃，采集窗口棱镜的全反射角大于54°，小于70°。

进一步的，所述成像采集镜头为单组或多组镜片组成的光学镜头组。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种防水、防伪指纹采集装置具有以下优势：

本实用新型所述的一种防水、防伪指纹采集装置，在传统指纹采集设备的基础上使用了双照明光源，并且使用了全反射角大于54°的成都光明的H-ZF1玻璃作为采集窗口棱镜，这样就保证设备在采集活体指纹的时，可以提供防水的功能，还可以判断该采集的指纹是真指纹还是伪指纹，达到了真正的采集真指纹排除伪指纹的目的，保证了采集数据的真实性，通过光线的反射和折射采集成像，使得设备制造成本低、体积小、重量轻、装配简单。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为传统光学棱镜式指掌纹采集仪的光路结构示意图；

图2为按照本实用新型的一种防水、防伪指纹采集装置的实施例一的光路结构示意图；

图3为按照本实用新型的一种防水、防伪指纹采集装置的实施例二的光路结构示意图。

附图标记说明：

1、照明光源；1-1、侧照明光源；1-2、底照明光源；2、采集窗口棱镜；3、视场透镜；4-1、第一反光镜；4-2、第二反光镜；4-3、第三反光镜；5、成像采集镜头；5-1、第一成像采集镜头；5-2、第二成像采集镜头；6、图像传感器；6-1、第一图像传感器；6-2、第二图像传感器；7、分光镜；8-1、第一滤波片；8-2、第二滤波片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实用新型所述的一种防水、防伪指纹采集装置的原理为：

根据光线的折射原理：

n1sin(θ1)＝n2sin(θ2)

n1表示光疏材质折射率，这里指手指存在环境，

θ1表示出射角，

n2表示光密材质折射率，这里表示采集窗口棱镜折射率，

θ2表示入射角，

当入射角θ2满足sin(θ2)≥n1/n2时，光线将在采集窗口棱镜(2)的采集窗口面发生全反射，没有光线从采集窗口面出射。

当入射角θ2满足sin(θ2)＜n1/n2时，光线将从采集窗口棱镜(2)的采集窗口面出射，进入光疏材质。

人体皮肤的角质层的折射率为1.56，比空气的折射率1.0要高，所以如果入射角满足1.56/n2＞sin(θ2)≥1/n2时,就会出现当手指接触采集窗口棱镜(2)的采集窗口面时，皮肤未接触的部分，光线发生全反射，皮肤接触的部分光线透过进入皮肤而吸收。这就是传统光学指纹采集的光学原理。

如图1所示，在传统的指纹采集仪中，照明光源1发出的光照射到采集窗口棱镜2的采集窗口面，在采集窗口面形成全反射，当手指接触采集窗口棱镜2的采集窗口面时，实际上只是手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面，而手指皮肤的山谷则没有接触到采集窗口面，由于手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面而无法形成全反射，从而形成明暗相间的指纹的图像，全反射的光线经过经过视场透镜3形成汇聚效果，使得整个光路系统形成远心光路，从而消除了整个成像系统的畸变。经过视场透镜3校准的光线再经过第一反光镜4-1、第二反光镜4-2、第三反光镜4-3的反射后进入成像采集镜头(5)，并最终汇聚于图像传感器6，形成亮背景的指纹图像。

在传统的指纹采集系统设计时，但当手指接触到水，或者采集窗口棱镜2的采集窗口面有很多水汽时，手指存在环境就转变为水，水的折射率为1.33，就会出现有水或水汽的采集窗口棱镜2的采集窗口面的光线穿过采集窗口面而不发生全反射的现象，影响了数据采集的准确性。

实施例一

在本实施例中，采集窗口棱镜2的材质为成都光明的H-ZF1，折射率为1.648，将手指存在的环境设置成水，水的折射率为1.33，这样当光线在采集窗口棱镜2的采集窗口面依然满足全反射条件时，就不会出现上述的现象，保证了数据采集的准确性。所以：

(1.56)/(1.648)>sin(θ2)≥(1.33)/(1.648)

也即是：71.2°>θ2≥53.8°

所以当采集窗口棱镜2的全反射角大于54°，小于70°时，可以实现防水指纹采集的功能。

如图2所示，一种防水、防伪指纹采集装置,包括照明光源1，采集窗口棱镜2，反光镜组，成像采集镜头5和图像传感器6，所述照明光源包括侧照明光源1-1和底照明光源1-2，所述侧照明光源1-1放置于采集窗口棱镜2的一侧，所述底照明光源1-2放置于采集窗口棱镜2的正下方，所述侧照明光源1-1和底照明光源1-2采用不同光谱波长的光，所述反光镜组设于采集窗口棱镜2和成像采集镜头5之间，经过反光镜组的反射光线通过成像采集镜头5并最终成像到图像传感器6，所述图像传感器6设于成像采集镜头5的出光口处。

在整个系统中，首先侧照明光源1-1发出的蓝光从侧面照射到采集窗口棱镜2的采集窗口面，在采集窗口面形成全反射，当手指接触指纹采集棱镜2的采集窗口面时，实际上只是手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面，而手指皮肤的山谷则没有接触到采集窗口面，由于手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面而无法形成全反射，全反射光线经过成像采集镜头5并最终成像到图像传感器6，形成了指纹部分为暗条纹的亮背景指纹图像。

与此同时，底照明光源1-2发出的红光照射到采集窗口棱镜2的采集窗口面，当手指接触指纹采集棱镜2的采集窗口面时，底照明光源1-2的光线从采集棱镜2底部照射到手指并发生散射，散射光线经过成像采集镜头5并最终成像到图像传感器6，形成了指纹部分为亮条纹的暗背景指纹图像。

在图像传感器6的像素点由红，绿，蓝三种不同的像素点构成，不同的颜色的像素点对不同波长光的响应式不同的，由于侧照明光源1-1和底照明光源1-2的波长不同，侧照明光源1-1的光为蓝色，底照明光源1-2的光为红色，这样就可以通过提取图像传感器的红色通道的像素得到指纹部分为亮条纹的暗背景指纹图像；通过提取图像传感器的蓝色通道的像素得到指纹部分为暗条纹的亮背景指纹图像；通过提取图像传感器的绿色通道的像素得到侧照明光源1-1和底照明光源1-2的综合照明的图像。因为人体皮肤对不同波段的光的散射率是不同的，而且用于加工成伪指纹的不同材质对于不同波段的光的散射与人体皮肤对不同波段的光的散射是不同的，根据这些散射率的不同，通过对比三个通道不同颜色像素的数据信息，就可以在采集指纹的同时进行伪指纹识别。

实施例二

在本实施例中，采集窗口棱镜2的材质为成都光明的H-ZF1，折射率为1.648，将手指存在的环境设置成水，水的折射率为1.33，这样当光线在采集窗口棱镜2的采集窗口面依然满足全反射条件时，就不会出现上述的现象，保证了数据采集的准确性。所以：

(1.56)/(1.648)>sin(θ2)≥(1.33)/(1.648)

也即是71.2°>θ2≥53.8°

所以当采集窗口棱镜(2)的全反射角大于54°，小于70°，可以实现防水指纹采集的功能。

如图3所示，在本实用新型的双照明的防水、防伪指纹采集装置，包括照明光源1，采集窗口棱镜2，反光镜组，成像采集镜头5和图像传感器6，还包括视场透镜3、分光镜7、第一滤波片8-1和第二滤波片8-2，所述照明光源包括侧照明光源1-1和底照明光源1-2，所述侧照明光源1-1放置于采集窗口棱镜2的一侧，所述底照明光源1-2放置于采集窗口棱镜2的正下方，所述侧照明光源1-1和底照明光源1-2采用不同光谱波长的光，所述反光镜组设于采集窗口棱镜2和成像采集镜头5之间，经过反光镜组的反射光线通过成像采集镜头5并最终成像到图像传感器6，所述图像传感器6设于成像采集镜头5的出光口处，所述反光镜组包括第一反光镜4-1、第二反光镜4-2和第三反光镜4-3，经过反光镜组反射后的光路主光轴与采集窗口棱镜2的采集窗口平行；所述侧照明光源1-1射出的光为蓝色，所述底照明光源1-2射出的光为红光，所述视场透镜3位于采集窗口棱镜2和反光镜组之间，所述分光镜7位于第二反光镜4-2和第三反光镜4-3之间，所述第一滤波片8-1和第二滤波片8-2分别位于第一成像采集镜头5-1和第二成像采集镜头5-2的出光口处。

在整个系统中，首先侧照明光源1-1发出的蓝光从侧面照射到采集窗口棱镜2的采集窗口面，在采集窗口面形成全反射，当手指接触指纹采集棱镜2的采集窗口面时，实际上只是手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面，而手指皮肤的山谷则没有接触到采集窗口面，由于手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面而无法形成全反射，全反射光线经第一反光镜4-1和第二反光镜4-2反射后经过分光镜7反射，进入第一成像采集镜头5-1、第一滤波片8-1并最终成像到第一图像传感器6-1，形成指纹部分为暗条纹的亮背景指纹图像。

与此同时，底照明光源1-2发出的红光照射到采集窗口棱镜2的采集窗口面，当手指接触指纹采集棱镜2的采集窗口面时，底照明光源1-2的光线从采集棱镜2底部照射到手指并发生散射，散射光线经过第一反光镜4-1和第二反光镜4-2反射后通过分光镜7，再经第三反光镜4-3反射，进入第二成像采集镜头5-2、第二滤波片8-2并最终成像到第二图像传感器6-2，形成指纹部分为亮条纹的暗背景指纹图像。

因为人体皮肤对不同波段的光的散射率是不同的，而且用于加工成伪指纹的不同材质对于不同波段的光的散射与人体皮肤对不同波段的光的散射是不同的，根据这些散射率的不同，通过对比两个图像传感器所采集的数据信息，就可以在采集指纹的同时进行伪指纹识别。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。