指纹识别系统的光学设计

２０１３年８月　第３０卷第８期　湖北第二师范学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ａｕｇ．２０１３　

Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．８　

基于二次戌像指纹光学采集系统的设计　

吉紫娟　，包佳祺　，靳海芹　

（１．湖北第二师范学院物电与电子信息学院，武汉４３０２０５；　

２．华中科技大学文华学院信息学部光信息科学与技术系，武汉４３００７４）　

摘要：本文在查阅相关专利的基础上，模拟了二次成像非共轴光学采集系统，该系统可校正与光轴成倾斜物面所引起　

的畸变，可使仪器体积小，重量轻，成本低，便于批量生产。经过优化后，可使指纹采集系统的畸变控制在０．２％以内，满　

足指纹识别的要求。　关键词：指纹采集；二次成像；畸变　

中图分类号：ＴＰ２７４．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４－３４４Ｘ（２０１３）８－００７１－０２　

作者简介：吉紫娟（１９８１一），女，江苏常熟人，讲师，工学硕士，研究方向为光电技术。　

１　引言　指纹识别的技术实现，其理论基础就是光电数字　

图像处理，从图像增强到二值化再到细化，提取特征　

点，都需要图像处理的技术支持。故采集到的指纹图　

像的质量好坏对后续图像处理的难易至关重要。因此　

设计出清晰、畸变小甚至无畸变的指纹识别镜头是制　

造指纹识别仪的关键。本文利用二次成像非共轴光学　

系统可校正与光轴成倾斜物面的畸变，从而使仪器体　

积小，重量轻，制作工艺难度减小，成本降低，便于批量　

生产。　

２光学采集系统设计　

２．１原理介绍　

光学式的指纹采集仪的基本成像原理是利用全反　

射的光学原理来实现指纹采集图像的高对比度。为了　

使手指接触玻璃表面可以产生全反射，光学系统的光　

轴与指纹采集面必须存在一定的倾斜角度。由于这个　

倾斜角度的存在，如果把指纹采集面视为物面，则物面　

与光轴的位置关系不是垂直而是倾斜的，为完善成像，　

则像面也需要倾斜一个角度。如图１所示为常见的光　学指纹采集系统，这是一种较简单的系统，主要由光　

第３０卷第ｌ０期　２００８年ｌ０月　红外技术　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖ＿０１．３０　ＮＯ．１０　０ｃｔ．２００８　

（系统与设计＞　

采用球面复合棱镜的指纹仪的红外光学系统设计　

辛玉洁１，２，３，韩正臣　

（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：减小或校正光学式指纹采集仪的梯形投影畸，对提高指纹采集系统的采集和识别精度非常重要，　

采用球面复合棱镜的采集棱镜方案，简化了光学式指纹采集仪的光学系统，提出了几种减小或矫正指　纹采集仪梯形投影畸变的红外光学系统设计方案，并对各种方案可能实现的设计结果进行了研究。　

关键词：指纹采集仪；光学设计；投影畸变　中图分类号：ＴＰ３９１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—８８９１（２００８）１０—０５８０—０３　

Ａｎ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　Ｓｍａｌｌ　Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　Ｓｃａｎｎｅｒ　

ｗｉｔｈ　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｐｒｉｓｍ　

ＸＩＮ　Ｙｕ－ｊｉｅ　，　．ＨＡＮ　Ｚｈｅｎｇ—ｃｈｅｎ。　

（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＪｉｌｉｎ　１３００３３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ；　

３．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｆａｎｇｙｕａｎ　Ｏｐｔｏ—ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．Ｌ磁Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｊｉｌｉｎ　１３００３３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｐｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ　ｓｃａｎｎｅｒ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　

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。匹配过程同样是从传感器采集用户指纹图像开始，接着把图像送入数据缓存器中，核心板对图像进行分割、增强、二值化、细化等预处理操作后提取出特征数据，将所得特征数据与之前录入的特征数据库中的数据进行比对，从而完成匹配过程，如图2所示。

第1篇

摘要：

指纹采集技术作为一种生物识别技术，以其独特性和安全性在身份验证领域得到了广泛应用。本文将详细阐述指纹采集解决方案的设计理念、技术实现、应用场景以及未来发展，旨在为指纹识别系统的研发和应用提供参考。

一、引言

随着科技的发展，身份验证技术在各个领域都得到了广泛应用。指纹识别技术作为生物识别技术的一种，具有唯一性、稳定性、难以复制等特点，成为身份验证领域的重要手段。指纹采集解决方案的设计与实现，对于提高身份验证系统的安全性和便捷性具有重要意义。

二、指纹采集解决方案的设计理念

1. 安全性：指纹采集系统应确保指纹数据的完整性和安全性，防止数据泄露和非法访问。

2. 便捷性：指纹采集过程应简单易用，提高用户体验。

3. 可扩展性：指纹采集系统应具备良好的可扩展性，能够适应不同场景的需求。

4. 高效性：指纹采集系统应具备较高的识别速度，满足实时性要求。

三、指纹采集技术实现

1. 指纹采集设备：指纹采集设备是指纹采集系统的核心，主要包括指纹传感器、控制器和接口等。指纹传感器负责采集指纹图像，控制器负责处理指纹图像并生成指纹特征，接口负责将指纹特征传输至后台系统。

2. 指纹图像采集：指纹图像采集是指纹采集系统的第一步，通过指纹传感器采集指纹图像。指纹传感器分为光学式、电容式和半导体式三种类型，其中光学式传感器应用最为广泛。

3. 指纹图像预处理：指纹图像预处理主要包括滤波、增强、分割等步骤，以提高指纹图像的质量和识别效果。

4. 指纹特征提取：指纹特征提取是指纹识别的关键环节，通过提取指纹图像中的特征点，生成指纹特征向量。常见的指纹特征提取方法有：Ridge-Valley特征、

minutia特征等。 5. 指纹匹配：指纹匹配是将采集到的指纹特征与数据库中的指纹特征进行比对，以确定身份。指纹匹配方法包括：模板匹配、特征匹配、模糊匹配等。

四、指纹采集解决方案的应用场景

1. 银行：指纹识别技术应用于银行ATM机、柜员机等，提高交易安全性。