專利名稱：四指指紋圖像采集儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種四指指紋圖像采集儀，屬于指紋采集裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在常規(guī)的四連指指紋采集儀的光學(xué)系統(tǒng)中，一般是采用等腰直角棱鏡作為指紋采 集棱鏡，采用黑白CMOS電子器件作為傳感器，由于等腰直角棱鏡的體積及黑白CMOS外型尺 寸都很大，所以采集儀的本體也就變得很大；另外，由于采集四連指指紋圖像的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于采集單指圖像的數(shù)據(jù)量，所以多數(shù)廠家采用FPGA配合雙片SDRSDRAM或單片DDR SDRAM 的連接方案，甚至還在前面基礎(chǔ)之上增加了一片CPLD放在FPGA和Sensor之間，用來管理 Sensor的時(shí)序，最終導(dǎo)致市場上的四連指指紋采集儀體積都比較大，價(jià)格也很昂貴，制約了 四指指紋采集儀的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種四指指紋圖像采集儀，克服了現(xiàn)有同類型指紋采集儀體積 大、分量重、成本高的缺欠。 本實(shí)用新型四指指紋采集儀包括以下部分組成由紅外LED光源、采集棱鏡、反射 鏡、分光鏡、成像鏡頭、CMOS光電轉(zhuǎn)換器、USB數(shù)據(jù)線及采集儀本體構(gòu)成，其特征在于采集 棱鏡設(shè)置在采集儀本體的采集窗口處，采集棱鏡為上下表面平行的六面體，上表面小為指 紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面大為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反射面，與上 表面夾角70度，右側(cè)斜面與下表面夾角40度，采集棱鏡2的下表面約為3毫米處裝置有紅 外LED光源，反射鏡距離采集棱鏡下表面約為25毫米，并且與水平方向夾角50度，反射鏡、 分光鏡、成像鏡頭、CM0S光電轉(zhuǎn)換器順序排列位于系統(tǒng)光軸上，反射鏡設(shè)在采集棱鏡與成像 鏡頭之間，將采集棱鏡出射的光線反射到成像鏡頭上，CMOS光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置在成像鏡頭的 像面上。 反射鏡表面鍍分光膜，波長為400-700nm的可見光透射，透過率大于85% ;同時(shí)紅 外光反射，反射率大于98%。 CMOS光電轉(zhuǎn)換器主要由USB控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色CMOS芯片和緩 存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成； USB通過10端口將RESE乙BARJN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK信號(hào)、INT1信號(hào)、FLAGC 信號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的10端口連接，USB的數(shù)據(jù)端口 DATA_USB也連接著CPLD的10端 □; CPLD芯片通過輸出端口將RESET_BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸給彩色CMOS芯片， 對(duì)彩色CMOS進(jìn)行復(fù)位；將行信號(hào)LV、場信號(hào)FV、數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘信號(hào)PCLK和圖像數(shù)據(jù)DATA_ SENSOR與CPLD的輸入端口連接； CPLD通過10端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、RRST信號(hào)、RE信號(hào)、 RCK信號(hào)、ORDY信號(hào)、IN_USB數(shù)據(jù)、OUT_BUS數(shù)據(jù)連接，將彩色CMOS傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)IN_USB寫入到FIFO中進(jìn)行暫存；將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通過OUT_BUS端口傳輸給CPLD， CPLD再通過DATA_USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB控制芯片。 當(dāng)采集儀上電之后，紅外LED光源指示標(biāo)識(shí)亮，表示光源已經(jīng)正常工作；當(dāng)標(biāo)識(shí)亮 時(shí)，用戶需要將左手四指放在采集面上進(jìn)行圖像采集；當(dāng)標(biāo)識(shí)亮?xí)r，用戶需要將雙拇指放在 采集面的中心位置進(jìn)行圖像采集；當(dāng)標(biāo)識(shí)亮?xí)r，用戶需要將右手四指放在采集面上進(jìn)行圖 像采集；按奈在采集面上的指紋信號(hào)經(jīng)過光路進(jìn)入彩色CMOS芯片，在CMOS光電轉(zhuǎn)換器上， 首先對(duì)USB控制芯片進(jìn)行配置，使它工作在批量傳輸模式；接下來USB控制芯片通過10提 供給CPLD、外置FIFO、彩色CMOS芯片工作時(shí)所需要的信號(hào)；然后USB控制芯片通過I2C接 口對(duì)彩色CMOS芯片寄存器進(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，彩色CMOS芯片開始工作；CPLD通過彩色CMOS芯片提供的信號(hào)將 彩色CMOS芯片的圖像數(shù)據(jù)輸入到外置FIFO中進(jìn)行緩存，再通過USB控制芯片提供的狀態(tài) 信號(hào)及外置FIFO提供的狀態(tài)信號(hào)將外置FIFO中的圖像數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，經(jīng)過上位機(jī)軟 件的拼接、調(diào)整等相關(guān)處理顯示完整的四指指紋圖像。 該采集儀同時(shí)能采集四個(gè)手指，大大提高了采集效率，同時(shí)也提高了指紋識(shí)別的 精度；本實(shí)用新型在采集棱鏡的下表面絲印指示標(biāo)識(shí)，通過其下的藍(lán)光LED及柔光膜實(shí)現(xiàn) 操作狀態(tài)指示。指示效果美觀、大方，深埋在玻璃下部，具有高科技的神秘感。 本實(shí)用新型積極效果在于利用紅外光源照射，實(shí)現(xiàn)了在彩色CMOS芯片上獲得高 質(zhì)量的黑白圖像。采用了 CPLD配合高速FIFO的方案，達(dá)到了 USB接口的最高傳輸速率。 本實(shí)用新型的采集棱鏡采用上下光學(xué)面平行的特點(diǎn)，在采集棱鏡內(nèi)發(fā)生2次反 射，第一次是在鍍內(nèi)反射膜面發(fā)生反射，第二次是光線在棱鏡內(nèi)部發(fā)生全反射。2次反射有 效的減小了儀器的體積，反射鏡表面鍍分光膜，波長為400-700nm的可見光透射，透過率大 于85%;同時(shí)紅外光反射，反射率大于98%。在采集棱鏡底部絲印操作指示等狀態(tài)標(biāo)識(shí)，通 過其下的藍(lán)光LED及柔光膜實(shí)現(xiàn)操作狀態(tài)指示。指示效果美觀、大方，深埋在玻璃下部，具 有高科技的神秘感。本實(shí)用新型的巧妙之處在于通過紅外選擇性反射鏡及分光鏡去除了 指示燈的藍(lán)光對(duì)于成像光路的影響，具有生產(chǎn)容易、成本低廉、效果神奇的優(yōu)勢； 紅外選擇性反射鏡，應(yīng)用了目前頂級(jí)的多層鍍膜技術(shù)，鍍膜層數(shù)多達(dá)50層，將紅 外光反射率提高到98%的同時(shí)，可見光的透過率仍然高于95%。這在光學(xué)領(lǐng)域是一大技術(shù) 突破，此技術(shù)應(yīng)用在四指采集儀里，使得儀器對(duì)環(huán)境光的抗干擾能力在同類產(chǎn)品中尤為突 出。 鏡頭前端增加紅外透過、可見光反射的分光鏡，保證了光路對(duì)紅外光充分利用的 同時(shí)，又將可見光波段的雜散光進(jìn)行濾除，與紅外選擇性反射鏡的組合使用，更進(jìn)一步的降 低了環(huán)境光對(duì)采集儀的干擾。

圖1為本實(shí)用新型光學(xué)系統(tǒng)原理圖； 圖2為本實(shí)用新型的采集棱鏡主視圖； 圖3為本實(shí)用新型的采集棱鏡左視圖； 圖4為本實(shí)用新型的采集棱鏡俯視圖 圖5為本實(shí)用新型的電路原理圖；[0021] 圖6為本實(shí)用新型印在采集棱鏡底部的指示標(biāo)識(shí)絲印示意圖； 圖中，1、紅外LED光源；2、采集棱鏡；3、反射鏡；4、分光鏡；5、成像鏡頭；6、CM0S光 電轉(zhuǎn)換器；7、USB數(shù)據(jù)線；8、采集儀本體；9、紅外LED光源指示標(biāo)識(shí)；10、采集左手四指的指 示標(biāo)識(shí)；11、采集雙拇指的指示標(biāo)識(shí)；12、采集右四指的指示標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1 根據(jù)圖l所示，由紅外LED光源(1)、采集棱鏡(2)、反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡 頭(5)、 CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)、 USB數(shù)據(jù)線(7)、采集儀本體(8)組成四指指紋圖像采集儀。 其中，紅外LED光源(1)作為系統(tǒng)的照明裝置固定在采集棱鏡(2)的下表面為3毫米處；反 射鏡(3)固定在采集棱鏡(2)下表面為25毫米位置上，反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭 (5)、 CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)的中心位于系統(tǒng)光軸上，分光鏡(4)固定在成像鏡頭(5)前面， 起到濾除環(huán)境光作用。紅外LED光源(1)、反射鏡(3)和分光鏡(4)結(jié)合應(yīng)用，使光學(xué)系統(tǒng) 在最大程度上避免了環(huán)境光的影響。 參見圖2、3、4所示，采集棱鏡(2)為上下表面平行的六面體，上表面小為指紋采集 面位于指紋采集窗口處，左側(cè)為鍍銀反射面，與上表面夾角70度，右側(cè)斜面與下表面夾角 40度，在采集棱鏡(2)下表面絲印了四個(gè)指示標(biāo)識(shí)，如圖6所示，紅外LED光源電路板的相 應(yīng)位置有藍(lán)色LED給指示標(biāo)識(shí)照明。 如圖5所示，本實(shí)用新型電路主要由USB控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色 CMOS芯片和緩存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成。其中USB控制芯片主要實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色CMOS芯片的配置，并 將圖像數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；可編程邏輯器件CPLD主要控制圖像數(shù)據(jù)完整的傳輸；彩色CMOS 芯片主要實(shí)現(xiàn)圖像的采集；緩存芯片F(xiàn)IFO主要實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)。 USB通過10端口將RESE乙BARJN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK信號(hào)、INT1信號(hào)、FLAGC 信號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的10端口連接，USB的數(shù)據(jù)端口 DATA_USB也連接著CPLD的10端 口 。其中RESET_BAR_IN信號(hào)是彩色CMOS芯片正常工作之前的復(fù)位信號(hào)，START信號(hào)是啟 動(dòng)CPLD工作的開始信號(hào)，IFCLK信號(hào)是USB芯片給出的時(shí)鐘信號(hào)，INT1信號(hào)是USB的外部 中斷信號(hào)，F(xiàn)LAGC信號(hào)是USB給出的狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)，根據(jù)這個(gè)狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)CPLD控制著數(shù) 據(jù)的傳輸，SLWR是USB芯片數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖鼓苄盘?hào)，當(dāng)USB允許的情況，CPLD將SLWR信號(hào)使 能，并將圖像數(shù)據(jù)通過DATA_USB端口傳輸給USB控制芯片。 USB控制芯片通過12C端口與彩色CM0S芯片連接，USB控制芯片通過12C端口對(duì) 彩色CMOS芯片進(jìn)行配置，包括對(duì)采集窗口大小、采集窗口起始點(diǎn)、曝光時(shí)間、增益等信息的設(shè)置。 CPLD芯片通過輸出端口將RESET_BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸給彩色CMOS芯片， 其中RESET_BAR信號(hào)是USB給出的彩色CMOS芯片復(fù)位信號(hào)，之所以通過CPLD芯片，是因?yàn)?USB輸出的RESET_BAR_IN信號(hào)電壓是3. 3V，而彩色CMOS芯片的工作信號(hào)電壓是1. 8V，所以 通過CPLD芯片將3. 3V的RESET_BAR_IN信號(hào)降為1. 8V的RESET_BAR信號(hào)對(duì)彩色CMOS芯 片進(jìn)行復(fù)位；EXTCLK信號(hào)是彩色CMOS芯片的輸入時(shí)鐘信號(hào)，是CPLD通過對(duì)IFCLK信號(hào)降 壓得來的。當(dāng)彩色CMOS芯片正常工作時(shí)，將行信號(hào)LV、場信號(hào)FV、數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘信號(hào)PCLK 和圖像數(shù)據(jù)DATA_SENSOR與CPLD的輸入端口連接。[0030] CPLD通過10端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、RRST信號(hào)、RE信號(hào)、 RCK信號(hào)、ORDY信號(hào)、IN—USB數(shù)據(jù)、OU乙BUS數(shù)據(jù)連接。其中WRST信號(hào)和RRST信號(hào)是CPLD 傳輸給FIFO芯片的寫地址復(fù)位信號(hào)和讀地址復(fù)位信號(hào)；WE信號(hào)是FIFO的寫使能信號(hào)，當(dāng) WE信號(hào)有效時(shí)，CPLD控制著將彩色CMOS芯片傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)IN_USB寫入到FIFO中 進(jìn)行暫存；WCK是FIFO的寫時(shí)鐘信號(hào)，每寫入到FIFO中的數(shù)據(jù)都是同步于WCK的；RE信號(hào) 是FIFO的讀使能信號(hào)，RCK是FIFO的讀時(shí)鐘信號(hào)，ORDY是FIFO給出的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)條件 允許時(shí)，CPLD將RE信號(hào)使能，并將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通過OUT_BUS端口傳輸給CPLD， CPLD再通過DATA_USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB控制芯片。
權(quán)利要求一種四連指指紋采集儀，由紅外LED光源(1)、采集棱鏡(2)、反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭(5)、CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)、USB數(shù)據(jù)線(7)及采集儀本體(8)構(gòu)成，其特征在于采集棱鏡(2)設(shè)置在采集儀本體(8)的采集窗口處，采集棱鏡(2)為上下表面平行的六面體，上表面小為指紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面大為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反射面，與上表面夾角70度，右側(cè)斜面與下表面夾角40度，采集棱鏡(2)的下表面裝置有紅外LED光源(1)，反射鏡(3)設(shè)在采集棱鏡(2)下表面位置上，并且與水平方向夾角50度，反射鏡(3)、分光鏡(4)、成像鏡頭(5)、CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)順序排列位于系統(tǒng)光軸上，反射鏡(3)設(shè)在采集棱鏡(2)與成像鏡頭(5)之間，將采集棱鏡(2)出射的光線反射到成像鏡頭(5)上，CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)設(shè)置在成像鏡頭(5)的像面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的采集儀，其特征在于反射鏡(3)表面鍍分光膜，波長為 400-700nm的可見光透射，透過率大于85% ;同時(shí)紅外光反射，反射率大于98%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采集儀，其特征在于CMOS光電轉(zhuǎn)換器(6)主要由USB 控制芯片、可編程邏輯器件CPLD、彩色CMOS芯片和緩存芯片F(xiàn)IFO構(gòu)成；USB通過10端口將RESET_BAR_IN信號(hào)、START信號(hào)、IFCLK信號(hào)、INT1信號(hào)、FLAGC信 號(hào)和SLWR信號(hào)與CPLD的10端口連接，USB的數(shù)據(jù)端口 DATA_USB與CPLD的10端口連接；CPLD芯片通過輸出端口將RESET_BAR信號(hào)和EXTCLK信號(hào)傳輸給彩色CMOS芯片，對(duì) 彩色CMOS進(jìn)行復(fù)位；將行信號(hào)LV、場信號(hào)FV、數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘信號(hào)PCLK和圖像數(shù)據(jù)DATA_ SENSOR與CPLD的輸入端口連接；CPLD通過10端口與FIFO的WRST信號(hào)、WE信號(hào)、WCK信號(hào)、RRST信號(hào)、RE信號(hào)、RCK信 號(hào)、ORDY信號(hào)、IN_USB數(shù)據(jù)、OUT_BUS數(shù)據(jù)連接，將彩色CMOS傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)IN_USB 寫入到FIFO中進(jìn)行暫存；將FIFO中存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)通過OUT_BUS端口傳輸給CPLD， CPLD 再通過DATA_USB端口將圖像數(shù)據(jù)傳輸給USB控制芯片。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種四指指紋圖像采集儀，采集棱鏡設(shè)置在采集儀本體的采集窗口處，采集棱鏡為上下表面平行的六面體，上表面為指紋采集面，位于指紋采集窗口處，下表面為采集指示燈絲印面，左側(cè)為鍍銀反射面，采集棱鏡的下表面裝置有紅外LED光源，反射鏡、分光鏡、成像鏡頭、CMOS光電轉(zhuǎn)換器順序排列位于系統(tǒng)光軸上，反射鏡設(shè)在采集棱鏡與成像鏡頭之間，將采集棱鏡出射的光線反射到成像鏡頭上，CMOS光電轉(zhuǎn)換器設(shè)置在成像鏡頭的像面上。本實(shí)用新型利用紅外光源照射，實(shí)現(xiàn)了在彩色CMOS芯片上獲得高質(zhì)量的黑白圖像；采用了CPLD配合高速FIFO的方案，達(dá)到了USB接口的最高傳輸速率。同時(shí)能采集四個(gè)手指，大大提高了采集效率，同時(shí)也提高了指紋識(shí)別的精度。
文檔編號(hào)G06K9/20GK201527662SQ20092009401
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者劉湖, 孟凡清, 張立平, 朱德彬, 王莉, 胡繪珠 申請(qǐng)人:長春鴻達(dá)光電子與生物統(tǒng)計(jì)識(shí)別技術(shù)有限公司