[发明专利]用于图像捕获的高对比度、低失真的光学捕获系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种与图象捕获和识别系统一起使用的光学捕获装置。尤其是，本发明包括一种用于获得高对比度、低失真的图形化物体的图象的光学捕获装置。

相关技术说明

图形化物体识别系统在工业和商业设施中变得越来越常用并有多种用途。例如，这种系统可以用在扫描文本文件、图和照片的扫描器中。近来，制造商正在试图降低图形识别系统的成本，以使它们更可为消费者所接受。一个消费者对图形识别系统的应用包括指纹捕获和识别。例如，此系统可用于通过读取可能用户的指纹与已授权使用计算机或存取某种文件或计算机的功能的指纹相比来提高计算机的安全性。这种系统例如可以取代那种利用注册名和密码的安全系统。

这种指纹识别系统、或任何图形识别系统必须能够做的第一件事情是精确地获得指纹或其它图形以用于分析。有大量设备用于这种图形数据的捕获。例如，美国专利US3,975,711；US4,681,435；US5,051,576；US5,177,435和US5,233,404都公开了用于捕获图形化物体的图象的装置。

图1是一种现有指纹捕获和识别系统的简图。在图1中，光学识别系统108包括一个光源112，一个光学三角棱镜110，一个透镜组114，一个图形传感器116和一个存储与处理单元125。棱镜110包括一个成象面118，一个光接收面120和一个观察面122。成象面118是一个靠着其放置待成象的图形化物体、如指纹的面。光源112例如可以是一个发光二极管(LED)，邻近光接收面120放置并产生传到光学棱镜110的入射光124。光学棱镜110是一个等腰直角三角形，与成象面118对着的角约为90度，其它两个“底角”(即等腰棱镜的两个等角)各约为45度。

通常入射光124以与入射面法线115夹角126入射到成象面118上。角126大于临界角128。一般地，在入射光线和面的法线之间测量临界角。超过临界角，入射光将产生全内反射离开该面，低于临界角，入射光将穿过该面。因此，临界角128是与成象面118的法线的夹角，超过此角度，入射光将从成象面118全内反射，并作为反射光130经观察面122穿出棱镜110。反射光130通过邻近观察面122的透镜组114。透镜组114可包括一个或多个光学透镜。之后，从透镜组114出来的光被图象传感器116捕获。图象传感器116例如可以是一个电荷耦合器件(CCD)或是一个互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，它捕获光线图象并将其转换成电信号。这种图象传感器对于本领域的技术人员是公知的。然后电信号被传递到存储和处理单元125。

存储和处理单元125可以包括一个存储器单元、一个处理器和一个模拟-数字转换器(未示出)。模拟-数字转换器把来自图象传感器116的模拟电信号转换成数字数据。存储器用于存储数字数据和算法，将捕获的指纹图象与存储的指纹图象进行比较。处理器根据用于比较此数据的算法来比较捕获的数字数据与先前存储在存储器中的数据。处理器还可分析捕获的数字数据以用于不同与存储的数据进行比较的其他目的。这种存储和处理单元对于本领域的技术人员是公知的，并且可以包括配置有合适软件的标准个人电脑。例如在美国专利US4,135,147和US4,688,995中公开了用于处理和比较图象数据的算法，这两份专利分别在此引为参考。

当把指纹放在光学棱镜的成象面118上时，指纹的波峰111接触到成象面118，指纹的波谷109保持与成象面118不接触。所以，在指纹波谷109中，如果入射光的入射角超过光学棱镜110的临界角，则从光源112进入光学棱镜110的入射光124在成象面118发生全内反射。但是，在指纹的波峰111处，有一些入射光124被吸收并散射离开指纹波峰。这里的“散射”一词表示在射到不规则面上之后光线从多个方向辐射或不规则地反射离开不规则面。

这种散射和/或吸收的结果是，在指纹波峰111处具有的入射光124少于其全内反射。所以，从指纹的波谷109离开棱镜110的反射光130的强度大于从指纹的波峰111离开棱镜110的反射光130的强度。从波峰111反射的较低强度的反射光130传到较暗的区域，表示物体在光束和指纹面之间入射点处的存在。相反，较高强度的反射光130，如经过全内反射的光，传较亮的区域，表示物体在入射光124和成象面118之间入射点处不存在。这使得能够区分较暗的指纹波峰111和较亮的指纹波谷109。因为入射光在指纹波峰111处的吸收主要对产生一个指纹图象起作用，所以系统108被称作“吸收”成象系统。