摘 要

由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的中科院东北振兴科技行动计划重点项目“多指生物特征图像采集设备”，是利用光学全反射原理，采用光电扫描技术，完成对人体生物特征多指指纹同时采集或对掌纹进行采集，并通过计算机进行实时录入的光电成像设备。该项目解决了大面阵照明强度和均匀性问题，提高了图像的对比度，保证了高清晰度的成像质量，已完成最终产品定型。产品采用通用性强的USB2.0接口，可与PC机、笔记本电脑联机使用，产品已顺利进入国内警用市场。

生物识别包括两大关键技术──生物特征图像采集和生物识别算法，在国外已有20多年的发展历史，我国从90年代才开始研制指纹识别技术。采用光学全反射技术的活体指纹仪，是目前市场的主导产品，其综合性能优于其它技术，原有困扰光学技术的体积问题，也正随着光学设备技术的革新，在不断减小，价格也越来越便宜。半导体指纹仪受温度、湿度的影响较大，同时取指面的范围不容易做大，无法制造大尺寸的商业化产品，而像掌纹/四连指采集这类代表高端市场方向的却正是大尺寸产品，光学指纹仪不会受到上述局限性的影响，因此是近年来国际市场发展的主流，其发展方向逐渐向提高分辨率、增大取指面积、减小系统畸变的方向努力。

本项目产品是利用光学全反射原理，采用光电扫描技术，完成对人体生物特征多指指纹同时采集或对掌纹进行采集，并通过计算机进行实时录入的光电成像设备。掌纹识别与指纹识别类似，是利用人的手掌正面皮肤上凸凹不平产生的纹线排列形成不同的纹型，以及纹线的起点、终点、结合点及分叉点构成的细节特征点来进行比对和鉴别的生物特征识别方法。掌纹、四连指可用于比指纹更加精确的身份鉴定。掌纹由于其具有终身不变性、唯一性和采集方便、可靠性，目前已成为继指纹采集和识别之后的又一大刑侦和犯罪人口管理的有效工具。

今天，生物识别技术已进入跳跃性发展的黄金时期。IBG(国际生物识别集团)发布的《2007-2012年度全球生物识别市场报告》预测了未来5年全球生物识别市场的规模。预计2007年超过30亿美元，2008年达到38亿美元，到2012年将超过74亿美元。国际上，西方各国政府都在大力推进生物识别技术的发展及应用，尤其在 “9·11”事件之后，国家安全已经面临更多挑战,许多国家制定了新的国家安全战略，世界范围对生物识别产品的需求量剧增。

国际市场方面已经开始启动，NIST(美国国家标准和技术研究机构)经过两个月的跟踪试验，得到4指指纹仪的准确度可由单指的98.6%提高到99.9%的结论，拟制订新的指纹仪标准。目前，多指采集设备在国际上只有美国、德国的少数公司掌握该技术。公安部从“九五”开始到“十一五”期间要在全国范围的公安厅、局逐渐普及公安指纹自动识别系统，同时在国家和地方分级建立指纹库，并实现指纹库之间的网络联系，达到资源共享。公安生物特征自动识别系统包括公安指纹、掌纹自动识别软件、活体指纹和掌纹采集系统两大方面。全国(除港澳台外)有31个省(直辖市)、333个地市、2861个县(区)和4万多个派出所及近万个责任区刑警中队，初步预测警用市场总份额大约为60000套。随着社会不断进步和发展，生物识别技术在教育、医疗、户籍、养老保险体系的管理方面也将发挥重要作用。

项目完成情况

开发了2种型号的大面阵多指和掌纹采集仪，2005年8月经国家光学机械质量监督检测中心的测试，Ⅰ型产品的各项技术指标达到了国内用户的技术标准；2006年8月Ⅱ型多指采集仪样机通过国外用户的测试评审。获得实用新型专利1项，有1项发明专利正在受理中。2006年12月在《光学精密工程》发表《多指指纹采集仪的光学系统设计》论文1篇。2007年7月，根据CMOS元器件的发展趋势，为降低整机成本正在继续开发拼接式大面阵掌纹采集仪，与前两种型号产品形成互补，以满足不同用户群的需求。

Ⅰ型产品壳体采用金属铝材料，采用数模成型技术和数控加工技术保证加工精度，确保零部件加工的一致性。Ⅱ型产品采用双层双色注塑工艺；增加减震的功能；仪器的上表面设计了具有采集指纹状态的显示图标,使采集更准确省时；与Ⅰ型相比结构紧凑,体积小,重量更轻。目前，中科院长春光机所与合作企业为产品批量生产投入检测设备和生产设备，已经形成年产2000台的生产能力。

项目水平和重要创新

采用特殊棱镜和特殊成像系统，提高了采集面积和成像质量，使多指同时快速采集成为可能；采用多光谱照明技术，使采用彩色CMOS或CCD达到高分辨率成为可能，同时大幅度提高了照明系统的寿命；采用暗背景技术，大大提高了对比度，提高了图像的动态范围，解决了干手指成像不清晰的难题。多光谱照明技术是该项目的关键技术，国内外尚无先例。该技术可以解决白光LED照明系统寿命低的问题。因特殊棱镜的加入引入了中心像散，使光学系统的像差校正和平衡变得复杂和困难。研发人员摸索和掌握了一整套复杂结构光学元件构成系统的建模和设计方法，该技术可以提高棱镜组合系统的成像质量。采用国际通用的三维设计软件，掌握了棱镜定位模具设计的技术，使棱镜定位一致性好、精度高。本项目的创新性体现为把光学系统校正畸变应用于大视场取指系统中，这种技术保证了指纹特征采样的一致性，并且使采样后的计算机处理变得简单，减少了对计算机资源的占用，提高了计算机处理速度。

经济效益和社会效益

本项目签订Ⅰ型、Ⅱ型产品合同订单660台，累计合同额为1409万元；在项目执行期间，利用本项目关键技术，在短时间内成功开发了相关新产品，项目间接效益达到1211万元。

“多指生物特征图像采集设备”项目立项以来，聚集了技术力量非常雄厚的光、机、电方面的专业人才及产业化队伍，投入了批量生产设备、检测设备，合作企业培训了三批岗位工人近40人，形成了一整套严格的工艺流程和质量控制程序，对于高精度光电产品的批量化生产具有有效的质量保证。该项目增加了技术积累，形成了生物特征识别产品的产业化生产能力，对于实现出口创汇，增强我国产品在世界范围的影响力；对于打击犯罪、防范恐怖分子，维护国家安全；对于推进国家级光电子产业园区的建设，增加就业等都起到积极的推动作用。