指纹识别是移动设备个人身份识别的重要技术，全屏幕指纹识别技术在目前移动设备市场中已成为一大热门话题，是各厂商间的重要竞争筹码。针对移动设备指纹识别系统，本文基于微透镜阵列设计了一种由线性不变光学系统单元组成的独立的屏下指纹识别系统。系统基于阵列光学器件，对不同光学结构进行了详细的分析对比及优化设计了，构建了系统理论模型，完成了综合仿真分析，并针对不同的结构搭建了实验平台，对采集得到的指纹图样通过后期图像拼接与图像预处理，得到了较为理想的指纹骨架图像，可以实现高清晰的全屏幕指纹采集及高匹配率的指纹识别。　　本文的主要工作及结果包括以下几个方面：　　（1）分析了微距成像时单元线性不变性的重要性，介绍了几种具有单元线性不变性的阵列光学系统，确立了微孔阵列结合微透镜阵列的复合型薄光学指纹采集系统作为光学系统的初始结构。　　（2）详细分析了移动设备屏幕内部OLED阵列的光出射状态、屏幕透过率和杂光影响，针对手指指纹谷脊分布、折射率变化以及不同位置的反射率进行了实验测试，并对不同结构的光学成像模式进行了大量的实验测试、分析和比对。同时、采用周期为52μm，焦距为128μm的微透镜阵列，对手指指纹利用二次成像方式获取了移动设备屏下指纹成像的实验图像。　　（3）根据实际测试与结果分析，基于微距阵列成像相关理论确立了屏下指纹识别光学系统的11个边界条件，构建了单元参数确定的规划模型，并解算得到了单元系统结构参数，并以此为基础，建立的整个阵列光学系统的成像模型，并对其进行了优化设计。其中单元线视场0.48mm，周期为0.33mm，微透镜单元口径为0.1mm，焦距为0.283mm，实现了总厚度小于1mm的矩形排布式光学指纹采集系统的整体设计。结合 Zemax 中获得的单元点扩散函数图像与阵列单元定标，采用 MATLAB 对理想指纹图像进行成像单元卷积与拼接，得到了理想指纹成像图。　　（4）最后，通过图像分割、拼接与图像预处理，得到了指纹骨架图像。先采用灰度均值为127，方差为2000的理想模板进行灰度归一化，结合离散傅里叶频域低通滤波得到初步指纹图像。然后采用波长为2.1的Gabor滤波核进行空间方向滤波，拼接滤波方向为45°及135°的Gabor滤波结果后，选用局部灰度阈值分割结合二值化去噪得到二值指纹图像。最后，对二值图像进行膨胀腐蚀处理，通过 OPTA 指纹细化算法得到指纹纹线图像。