CN104834903A - 用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块 - Google Patents

用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,包括:近红外的LED灯、反射装置、大倍率镜头和CMOS图像传感器;近红外的LED灯用于照亮虹膜区域;反射装置用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。

Description

用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块
技术领域
本发明涉及移动设备摄像领域,特别涉及一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块。
背景技术
虹膜是围绕着瞳孔的圆环状组织,控制瞳孔的大小以调节进入眼睛的光线。虹膜有两个显著的边缘,一是与瞳孔交接的内边缘,另一个是与角膜交接的外边缘。
虹膜识别是目前生物特征识别中识别率最高的一种识别技术,它利用人眼图像中虹膜区域的特征进行识别。当采集眼睛图像,用于虹膜识别时,为了保证识别有较高的准确率,一般要求在采集图像中,虹膜的外圆直径不小于200个像素。最开始,虹膜识别基本上采用单眼虹膜识别。随着技术的发展,双眼虹膜识别越来越受到重视。与单眼虹膜识别相比,如果同时采集双眼图像,进行双眼虹膜的同时识别,则可以大大提高识别的准确率,并提高对用户的使用友好性。
近年来,各式各样的虹膜识别装置已经进入到人们的生活当中。随着手机、平板电脑等移动设备的普及,将虹膜识别技术应用到这些移动设备上成为了虹膜识别应用领域的一种新方向。
虹膜识别的难点是高质量的清晰虹膜图像的采集。当虹膜识别应用到手机等移动设备上时,受到设备尺寸的限制,这种采集上的难度就更加突出。直到现在依然还没有找到一个成熟的解决方案。目前,在手机等移动设备上,受制于现有的摄像头模组,虹膜采集还比较困难,基本无法实现。
摄像头成像公式:其中f为焦距,u为物距;v为像距。
1 u + 1 v = 1 f
摄像头放大率公式:
β = y ′ y = v u = f u - f
一般来说,由于人类虹膜的面积比较小(外圆平均直径10mm),通常需要采用放大倍率较大的镜头才能采集到有足够清晰纹理的虹膜图像。由上面的公式可以看出,当物距一定的时候(人眼离镜头或者手持设备屏幕25cm以上,采集的友好性更高),镜头的放大倍率越大,则像距越大,焦距越大,因此镜头的长度以及镜头到成像面的距离越大,而手机等移动设备外观的发展趋势确是越来薄,直接将较长的镜头垂直放置于手机等移动设备中显然不能满足要求。
如附图1所示,假设人眼虹膜7直径y为10mm,距离采集设备8大约u=30cm处,而可用于可靠虹膜识别的虹膜图像要求图像中虹膜区域外圆直径所占像素应在200~250个像素,以目前主流高分辨手机摄像头芯片每个像素尺寸大约1.5um计,则在摄像头芯片感光面中虹膜成像9大小应为0.3mm~0.375mm,可以计算出该种情况下像距v=9~11.25mm,焦距f=8.7~10.8mm。
如果加上其它尺寸消耗如外壳、芯片厚度、镜头尺寸、结构位置等所占的厚度,以传统方式将虹膜采集装置放置于手机等移动设备之中,那么移动设备的厚度至少需要在十几毫米以上,这并不符合手机等移动设备越来越薄的发展趋势。因此,将虹膜识别技术应用到移动设备上,摄像头芯片和镜头的位置结构必需要改善。
申请号为201410449744.1的专利文件公开了一种安装于移动终端取光角度可调的光学模块,包括:反射装置,用于从移动终端外部收集光线并通过反射改变该光线在移动终端内的传播方向;镜头,其安装于移动终端内,用于收集所述反射后的光线,所述反射装置和所述镜头配合,是所述移动终端在厚度不变的情况下能够延长穿过镜头后的光线传播路径;传感器,用于对穿过镜头后的光线进行成像。
然而上述技术方案主要用于改善普通成像效果,而不适用虹膜图像采集,尤其是双眼虹膜图像采集。这是因为:为了用户友好性,当虹膜识别主要应用在手机等移动设备上时,虹膜采集一般需要位于手机等移动设备的正面,这样使用者可以在正面的屏幕上观察到采集的眼部图像。但由于手机等移动设备整体厚度很薄(一般小于9mm),另外受到液晶屏幕位置的影响,可以放置虹膜采集模块的空间非常有限,其中在厚度和长度方向上限制尤为严格,在水平方向上,相对宽松。
如果要采用双眼虹膜识别,人的双眼瞳距大约在60mm左右,如果要用一个图像传感器同时采集双眼的图像,又要保证每个虹膜的外圆直径在图像上有200~250个像素左右,并且用户有较自由的采集移动范围,则要求图像传感器在平行双眼中心连线的方向上,有3000个像素以上的分辨率(以一般的每个像素1.5um计算,则在该方向上的尺寸大小,光感光像素就会超过4.5mm,如果加上芯片的其他部分,以及***封装,将至少达到7,8mm以上)。在垂直双眼中心连线的方向上,对像素数量的要求不高。如果采用上述专利所述的采用一个反射装置的图像采集结构,实施例一采用如图2所示的位置结构,使得与手机等移动设备的屏幕垂直放置的图像感光芯片,在垂直屏幕的方向上的尺寸较大。实施例二采用如图3所示的位置结构,使得整个采集模块在竖直方向的尺寸过大。这两种位置结构,都不利于手机等移动设备越来越薄,除屏幕之外的空间越来越小的发展趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,在保持移动设备尺寸不受影响的前提下,能够采集到清晰的双眼虹膜图像。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,包括:近红外的LED灯、反射装置、大倍率镜头和CMOS图像传感器;
近红外的LED灯用于照亮虹膜区域;
反射装置用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;
大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;
CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。
上述用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块的有益效果在于:近红外LED灯照亮人的虹膜区域,光线经第二反射面反射进入第一反射面,并通过第一反射面反射,使得光线平行进入大倍率镜头,经CMOS图像传感器成像,最终图像从水平方向变成竖直方向,从而在不改变移动设备尺寸的情况下,采集清晰的虹膜图像。
附图说明
图1为物体成像示意图;
图2为背景技术实施例一双眼虹膜识别的结构示意图;
图3为背景技术实施例二双眼虹膜识别的结构示意图;
图4为本发明实施例一的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块的结构示意图;
图5为本发明实施例二的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块的结构示意图。
标号说明:
1、近红外的LED灯;2、反射装置;20、第一三角棱镜;21、第二三角棱镜;22、第一45度反光镜;23、第二45度反光镜;3、大倍率镜头;4、CMOS图像传感器;5、虹膜区域;6、虹膜区域成像;7、人眼虹膜;8、采集设备;9、虹膜成像。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:近红外的LED灯照射使得人的虹膜呈现丰富的纹理,照射的光线经过反射装置反射后水平进入大倍率镜头。
本发明涉及的技术术语解释:
技术术语 解释
CMOS 互补金属氧化物半导体
红暴现象 滤光不净,有少量红光被人眼看到
请参照图3至图5,一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,包括:近红外的LED灯1、反射装置2、大倍率镜头3和CMOS图像传感器4;
近红外的LED灯1用于照亮虹膜区域;
反射装置2用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;
大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;
CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。
从上述描述可知:近红外的LED灯1照亮人的虹膜区域5,光线进入第二经第二反射面反射进入第一反射面,并通过第一反射面反射,使得光线平行进入大倍率镜头,经CMOS图像传感器成像,最终虹膜区域成像6由虹膜区域5的水平方向变成竖直方向,从而在不改变移动设备尺寸的情况下,采集清晰的虹膜图像。
进一步的,所述第一反射面位于第一三角棱镜20上,第二反射面位于第二三角棱镜21上,第一三角棱镜20的一直角面设于第二三角棱镜21的一直角面上,第一三角棱镜20的另一直角面与第二三角棱镜21的侧面平齐,第二三角棱镜21的另一直角面与移动设备宽度方向平行;
进一步的,所述第一三角棱镜20和第二三角棱镜21为两个分开的三角棱镜或组合成一个整体的多角棱镜。
从上述描述可知,两个分开的三角棱镜配合、组装灵活,组合成一个整体的多角棱镜方便生产。
进一步的,所述第一反射面位于第一45度反光镜22上,第二反射面位于第二45度反光镜23上,所述第二45度反光镜23垂直于移动设备的厚度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置,第一45度反光镜置22于第二45度反光镜23上面,所述第一45度反光镜22垂直于移动设备的宽度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置;
进一步的,近红外的LED灯1采用的波段为750nm~940nm。
由上述描述可知,已有的虹膜采集,需要在镜头前或CMOS图像传感器前加一个近红外滤光片来滤除可见光,以减少外界可见光对图像的干扰。而近红外的LED灯在此波段内不易产生或轻微产生红暴现象较少,从而无需再做滤光处理。
请参照图4,本发明的实施例一为:
一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,包括:
近红外的LED灯1,用于照亮人的虹膜区域5,所述近红外的LED灯1采用的波段为750nm~940nm;
反射装置2用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;所述第一反射面位于第一三角棱镜20上,第二反射面位于第二三角棱镜21上,第一三角棱镜20的一直角面设于第二三角棱镜21的一直角面上,第一三角棱镜20的另一直角面与第二三角棱镜21的侧面平齐,第二三角棱镜21的另一直角面与移动设备宽度方向平行,所述第一三角棱镜20和第二三角棱镜21为两个分开的三角棱镜或组合成一个整体的多角棱镜;
大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;
CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。
采用上述方案,用户进行双眼虹膜图像采集时,双眼对准第二三角棱镜21,近红外的LED灯1照亮用户虹膜区域5后光线进入第二三角棱镜21,经其斜面反射后进入第一三角棱镜20,并经第一三角棱镜斜20面反射,最终光线会平行经过镜头到达CMOS图像传感器。例如,需要采集的虹膜图像是长条状矩形,反射装置反射后,长边垂直于移动设备的上下表面,短边平行于移动设备的上下表面,从而不会影响移动设备的厚度。
请参照图5,本发明的实施例二为:
一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,包括:
近红外的LED灯1,用于照亮人的虹膜区域5,所述近红外的LED灯1采用的波段为750nm~940nm;
反射装置2用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;所述第一反射面位于第一45度反光镜22上,第二反射面位于第二45度反光镜23上,所述第二45度反光镜23垂直于移动设备的厚度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置,第一45度反光镜置22于第二45度反光镜23上面,所述第一45度反光镜22垂直于移动设备的宽度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置;
大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;
CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。
上述两种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,当进行双眼虹膜图像采集时,需要采集的图像应是长条状的矩形。经过第一反射面和第二反射面的反射后,较窄的一边会垂直手机等移动设备的上下表面,较长的一边会平行于上下表面。因此,采用的CMOS图像传感器的感光面积也相对应:如果图像传感器为4000像素*1500像素、CMOS像素尺寸仍以1.5um计,实际有效感光面积为6mm*2.25mm。在对应的手机等移动设备的厚度方向上,感光像素的总尺寸仅为2.25mm,再加上芯片的其他部分,也不会对手机等移动设备的厚度造成影响。
综上所述,本发明提供的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,使得虹膜区域呈现丰富的纹理,光线进入反射装置后最终平行经过镜头到达CMOS图像传感器,水平图像转换成竖直图像,从而不影响移动设备的厚度。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,其特征在于,包括:近红外的LED灯、反射装置、大倍率镜头和CMOS图像传感器;
近红外的LED灯用于照亮虹膜区域;
反射装置用于改变光线的传播方向,所述反射装置包括第一反射面和第二反射面,第二反射面用于将平行于移动设备厚度方向的光线改变为平行于移动设备长度方向,第一反射面用于将平行于移动设备长度方向的光线改变为平行于移动设备宽度方向;大倍率镜头设于反射装置出射光的光路上,其主轴线平行于移动设备的上下边缘,大倍率镜头用于收集改变了传播方向的光线;
CMOS图像传感器设于大倍率镜头的出光方向,其感光面垂直于移动设备上下表面用于对收集的光线进行成像。
2.根据权利要求1所述的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,其特征在于,所述第一反射面位于第一三角棱镜上,所述第二反射面位于第二三角棱镜上,第一三角棱镜的一直角面设于第二三角棱镜的一直角面上,第一三角棱镜的另一直角面与第二三角棱镜的侧面平齐,第二三角棱镜的另一直角面与移动设备宽度方向平行,反射装置用于改变光线的传播方向。
3.根据权利要求2所述的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,其特征在于,所述第一三角棱镜和第二三角棱镜为两个分开的三角棱镜或组合成一个整体的多角棱镜。
4.根据权利要求1所述的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,其特征在于,所述第一反射面位于第一45度反光镜上,第二反射面位于第二45度反光镜,所述第二45度反光镜垂直于移动设备的厚度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置,第一45度反光镜置于第二45度反光镜上面,所述第一45度反光镜垂直于移动设备的宽度方向,并与移动设备上下表面成45度角放置。
5.根据权利要求1所述的用于移动设备的双眼虹膜图像采集模块,其特征在于,所述近红外的LED灯采用的波段为750nm~940nm。
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