CN201788518U - 具有脸像和虹膜采集功能的识别装置 - Google Patents

Abstract

一种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，面部辅助光源是850nm红外LED阵列，面部识别时面部辅助光源设定为自动模式补光；设有面部动态调节补光电路，其分别与面部电子图像采集装置、面部辅助光源的面部PWM驱动电路以及面部数据通讯接口连接。虹膜辅助光源是950nm红外LED阵列，虹膜识别时虹膜辅助光源设定为自动模式补光；设有虹膜动态调节补光电路，其分别与虹膜电子图像采集装置、虹膜辅助光源的虹膜PWM驱动电路以及虹膜数据通讯接口连接。通过在虹膜图像采集***和面部图像采集***中分别设置动态调节补光电路，合理设计光学***和配置相应滤光片，以提高单纯光源的含量，从而明显提高图像采集速度和虹膜图像质量。

Description

具有脸像和虹膜采集功能的识别装置

技术领域

本实用新型涉及应用电子电路进行指纹识别的方法或装置，特别是涉及一种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置。

背景技术

人体自身具备众多独特的生物特征，如指纹、脸像和虹膜等等。现有的脸像识别装置识别准确率低，因为不同个体间的区别不大，所有人的面部结构都相似；其次，人脸的外形很不稳定，人可以产生很多表情，而在不同观察角度，视觉图像相差很大。另外，脸像识别还受光照、墨镜等遮盖物、年龄等多因素影响。而虹膜识别装置基于虹膜特征在人的一生中保持相当高的稳定性和差异性，而且瞳孔的缩放使虹膜组织具有活体组织的显著特征，可以有效防止人工伪造，使得虹膜识别在包括指纹在内的所有生物识别中是应用最为方便和精确的一种。然而，虹膜图像受外界光线、皮肤色调、虹膜毛发、发型、眼镜、表情和姿态变化的影响也很大，致使单一的虹膜图像识别误判和拒判比例较大，难以满足客户高层次的需求。此外，现有虹膜图像采集***中的光源大多是单纯光源如红外线、紫外线，这些室内环境的单纯光源相对于其他光源难以达到满意的图像效果。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，包括面部图像采集***、虹膜图像采集***，以及与面部图像采集***、虹膜图像采集***分别连接的面部虹膜识别运算***、与面部虹膜识别运算***分别连接的液晶图像显示***、人机交互界面和信号输出电路。

所述面部图像采集***包括设有面部成像镜头和面部CMOS图像传感器的面部电子图像采集装置、设有面部PWM驱动电路的面部辅助光源和面部数据通讯接口，所述面部成像镜头和面部CMOS图像传感器依次连接且排列在***主光轴上，面部数据通讯接口与面部虹膜识别运算***连接。

所述虹膜图像采集***包括设有虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器的虹膜电子图像采集装置、设有虹膜PWM驱动电路的虹膜辅助光源和虹膜数据通讯接口，所述虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器连接且依次排列在***主光轴上，虹膜数据通讯接口与面部虹膜识别运算***连接。

这种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置的特点是：

所述面部辅助光源包括850nm红外LED阵列，仅有补光作用，照明主光源是外界环境光源，面部识别时所述面部辅助光源设定为自动模式补光。

设有面部动态调节补光电路，所述面部动态调节补光电路分别与面部电子图像采集装置、面部辅助光源的面部PWM驱动电路以及面部数据通讯接口连接。所述面部动态调节补光电路根据面部CMOS图像传感器采集环境光源的强度信息以及预设的参数确定面部辅助光源亮度补偿值，控制所述面部PWM驱动电路输出PWM信号对所述面部辅助光源的发光强度补光，使进行脸像识别的面部光源参数保持稳定，减少***曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，以提高***提取图像的速度，解决当外界光线较弱时需要提高曝光时间、采集图像慢和图像质量不佳的问题。

所述虹膜辅助光源包括950nm红外LED阵列，与面部辅助光源之间互相无干扰，且仅有补光作用，对人眼无任何伤害，照明主光源是外界环境光源，虹膜识别时所述虹膜辅助光源设定为自动模式补光。

设有虹膜动态调节补光电路，所述虹膜动态调节补光电路分别与虹膜电子图像采集装置、虹膜辅助光源的虹膜PWM驱动电路以及虹膜数据通讯接口连接。所述虹膜动态调节补光电路根据虹膜CMOS图像传感器采集环境光源的强度信息以及预设的参数确定虹膜辅助光源亮度补偿值，控制所述虹膜PWM驱动电路输出PWM信号对所述虹膜辅助光源的发光强度补光，使进行虹膜识别的虹膜光源参数保持稳定，减少***曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，以提高***提取图像的速度，解决当外界光线较弱时需要提高曝光时间、采集图像慢和图像质量不佳的问题。

本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述面部动态调节补光电路包括光电传感器、与所述光电传感器连接的模拟信号比较器，由所述光电传感器将光强、光照度的变化转换成电信号，通过所述模拟信号比较器输出控制信号，控制所述面部PWM驱动电路输出PWM信号对所述面部辅助光源的发光强度补光。

所述虹膜动态调节补光电路包括光强光照度检测电路、与所述光强光照度检测电路连接的可编程逻辑器件，所述光强光照度检测电路与所述虹膜辅助光源的红外LED阵列连接。由所述光强光照度检测电路将光强、光照度的变化转换成电信号，通过所述可编程逻辑器件输出控制信号，控制所述虹膜PWM驱动电路输出PWM信号对所述虹膜辅助光源的发光强度补光。

所述面部辅助光源前置有高散射面板，上电即开始工作，在高散射面板作用下，形成均匀的平面光源，安装时，所述面部辅助光源的投射方向与人脸夹角为42°，通过安装高度的调整，使面部辅助光源与人的脸部平面形成适当角度，以有效解决配戴眼镜者眼镜表面反射光线过强导致面部CMOS图像传感器因图像局部过饱和而采集不到有效面部图像的问题。

所述虹膜辅助光源前置有高散射面板，上电即开始工作，在高散射面板作用下，形成均匀的平面光源，安装时，所述虹膜辅助光源的投射方向与人眼夹角为13°，通过安装高度，使虹膜辅助光源与人的眼睛平面形成适当角度，以有效解决配戴眼镜者眼镜表面反射光线过强导致虹膜CMOS图像传感器因图像局部过饱和而采集不到有效眼睛图像的问题。

所述面部电子图像采集装置设有组合式低通窄带850nm面部滤光片，根据CMOS对不同波段的光线的敏感度按比例要求选择性截止光波，基本只通过850nm波长的红外光，使CMOS获取均匀柔和的850nm红外光，采集的图像不受强光、颜色、肤色、面色和妆色的影响，且在可见光较弱的夜间，具有夜视性能，输出图像只是面部的轮廓和特征。

所述组合式低通窄带850nm面部滤光片包括红外滤光片和可见光滤光片，设置在面部CMOS图像传感器后方或者嵌于面部成像镜头内。

所述虹膜电子图像采集装置设有950nm窄带虹膜滤光片，只通过950nm波长为近红外光，使通过CMOS的光源为单纯的红外光源，采集的图像更加清晰可靠。

所述950nm窄带虹膜滤光片为红外滤光片，设置在虹膜成像镜头前方。

本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

所述面部虹膜识别运算***采用主从式双CPU架构，包括主控单元和与其连接的从控单元；在主CPU发生故障不能正常工作时，从CPU仍可进行必要的工作，以提高***的安全性。

所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的主CPU，所述主CPU分别连接LCD显示器、面部图像采集***、虹膜图像采集***、实时时钟电路、开关机及复位电路、语音输出电路和外设接口，用于实现虹膜与面部图像采集、比对、数据通讯、数据存储显示和输出控制。

所述从控单元是具有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器，所述微控制器作为***的辅助控制器分别连接人机交互界面的按键板、指示灯、应急电池、响铃电路、锁控信号输出电路、报警输出装置、基于Wiegand(韦根)26通讯协议的数据信号输出电路，以太网接口和串口通信接口，用于键盘扫描、数据备份、应急控制、实时时钟，以及完成AT89S52和主CPU之间的串口通讯。Wiegand26通讯协议是由美国工业安全委员会(Security Industry Association，缩写为SIA)的隶属组织访问控制标准子委员会制定的一个关于存取控制的标准协议。当外部供电突然断开时，应急电池会立即给机器供电。保证用户的正常使用。当主CPU发生故障不能正常工作时，从CPU将自动复位，机器重新启动，以提高***的安全性，恢复正常工作。

所述面部成像镜头和虹膜成像镜头是三片非球面镜片，全面提高成像质量，使采集的图像不易变形，像差、色差和场曲都达到较高水准：像差最大为200μm，色差接近为0，场曲最大为0.3％。

所述面部CMOS图像传感器和所述虹膜CMOS图像传感器是1/4inch光学尺寸、垂直清晰度为600电视行(TVL)、水平清晰度为800电视行(TVL)、分辨率至少为130万像素的CMOS图像传感器。

所述液晶图像显示***包括LCD显示器及其驱动电路。

所述人机交互界面是包括按键板、指示灯和智能语音提示的人机交互界面。在登记或识别的过程中机器能根据具体问题，作出相应的语音提示被采集者应该如何配合，以提高采集的速度。

所述面部数据通讯接口和所述虹膜数据通讯接口是USB接口。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

本实用新型通过在虹膜图像采集***和面部图像采集***中分别设置动态调节补光电路，合理设计光学***和配置相应滤光片，以提高单纯光源的含量，从而明显提高图像采集速度和虹膜图像质量。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的组成结构图；

图2是本实用新型具体实施方式的外观结构图；

图3是本实用新型具体实施方式识别运算***组成方框图；

图4是图1的面部动态调节补光电路的组成方框图；

图5是图1的虹膜动态调节补光电路的组成方框图；

图6是本实用新型具体实施方式获取最佳面部图像的位置示意图；

图7是本实用新型具体实施方式获取最佳虹膜图像的位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。

一种如图1～7所示的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，包括面部图像采集***5、虹膜图像采集***4，以及与面部图像采集***5、虹膜图像采集***4分别连接的面部虹膜识别运算***6、与面部虹膜识别运算***6分别连接的液晶图像显示***2、人机交互界面和信号输出电路7。

面部图像采集***5包括设有面部成像镜头和面部CMOS图像传感器的面部电子图像采集装置51、设有面部PWM驱动电路521的面部辅助光源52和面部数据通讯接口54，面部成像镜头和面部CMOS图像传感器依次连接且排列在***主光轴上，面部数据通讯接口54与面部虹膜识别运算***6连接。

面部辅助光源52包括850nm红外LED阵列522，仅有补光作用，照明主光源是外界环境光源，面部识别时面部辅助光源52设定为自动模式补光。

设有面部动态调节补光电路53，面部动态调节补光电路53分别与面部电子图像采集装置51、面部辅助光源52的面部PWM驱动电路521以及面部数据通讯接口54连接。面部动态调节补光电路53根据面部CMOS图像传感器采集环境光源的强度信息以及预设的参数确定面部辅助光源亮度补偿值，控制面部PWM驱动电路521输出PWM信号对面部辅助光源52的发光强度补光，使进行脸像识别的面部光源参数保持稳定，减少***曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，以提高***提取图像的速度，解决当外界光线较弱时需要提高曝光时间、采集图像慢和图像质量不佳的问题。

面部动态调节补光电路53包括光电传感器、与光电传感器连接的模拟信号比较器，由光电传感器将光强、光照度的变化转换成电信号，通过模拟信号比较器输出控制信号控制面部PWM驱动电路521输出PWM信号对面部辅助光源52的发光强度补光。

面部辅助光源52前置有高散射面板，上电即开始工作，在高散射面板作用下，形成均匀的平面光源，安装时，面部辅助光源52的投射方向与人脸夹角为42°，通过安装高度的调整，使面部辅助光源52与人的脸部平面形成适当角度，以有效解决配戴眼镜者眼镜表面反射光线过强导致面部CMOS图像传感器因图像局部过饱和而采集不到有效面部图像的问题。

面部电子图像采集装置51设有组合式低通窄带850nm面部滤光片，根据CMOS对不同波段的光线的敏感度按比例要求选择性截止光波，基本只通过850nm波长的红外光，使CMOS获取均匀柔和的850nm红外光，采集的图像不受强光、颜色、肤色、面色和妆色的影响，且在可见光较弱的夜间，具有夜视性能，输出图像只是面部的轮廓和特征。

组合式低通窄带850nm面部滤光片包括红外滤光片和可见光滤光片，设置在面部CMOS图像传感器后方或者嵌于面部成像镜头内。

面部成像镜头是三片非球面镜片，全面提高成像质量，使采集的图像不易变形，像差、色差和场曲都达到较高水准：像差最大为200μm，色差接近为0，场曲最大为0.3％。

面部CMOS图像传感器是1/4inch光学尺寸、垂直清晰度为600电视行(TVL)、水平清晰度为800电视行(TVL)、分辨率至少为130万像素的CMOS图像传感器。

面部数据通讯接口54是USB接口。

虹膜图像采集***4包括设有虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器的虹膜电子图像采集装置42、设有虹膜PWM驱动电路411的虹膜辅助光源41和虹膜数据通讯接口45，虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器连接且依次排列在***主光轴上，虹膜数据通讯接口45与面部虹膜识别运算***6连接。

虹膜辅助光源41包括950nm红外LED阵列412，与面部辅助光源52之间互相无干扰，且仅有补光作用，对人眼无任何伤害，照明主光源是外界环境光源，虹膜识别时虹膜辅助光源41设定为自动模式补光。

设有虹膜动态调节补光电路44，虹膜动态调节补光电路44分别与虹膜电子图像采集装置、虹膜辅助光源41的虹膜PWM驱动电路411以及虹膜数据通讯接口45连接。虹膜动态调节补光电路44根据虹膜CMOS图像传感器采集环境光源的强度信息以及预设的参数确定虹膜辅助光源41亮度补偿值，控制虹膜PWM驱动电路411输出PWM信号对虹膜辅助光源41的发光强度补光，使进行虹膜识别的虹膜光源参数保持稳定，减少***曝光参数的变化，使曝光参数相对固定，以提高***提取图像的速度，解决当外界光线较弱时需要提高曝光时间、采集图像慢和图像质量不佳的问题。

虹膜动态调节补光电路44包括光强光照度检测电路、与光强光照度检测电路连接的可编程逻辑器件，光强光照度检测电路与虹膜辅助光源41的红外LED阵列412连接。由光强光照度检测电路将光强、光照度的变化转换成电信号，通过可编程逻辑器件输出控制信号，控制虹膜PWM驱动电路411输出PWM信号对虹膜辅助光源41的发光强度补光。

虹膜辅助光源41前置有高散射面板，上电即开始工作，在高散射面板作用下，形成均匀的平面光源，安装时，虹膜辅助光源41的投射方向与人眼夹角为13°，通过安装高度，使虹膜辅助光源41与人的眼睛平面形成适当角度，以有效解决配戴眼镜者眼镜表面反射光线过强导致虹膜CMOS图像传感器因图像局部过饱和而采集不到有效眼睛图像的问题。

虹膜电子图像采集装置42设有950nm窄带虹膜滤光片，只通过950nm波长为近红外光，使通过CMOS的光源为单纯的红外光源，采集的图像更加清晰可靠。

950nm窄带虹膜滤光片为红外滤光片，设置在虹膜成像镜头前方。

虹膜成像镜头是三片非球面镜片，全面提高成像质量，使采集的图像不易变形，像差、色差和场曲都达到较高水准：像差最大为200μm，色差接近为0，场曲最大为0.3％。

虹膜CMOS图像传感器是是1/4inch光学尺寸、垂直清晰度为600电视行(TVL)、水平清晰度为800电视行(TVL)、分辨率至少为130万像素的CMOS图像传感器。

虹膜数据通讯接口45是USB接口。

液晶图像显示***2包括LCD显示器及其驱动电路。

人机交互界面是包括按键板3、指示灯1和智能语音提示的人机交互界面。在登记或识别的过程中机器能根据具体问题，作出相应的语音提示被采集者应该如何配合，以提高采集的速度。

面部虹膜识别运算***6采用主从式双CPU架构，包括主控单元和与其连接的从控单元；在主CPU发生故障不能正常工作时，从CPU仍可进行必要的工作，以提高***的安全性。

主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的主CPU，所述主CPU分别连接LCD显示器、面部图像采集***、虹膜图像采集***、实时时钟电路、开关机及复位电路、语音输出电路和外设接口，用于实现虹膜与面部图像采集、比对、数据通讯、数据存储显示和输出控制。

从控单元是具有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器，微控制器作为***的辅助控制器分别连接人机交互界面的按键板3、指示灯1、应急电池、响铃电路、锁控信号输出电路、报警输出装置、基于Wiegand26通讯协议的数据信号输出电路，以太网接口和串口通信接口，用于键盘扫描、数据备份、应急控制、实时时钟，以及完成AT89S52和主CPU之间的串口通讯。Wiegand26通讯协议是由美国工业安全委员会(Security IndustryAssociation，缩写为SIA)的隶属组织访问控制标准子委员会制定的一个关于存取控制的标准协议。当外部供电突然断开时，应急电池会立即给机器供电。保证用户的正常使用。当主CPU发生故障不能正常工作时，从CPU将自动复位，机器重新启动，以提高***的安全性，恢复正常工作。

本具体实施方式的使用说明如下：

先设定在面部识别模式下采集面部图像，身高150～185cm的被采集者只要站在距离面部图像采集装置0.50～0.65米处，LCD显示器显示被采集者面部图像，再根据装置获取的人脸图像的亮暗程度提示被采集者调整识别距离，人脸图像亮，适当向后移动；人脸图像暗，适当向前移动，直至采集到接近最佳的面部图像，虹膜面部识别运算***接收到面部数据通讯接口的数据后，进行筛选和处理，在LCD显示器显示用户号、用户名称等信息，同时发出语音提示“Thank you！”；

然后通过按键切换至虹膜识别模式下采集虹膜图像，被采集者站在虹膜图像采集装置前0.12～0.16米处，眼睛凝视虹膜成像镜头将瞳孔映射在虹膜成像镜头表面，再根据装置获取的虹膜图像的清晰程度提示被采集者调整识别姿势与距离，根据发出语音提示“叮”保持姿势与距离片刻，直至采集到可识别的最佳虹膜图像，后续步骤是虹膜面部识别运算***接收到虹膜数据通讯接口的数据后，进行登记和比对，比对成功后发出语音提示“Thank you！”。

实际使用时，面部识别模式和虹膜识别模式可以任意组合同时工作或单独工作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，包括面部图像采集***、虹膜图像采集***，以及与面部图像采集***、虹膜图像采集***分别连接的面部虹膜识别运算***、与面部虹膜识别运算***分别连接的液晶图像显示***、人机交互界面和信号输出电路；

所述面部图像采集***包括设有面部成像镜头和面部CMOS图像传感器的面部电子图像采集装置、设有面部PWM驱动电路的面部辅助光源和面部数据通讯接口，所述面部成像镜头和面部CMOS图像传感器依次连接且排列在***主光轴上，面部数据通讯接口与面部虹膜识别运算***连接；

所述虹膜图像采集***包括设有虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器的虹膜电子图像采集装置、设有虹膜PWM驱动电路的虹膜辅助光源和虹膜数据通讯接口，所述虹膜成像镜头和虹膜CMOS图像传感器连接且依次排列在***主光轴上，虹膜数据通讯接口与面部虹膜识别运算***连接；

其特征在于：

所述面部辅助光源包括850nm红外LED阵列，面部识别时所述面部辅助光源设定为自动模式补光；

设有面部动态调节补光电路，所述面部动态调节补光电路分别与面部电子图像采集装置、面部辅助光源的面部PWM驱动电路以及面部数据通讯接口连接；

所述虹膜辅助光源包括950nm红外LED阵列，虹膜识别时所述虹膜辅助光源设定为自动模式补光；

设有虹膜动态调节补光电路，所述虹膜动态调节补光电路分别与虹膜电子图像采集装置、虹膜辅助光源的虹膜PWM驱动电路以及虹膜数据通讯接口连接。

2.如权利要求1所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部动态调节补光电路包括光电传感器、与所述光电传感器连接的模拟信号比较器。

3.如权利要求1或2所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述虹膜动态调节补光电路包括光强光照度检测电路、与所述光强光照度检测电路连接的可编程逻辑器件，所述光强光照度检测电路与所述虹膜辅助光源的红外LED阵列连接。

4.如权利要求3所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部辅助光源前置有高散射面板，所述面部辅助光源的投射方向与人脸夹角为42°。

5.如权利要求4所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述虹膜辅助光源前置有高散射面板，所述虹膜辅助光源的投射方向与人眼夹角为13°。

6.如权利要求5所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部电子图像采集装置设有组合式低通窄带850nm面部滤光片，所述组合式低通窄带850nm面部滤光片包括红外滤光片和可见光滤光片，设置在面部CMOS图像传感器后方或者嵌于面部成像镜头内；

所述虹膜电子图像采集装置设有950nm窄带虹膜滤光片，所述950nm窄带虹膜滤光片为红外滤光，设置在虹膜成像镜头前方。

7.如权利要求6所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部虹膜识别运算***采用主从式双CPU架构，包括主控单元和与其连接的从控单元；

所述主控单元是ARM公司设计的32位嵌入式RISC芯片内核的主CPU，所述主CPU分别连接LCD显示器、面部图像采集***、虹膜图像采集***、实时时钟电路、开关机及复位电路、语音输出电路和外设接口；

所述从控单元是具有Flash片内程序存储器的CMOS微控制器，所述微控制器作为***的辅助控制器分别连接人机交互界面的按键板、指示灯、应急电池、响铃电路、锁控信号输出电路、报警输出装置、基于Wiegand26通讯协议的数据信号输出电路，以太网接口和串口通信接口。

8.如权利要求7所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部成像镜头和所述虹膜成像镜头是三片非球面镜片。

9.如权利要求8所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述面部CMOS图像传感器和所述虹膜CMOS图像传感器是1/4inch光学尺寸、垂直清晰度为600电视行(TVL)、水平清晰度为800电视行(TVL)、分辨率至少为130万像素的CMOS图像传感器。

10.如权利要求9所述的具有脸像和虹膜采集功能的识别装置，其特征在于：

所述液晶图像显示***包括LCD显示器及其驱动电路；

所述人机交互界面是包括按键板、指示灯和智能语音提示的人机交互界面；

所述面部数据通讯接口和所述虹膜数据通讯接口是USB接口。

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