CN2672768Y - 虹膜光学成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种虹膜光学成像装置，是一种实现自动无侵害获取高质量的虹膜光学成像的装置，它包含有壳体，壳体内有成像透镜，视频照相机，并依次排列在光轴线上，其特征是：设有对装置进行控制的图像处理控制单元，光学成像透镜前设有垂面入射冷光镜，壳体内设置距离测量传感器和至少一个照明源，所述的照明源由近红外波段照明光源、近红外波段漫射滤镜及调整照明源位置的控制器组成，近红外波段漫射滤镜封闭近红外波段照明光源。本装置能实时动态改变照明源位置及强度/亮度，自动调节焦距，因此可获得高品质虹膜数字图像。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种虹膜光学成像装置，特别是一种实现自动无侵害获取高质量的虹膜光学成像的装置，属于光机电一体化、自动控制技术领域。
【背景技术】
人的虹膜是具有丰富纹理特征的一种人体生理组织，医学研究已经证明，虹膜组织纹理因人而异且终身不变，可以作为个人身份的可靠依据，使虹膜识别像指纹识别一样成为个体生物测定的对象。
现有的虹膜识别过程通常是先进行虹膜采集，然后提取虹膜纹理特征，与已注册的特征编码进行相似度度量，验证个体接受还是拒绝。因此，虹膜采集的质量是虹膜识别的最基础的一步。目前虹膜采集用光学成像的方式完成主要采用光学成像装置，它由壳体、位于壳体内的成像透镜、照相机和光源构成。但它有严格的限制使用距离，故不能方便使用者自由使用该虹膜成像装置，人的眼球位于固定位置才能成像，给使用造成不便，也有的装置需要手动来调节焦距，才能获得清晰的成像，使用同样感到不方便。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种实时性、自动性、无侵害、友好的人机操作界面和高品质成像图像的虹膜光学成像装置。
本实用新型虹膜光学成像装置，它包含有壳体，壳体内有成像透镜，视频照相机，并依次排列在光轴线上，其特点是：设有对装置进行控制的图像处理控制单元，光学成像透镜前设有垂面入射冷光镜，壳体内设置距离测量传感器和至少一个照明源，所述的照明源由近红外波段照明光源及调整照明源位置的控制器组成。近红外波段漫射滤镜封闭近红外波段照明光源。
本实用新型虹膜光学成像装置，其中调整照明源位置的控制器是控制马达或位置选择/切换器。照明源连接控制马达轴或位置选择/切换器以调整照明源的位置。
本实用新型虹膜光学成像装置，近红外波段照明光源由表面发光二极管芯片阵列和可改变光源辐射亮度/强度的能量驱动器组成，能量驱动器能通过调节输出电流/电压来改变光源的辐射亮度/强度。发光二极管芯片阵列发射波长为700-900nm。近红外波段照明光源前有近红外波段漫射滤镜，该漫射滤镜封闭近红外波段照明光源，可增大照明光源视角、提供均匀等方向分布的照明条件并减轻镜面反射程度。
距离测量传感器在测得不同物距时，光源输出的辐射亮度/强度关系为I＝(D/D0)2I0。
其中I0为预设在物距D0处时定义的标准亮度/强度，D和I即距离测量传感器PSD动态连续测量获得的物距和相应的辐射亮度/强度。
通过连续跟踪PSD动态测量获得的物距，并根据上式确定相应的光源输出的辐射亮度/强度，辐射亮度/强度的调节由能量驱动器调节电流/电压输出完成。
本实用新型虹膜光学成像装置，壳体内有语音提示单元和光电提示单元。可使该装置易于操作和使用方便。
本实用新型虹膜光学成像装置，垂面入射冷光镜为凹表面冷光镜或平面冷光镜，并且在冷光镜表面设置有眼睛目视区域引导标识，引导使用者的视线。
本实用新型虹膜光学成像装置，视频照相机是具有对400-1000nm波长范围内敏感的黑白CCD或CMOS视频照相机。
本实用新型虹膜光学成像装置，光学成像透镜是具有可变焦、可聚焦功能的成像透镜或是固定焦距成像透镜，该光学成像透镜也可集成于视频照相机中，直接由视频照相机驱动控制。
本实用新型虹膜光学成像装置，距离测量传感器是红外线或超声波距离测量器件。本实用新型采用上述结构，具有以下的有益效果：1)本实用新型通过控制马达或位置选择/切换器来实现动态改变照明源位置，通过能量驱动器动态改变光源输出的辐射亮度/强度，达到最佳照明效果；2)本实用新型的距离测量传感器能连续跟踪测量使用者的虹膜与装置之间物距和相对运动速度，且通过语音提示和光电提示，允许使用者在相当宽距离范围内自由活动，不必严格限制使用距离；3)本实用新型的成像透镜是具有可变倍和可聚焦功能的成像透镜或是固定焦距成像透镜。并且该光学成像透镜也可集成于视频照相机中，直接由视频照相机驱动控制，自动聚焦控制，因此可获得清晰的成像；4)本实用新型在冷光镜表面设置有眼睛目视区域引导标识，引导使用者的视线，无侵害、友好的人机操作界面；5)对于使用者的眼睛角膜和配戴眼镜(隐形眼镜或其它镜面反射)原因，在固定照明光源产生入射时经常发生强烈镜面反射。在这种情况下，控制马达调整照明光源或选择/切换器调整在不同位置的照明光源以改变光源与使用者的虹膜间的入射角度，通过入射角度改变镜面反射程度，直至获得高质量无反射干扰的虹膜图像。
下面将通过实施例并对照附图，对本实用新型作进一步的叙述。
【附图说明】
图1是本实用新型虹膜光学成像装置的结构示意图；
图2是本实用新型虹膜光学成像装置图像处理控制单元的框图。
图中的标号说明：100-CCD照相机；101-冷光镜；102-成像镜；103-虚像；104-PSD距离测量传感器；105-控制器；106-漫射滤镜；107-照明光源；108-语音提示；109-光电提示；110-引导标识；111-帧采集器；99-眼睛；300-图像处理控制单元。
【具体实施方式】
实施例1、本实施例的虹膜光学成像装置的结构可从图1中看到，它包含有壳体，壳体内的光轴线上依次排列有垂面入射冷光镜101、光学成像透镜102、CCD照相机100，壳体内靠近壳体的前壁外设置PSD距离测量传感器104，照明源由近红外波段照明光源107及调整照明源位置的控制器105组成，控制器105采用控制马达，近红外波段漫射滤镜106封闭近红外波段照明光源107，近红外波段照明光源107由表面发光二极管芯片阵列和可改变光源辐射亮度/强度的能量驱动器组成，能量驱动器(图中未示)通过调节输出电流/电压来改变光源的辐射亮度/强度。发光二极管芯片阵列发射波长为700-900nm。本实用新型还设有引导标识110。
当使用者位于该装置的垂面入射冷光镜101前时，它反射400-700nm波段，使用者能清晰看到自己眼睛99形成的虚像103，同时透过700nm以上波段被用于CCD视频照相机100物理成像。
垂面入射冷光镜101提供了一种理想的视觉反馈机制，同时通过眼睛目视区域引导标识110，它自然的鼓励使用者对准其眼睛的虹膜于X-Y光学轴中心。
近红外波段照明光源107由发射波长在700-900nm范围内的表面发光二极管芯片阵列和用于提供光源能量的可变能量驱动器组成，并且该可变能量驱动器能通过调节输出电流/电压以改变光源的辐射亮度/强度。
近红外波段漫射滤镜106提供以下作用：
a增大照明光源视角；
b.提供均匀等方向分布的照明条件；
c减轻镜面反射程度；
控制马达105可以调整照明光源相对于使用者的虹膜间的入射角度，用避免镜面反射产生覆盖虹膜图像。
距离测量传感器104是红外线距离测量器件或超声波距离测量器件。它主要用于测量使用者的虹膜与装置间物距，并完成跟踪它们之间的移动速度。距离测量传感器104测量使用者的虹膜与装置间物距D和相对运动速度V，并动态改变光源输出的辐射亮度/强度。为获得在不同物距时图像有统一的亮度/对比度分布的照明条件，在不同物距时光源输出的辐射亮度/强度有以下关系：
I＝(D/D0)2I0
其中I0为预设在物距D0处时定义的标准亮度/强度，D和I即PSD动态连续测量获得的物距和相应的辐射亮度/强度。
因此应采用通过连续跟踪PSD动态测量获得的物距，并根据上式确定相应的光源输出的辐射亮度/强度，辐射亮度/强度的调节由能量驱动器调节电流/电压输出完成。在实际应用时，可预置物距与相应的能量驱动器调节输出值的关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法(lookup table)实现。
当使用者接近装置时，PSD连续跟踪测量使用者的虹膜与装置之间物距D和相对运动速度V。当运动速度V处于相对静止同时物距D处于正常工作范围内，进入下一过程，否则语音提示108和光电提示109提示使用者调整相对距离和减小相对运动速度。本实用新型允许使用者在相当宽距离范围内(如10cm-40cm)***。不必严格限制使用距离，实际应用时这一点非常方便。
图2描述了本发明的近红外波段光学成像装置与图像处理控制单元的控制关系框图。视频照相机100成像的图像被转换为视频信号(NTSC或PAL)经帧采集器111转化为数字图像，或直接转换为数字图像信号，该数字图像信号被传送于图像处理控制单元300，它主要由CPU或DSP数字信号处理单元和基本I/O控制单元组成。图像处理控制单元通过分析输入的距离测量值和数字图像，结果用于反馈控制光学成像装置：视频照相机100，可变能量驱动器，控制马达105或位置选择/切换器，语音提示单元108和光电提示单元109。图像处理控制单元300利用自动控制光学成像装置以获得距离测量值和高品质虹膜数字图像。
实施例2、本实施例与实施例1不同之处在于壳体内不同位置设有数个近红外波段照明光源107，可变倍和可聚焦功能的成像透镜102可集成于CMOS视频照相机100中，直接由视频照相机100驱动控制，调整照明源位置的控制器是位置选择/切换器。
Claims (10)
1、虹膜光学成像装置，它包含有壳体，壳体内有成像透镜(102)，视频照相机(100)，并依次排列在光轴线上，其特征是：设有对装置进行控制的图像处理控制单元(300)，光学成像透镜(102)前设有垂面入射冷光镜(101)，壳体内设置距离测量传感器(104)和至少一个照明源，所述的照明源由近红外波段照明光源(107)及调整照明源位置的控制器(105)组成。
2、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的调整照明源位置的控制器(105)是控制马达或位置选择/切换器。
3、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的近红外波段照明光源由表面发光二极管芯片阵列和可改变光源辐射亮度/强度的能量驱动器组成，近红外波段照明光源前有近红外波段漫射滤镜(106)，该漫射滤镜封闭近红外波段照明光源。
4、根据权利要求3所述的虹膜光学成像装置，其特征是：在不同物距时，光源输出的辐射亮度/强度关系为I＝(D/D。)2I。。
5、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的壳体内有语音提示单元(108)和光电提示单元(109)。
6、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的垂面入射冷光镜(101)为凹表面冷光镜或平面冷光镜，并且在冷光镜表面设置有眼睛目视区域引导标识(110)。
7、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的视频照相机(100)是具有对400-1000nm波长范围内敏感的黑白CCD或CMOS视频照相机。
8、根据权利要求3所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的发光二极管芯片阵列发射波长为700-900nm。
9、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的光学成像透镜是具有可变焦、可聚焦功能的成像透镜或是固定焦距成像透镜，该光学成像透镜也可集成于视频照相机中，直接由视频照相机驱动控制。
10、根据权利要求1所述的虹膜光学成像装置，其特征是：所说的距离测量传感器(104)是红外线或超声波距离测量器件。
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