CN100349542C - 实时自动无侵害的虹膜光学成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，是一种提供虹膜生物测定用途的光学成像装置，其能实时成像高品质的虹膜纹理图像。它包含有密闭壳体，壳体内依次在光学轴上排列有近红外波段光学滤波器，光学成像透镜组，视频摄像机及照明光源系统，并且设有对该光学成像装置进行实时闭环反馈控制的图像处理控制单元。本装置能实现具备实时性、自动性、无侵害、友好的人机操作界面和高品质成像图像的要求，同时提供了对虹膜成像图像的质量控制实时评估分析处理机制支持，并且具有反应实时，成本低廉，可靠性高，系统稳定，复杂度最低的优点。

Description

实时自动无侵害的虹膜光学成像装置

【技术领域】

本发明涉及一种提供虹膜生物测定用途的光学成像装置，其能实时成像高品质的虹膜纹理图像，特别是一种能实现以实时自动无侵害方式获取高质量的虹膜纹理光学成像的装置，属于光机电一体化、自动控制技术领域。

【背景技术】

Bum Chul Kim et al《虹膜识别系统》美国专利号：US6,594,377 B1(《IRIS RECOGNITIONSYSTEM》US PATENT NUMBER：US6,594,377 B1 Jul，15，2003)提出了一种无严格限制使用距离的无侵害的装置。它由可上下旋转控制的凹容器，在该容器内有紫外线截止镜，平面冷光镜，成像透镜，摄像机，数个近红外波段照明光源，  距离测量传感器，控制单元组成。但1)该装置体积太庞大；2)平面冷光镜不便于使用者操作，可能无法观察到视觉反馈的虚像；3)该装置正如其描述的依靠单独使用距离测量传感器的结果来决定光源强度和成像透镜的光学变焦和聚焦功能有时是不可靠的，因为距离测量结果值实际应用时常被干扰或测不准；4)同时也缺乏一种具体可实施的虹膜图像质量反馈控制实时分析处理机制支持，很明显的它并不能总是能满足稳定可靠高质量的虹膜纹理光学成像。

而另外有的装置需要人的眼球位于固定位置才能获得清晰的成像，实际应用时这一点非常致命，这可能会让人拒绝使用该系统。

在实际应用时，如运动模糊，自然快速的使用位置定位(X-Y轴中心)，镜面反射干扰，聚焦质量，使用者移动引导的眼睛存在性及其中心位置偏离，虹膜纹理质量等问题，对虹膜生物测定系统的性能产生根本性影响。实践证明单一的光学成像装置不能满足获取高质量的虹膜纹理图像要求。

【发明内容】

本发明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纹理光学成像装置。同时提供对虹膜成像图像的质量控制实时分析处理机制支持以解决运动模糊，自然快速的使用位置定位(X-Y轴中心)，镜面反射干扰，聚焦质量，使用者移动引导的眼睛存在性及其中心位置偏离，虹膜纹理质量等问题。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，它包含有密闭壳体，壳体内有照明光源系统，在光学轴上依次排列有近红外波段光学滤波器，光学成像透镜组、视频摄像机，设有对该光学成像装置进行实时闭环反馈控制的图像处理控制单元。图像处理控制单元由图像采集器、数字信号处理单元和存储单元及基本的I/O控制单元组成，图像处理控制单元联接光学成像装置以组成实时闭环反馈控制系统。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其中所述的照明光源系统由近红外波段照明光源、近红外波段漫射/散射滤光镜、提供光源辐射强度的能量驱动器及调整照明光源位置的控制器组成。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其中调整照明光源位置的控制器是预定位置控制器，并且该位置控制器组成反向对称的照明光源预定位置关系。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，近红外波段照明光源由发射波长为700-900nm的宽带光源和固定或可改变光源辐射强度的能量驱动器组成，并且近红外波段漫射/散射滤光镜密闭近红外波段照明光源。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，距离测量传感器是主动型多点或多束红外线或超声波距离测量器件。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，近红外波段光学滤波器为近红外波段光学反射滤光镜，并且该反射滤光镜的观察视场由反射滤光镜中反馈虚像确定。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，密闭壳体的前表面被设计成具有阶梯度或曲率的倾斜面，并且密闭壳体通过可活动的构件与基座固定；近红外波段光学反射滤光镜和近红外波段漫射/散射滤光镜内嵌于壳体的倾斜前表面。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，壳体的倾斜前表面设有语音提示单元和/或光电提示单元实时反馈处理结果信息于使用者。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，视频摄像机是具有对700-900nm波长范围内敏感的CCD或CMOS视频摄像机。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，光学成像透镜组是校正光学成像像差的可变焦聚焦功能的成像透镜组或是固定焦距成像透镜组。该光学成像透镜组也可集成于视频摄像机中，直接由视频摄像机驱动控制。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，照明光源位置调整采用根据镜面反射程度，对照明光源预定位置反向对称判定的方法；能量驱动器输出调节值控制方法为产生预置物距与相应的能量驱动器输出调节值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实现。光学成像透镜的焦距和聚焦位置控制方法为产生预置物距与相应的变焦和聚焦电机位置调节值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实现。图像焦点预测位置反馈控制采用函数拟合或预置查表方法。

本发明的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，图像处理控制单元采用结合实时成像运动状态和图像品质分析反馈结果综合控制光学成像装置，使它们组成了对光学成像稳定可靠的闭环反馈控制系统。过程包括以下步骤：

实时获取有效的物距及相对运动速度；

实时改变光源输出的辐射强度；

实时自动光学变焦和聚焦；

实时图像亮度评估分析与反馈控制；

实时镜面反射程度评估分析与反馈控制；

实时焦点质量及焦点预测评估分析与反馈控制；

实时眼睛存在性及其中心位置评估分析与反馈控制；

实时虹膜纹理质量评估分析与反馈控制；

实时获取高品质成像图像。

总结上述描述，本发明具有以下特点：

1)具有阶梯度或曲率的倾斜前表面和可活动的壳体提供最舒适的方式使用该装置；

2)通过能量驱动器动态改变光源输出的辐射强度，达到图像有统一的亮度/对比度分布的最佳照明条件；

3)光学成像装置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；

4)结合了实时主动式多点或多束测距与被动式图像焦点预测反馈控制的复合自动聚焦(AF)系统，因此可获得理想尺度和聚焦的虹膜纹理成像；

5)反射滤光镜的观察视场由反射滤光镜中反馈虚像确定，通过使用者在反射滤光镜视场中观察到的反馈虚像的可见程度性质，自主判断其X-Y轴中心位置定位问题，且通过语音提示和/或光电提示，具有无侵害、友好的人机操作界面的特点；

6)移去镜面反射干扰采用对具有圆群循环控制特征的照明光源预定位置反向对称判定的方法，它具备实时性，高稳定和可靠性的优点；

7)图像处理控制单元采用结合实时成像运动状态和图像品质分析反馈结果综合控制光学成像装置，使它们组成了对光学成像稳定可靠的实时闭环反馈控制系统。

8)本发明虹膜光学成像装置具有成像的虹膜纹理图像质量高，成本低廉，可靠性高，系统稳定，复杂度最低。

下面将通过实施例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

【附图说明】

图1是虹膜光学成像装置的构成示意图。

图2是虹膜光学成像装置与图像处理控制单元的框图。

图3是光学成像装置闭环反馈控制流程原理框图。

图4是虹膜光学成像装置的光学成像原理图。

图5是垂面入射冷光镜典型的透射率光谱曲线图。

图6-1图6-2是两种等价的对照明光源预定位置反向对称控制系统图。

图中的标号说明：0-眼睛；1-虹膜光学成像装置；2-倾斜壳体；3-近红外波段光学反射滤光镜；4-光学成像透镜组；5-虚像；6-视频摄像机；7-距离测量传感器；8-近红外波段漫射/散射滤光镜；9-近红外波段照明光源；10-位置控制器；11-语音提示单元；12-光电提示单元；20-图像处理控制单元；21-图像采集器ADC；22-基本I/O控制单元；23-数字信号处理单元；24-存储单元。

【具体实施方式】

本发明所说的实时指处理速度大于图像帧采集速率，即，PAL制25帧每秒(25fps)或NTSC制30帧每秒(30fps)。

本发明所说的光源辐射强度(Radiant Intensity)和辐射照度(irradiance)是光辐射学单位，其定义分别为瓦每球面度W/sr和瓦每平方米W/m²。

实施例1、用于虹膜采集的虹膜光学成像装置的部件构成可从图1中看到，它包含有密闭壳体2，壳体内依次在光学轴上排列有近红外波段光学反射滤光镜3，可变焦聚焦功能的光学成像透镜组4，CCD视频摄像机6，和PSD距离测量传感器7及照明光源系统，所述的照明光源系统由近红外波段照明光源9、近红外波段漫射/散射滤光镜8、可改变光源辐射强度的能量驱动器及调整照明光源位置的控制器10组成，并设有对该光学成像装置进行稳定可靠的实时闭环反馈控制的图像处理控制单元20及语音提示单元11和/或光电提示单元12。图像处理控制单元20由图像采集器ADC21，数字信号处理单元23和存储单元24及基本I/O控制单元22组成，所述的图像处理控制单元联接光学成像装置以组成实时闭环反馈控制系统。

为了使用者以最舒适的方式使用该装置，考虑到使用者身高和观察习惯，模拟使用者阅读资料时人机界面原理。所不同的是，使用者观察的对象是该装置的反射滤光镜。因此优选实施例中密闭壳体的前表面被设计成具有一定阶梯度或曲率的倾斜面。密闭壳体通过可活动的构件(如转轴)与基座固定，这样一来可以自由调整倾斜度以适应使用者不同身高和观察习惯，结果是大大减少成像装置体积同时方便使用者使用该装置。近红外波段光学反射滤光镜和近红外波段漫射/散射滤光镜内嵌于壳体的倾斜前表面。

当使用者位于该装置的反射滤光镜前时，它反射400-700nm波段的可见光，使用者能清晰看到自己眼睛形成的虚像，同时透射700nm以上近红外波段被用于CCD视频摄像机物理成像。更进一步的，因虹膜光学成像装置使用在不同照度环境，故提供适当柔和强度的400-700nm可见光源照明是理想的，它不会影响上述近红外波段成像。

理想的视频摄像机是具有对700-900nm波长范围内敏感的黑白CCD视频摄像机。尽管CMOS视频摄像机也可等效使用，但目前该技术有两大缺点：噪声和近红外波段敏感度问题。

采用垂面入射冷光镜作为近红外波段光学反射滤光镜的优选实施例是因为提供垂面入射冷光镜如此要求的镀膜技术(见图5)，即，对可见光高达95％及以上的反射率，同时对700nm以上近红外波段具有90％及以上的透射率目前是很容易加工的，且成本很低廉。当然采取其它形式的近红外波段光学滤波器元件如反射滤光镜，干涉滤光镜，分光滤光镜等也可以被等同理解。

当然所述的垂面入射冷光镜可为平面冷光镜或凹表面冷光镜。平面冷光镜加工简单，成本低，但它无法形成各种不同类型的放大虚像和像距组合，考虑到使用者视力普遍存在极大的差异，可能无法观察视觉反馈的眼睛虚像，故对于使用来说很不理想。

凹表面冷光镜提供了上述要求，如球面冷光镜，椭球面冷光镜等。以下以垂面入射球面冷光镜为优选实施例描述，球面冷光镜也可由凸透镜和平面冷光镜组合替代。当然椭球面冷光镜也可被理解。

垂面入射球面冷光镜提供了一种理想的视觉反馈机制。以下描述该垂面入射球面冷光镜的设计方法，其利用我们熟知的在球面镜的焦点以内能形成直立放大的眼睛虚像给予理解：

因为本装置允许使用者在相当宽工作距离范围内(如20cm)自由运动而不必严格限制使用距离，所以该球面冷光镜的焦点设计为工作距离范围的上限。当使用者在其焦点以内的任意物距时，它形成的眼睛虚像位置(像距)和大小可以通过本文下述的公式(1)所确定，但需理解符号表示的不同意义。这种物像关系解释比作图法更具精确性。

上述设计能保证提供使用者有合适的使用位置，即，肯定能观察到视觉反馈的直立放大的眼睛虚像。但还需解决使用者能自然快速的定位于成像装置的X-Y轴中心位置问题。当然应该理解所说的X-Y轴中心位置定位，并不要求有严格中心位置限制，因为在使用中肯定存在使用者自主移动引导的X-Y轴位置偏移。换句话说，即，只要满足使用者的虹膜能完全呈现于成像图像中，那么就可以等价的认为其完成X-Y轴中心位置定位要求。它本质上能保证虹膜采集的速度和质量。

现在已知的方法是采用在成像装置的中心投影线光束，使仅在该中心才能发现该光束的替代方法实现使用者位置的自主调整。但它缺乏友好的人机操作界面。

当然也有的方法采用在冷光镜中心表面设置眼睛目视区域引导标识如涂细线的矩形框，它要求使用者通过其观察到的视觉反馈的眼睛虚像，调整该虚像使之置于矩形框内。其它的替代引导标识形式采用在镜面中心涂有十字线，这样当使用者水平方向或垂直方向没对准的话，该十字线是不在中心的，并且十字线是有重影，而当对准的话重影将被重叠，并呈现居中。

但它们有本质的问题，即，要求使用者同时观察视觉反馈的眼睛虚像与引导标识！对已知的使用者视力(普遍存在极大的差异)来说，其根本不可能同时被清楚的观察到。这点可以通过分析如远视眼(其视力的近点很远)，其不可能清楚的观察近处的引导标识。另一方面由眼睛的晶状体的生理成像特性也确定了其不可能同时满足上述两个要求。

本发明人提出基于限制反射滤光镜的观察视场的方法，它通过使用者在垂面入射球面冷光镜视场(Fields of View)中观察到的，直立放大的眼睛反馈虚像的可见程度性质，自主判断其X-Y轴中心位置定位问题。如当使用者在垂面入射球面冷光镜视场中观察到的眼睛虚像全部或部分不可见，那么可以肯定其成像的图像也不在中心。反之，当使用者眼睛的视场中观察到的眼睛虚像全部可见，那么可以肯定其成像的图像就在中心。

通过上述物像关系解释，在工作范围内物距上时，观察到的虚像大小与像距相应的比例大体来说是相当的。上述原理可以通过设计垂面入射球面冷光镜的立体截面面积实现。即，该截面面积尺寸由反馈虚像位置(像距)和大小所形成的视场的适当比例确定。适当比例是为了考虑不让使用者观察时有太拘束感。

当然本质上相同原理的方法也可实现，如采用具有对人类视觉反应敏感的颜色，在冷光镜中心设置对反馈虚像的观察视场限制标识，即，使该限制标识满足形成对观察到的反馈虚像的视场限制所需的要求。

通过自然快速的判断在冷光镜视场中观察到的直立放大的眼睛虚像的可见程度性质，它自然的鼓励使用者对准其眼睛的中心于光学成像装置的X-Y光学轴中心，即，视频摄像机视场中心。它有三个本质优点：

1)虹膜在成像图像中是位于图像中心，这不仅有利于虹膜定位和坐标系统变换。

2)而且它避免了由眼球偏转(如斜视)引导的的生物三维立体形变使成像的虹膜产生三维立体几何仿射和非线性变换。由于光学成像在两维的空间，本质上解决该问题是不可能的。尽管采用几何仿射变换补偿方法也不能解决该问题。

3)限制使用者观察视场的方法，它避免了使用者因视差，如左(右)眼观察右(左)眼导致的不能定位于中心问题。

理想的优选实施例中近红外波段照明光源由发射波长在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强度。

正如一般表面发光二极管芯片(LED chips)的特点，一般来说，一种表面发光二极管芯片的发射波长是窄带的，它的半峰值全波(或半峰值带宽)FWHM也不超过30nm，因此要提供在700-900nm相对范围内的宽带，就需多种不同发射波长的表面发光二极管芯片组成阵列。当然近红外波段照明光源也可采用由发射波长更宽的白光LED或其它发光类型材料构成的宽带光源如卤素Halogen型光源组成。

正如一般表面发光二极管芯片(LED chips)的又一特点，它的发散角度很小，即使有加入散射材料，它法线方向FWHM的发散角度也小于15度。这也意味着光源辐射在不同的方向上发出的能量关系也是极不均匀。当然其它的近红外波段照明光源也存在该问题。

很明显要提供距光学成像装置如此近距离的均匀辐射分布的大发散角度照明条件是很困难的。为解决该问题所采用近红外波段漫射/散射滤光镜提供以下作用：

a它使光源辐射FWHM的发散角度扩展，以增大照明光源发散光场；

b提供均匀的等方向性辐射分布的照明条件，即，光源辐射在不同的方向上发出的能量关系被均衡化；

c减轻镜面反射程度；

值得一提的是，因眼睛辐射安全需要限制光源最大辐射强度。如IEC，ANSI等组织机构都有眼睛安全辐射标准的明确规定。

理想的优选实施例中调整照明光源位置的控制器是预定位置控制器，并且该位置控制器组成反向对称的照明光源预定位置关系。对于使用者的眼睛角膜和配戴眼镜(倾斜或其它镜面反射)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，位置控制器(如位移控制电机或选择/切换器等)调整在不同预定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。在近距离成像条件下提供照明光源预定位置的控制以改变入射角度的方法是极具有效性的，这点可以通过光在它们物理位置间三角几何反射传播规律理解。详细过程参考下文所述。

理想的优选实施例中距离测量传感器是主动型多点或多束红外线距离测量器件或超声波距离测量器件。多点距测可大大提高测量精度，当然多束测距也可采用。它主要用于测量使用者的虹膜与装置间物距D和相对运动速度P，并能以此动态改变光源输出的辐射强度。

当使用者接近装置时，距离测量传感器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P。当运动速度P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，否则语音和/或光电提示提示使用者调整相对距离和减小相对运动速度(将减少运动模糊)。当然相对静止是相对概念，它是相对于实时采样率来说当其值很小时成立。

本装置允许使用者在相当宽距离范围内(如20cm)自由运动。不必严格限制使用距离，实际应用时这一点非常方便和重要，这让人很容易接受使用该系统。

现在依据光学成像原理和图4理解虹膜光学成像装置的光学成像原理：

1/f＝1/D+1/V    (1-a)

β＝h/H＝V/D    (1-b)

其中：f为成像焦距，D为由PSD实时测量距离而得到的物距，V为相应的像距；β为成像系统的放大倍率；h为CCD成像像高，H为物高(虹膜区域物理高度，平均为11mm)。很显然的放大倍率必须是固定的常数(指成像系统预设计倍率，当然实际应用时允许有误差变化范围)，如采用1/4英寸CCD，β典型值为0.135。

但不必严格限制使用距离，在如此近距离和适当大放大倍率成像时，因物距D会改变，导致相应的像距V的改变(它可使成像散焦)和成像系统的放大倍率改变。为解决该问题采用实时改变光学成像透镜组的焦距f和光学成像透镜组的像距V。数学理论上，即，已知D和β，从(1-a)和(1-b)求相应的f和V。

实时控制具有光学变焦功能的成像透镜组的焦距f到由(1)式所确定的焦距位置。一般地说调整焦距位置可直接控制变焦电机位置实现，但它们的位置对应关系值为非线性函数。当然也可采用函数拟合的方法，但太过复杂，也缺乏可靠和对应用的灵活性。

因此在实际应用时，可预置物距与相应的变焦电机调节位置值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法(lookup table)实时实现。

同样实时控制具有光学聚焦功能的成像透镜组的像距V到由(1)式所确定的聚焦位置。一般地说调整聚焦位置可直接控制聚焦电机位置实现，但它们的位置对应关系值也为非线性函数。特别指出目前有自动聚焦(AF)的摄像机，但它不适合该场合，因为上述实时光学变焦功能使自动聚焦不能被实时完成。解决该问题也采用方法为产生预置物距与相应的聚焦电机调节位置值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实时实现。当然也可组合下文描述的图像焦点质量值反馈控制调整像距。

由此使成像的虹膜图像能大致保持同一尺度范围而不受物距D变化的影响，同时能具有高质量的聚焦。

光学成像透镜组是具有可变焦聚焦功能的成像透镜组，该光学成像透镜也可集成于视频摄像机中，直接由视频摄像机驱动控制。

事实上设计具有如此近距离和大放大倍率成像(Macrophotography)要求的光学成像透镜为优选实施例，它需求多组多片镜片组合，同时也需针对本成像系统应用进行像差校正设计，如色差，球面差，像场弯曲等因素。上述要求对目前的透镜制造业人员而言是毫无问题的。另一种选择是采用已商品化的合适要求的模组摄像机(Module Camera)，成本较低。

正如上述描述的单独使用距离测量传感器而得到的物距结果来决定光源强度和成像透镜的光学变焦和聚焦功能有时是不可靠的，很明显它的不可靠性体现在其所组成的是一开环控制系统。因为距离测量结果值实际应用时常被干扰或测不准。故并不总是能满足精确的光源强度，成像尺度要求，尽管如此生物测定系统允许有很大的成像条件无依赖性(即误差变化存在)。但聚焦问题是很明显的。解决该问题可以采用如结合被动型相位检测等方法等。但它们都依赖于硬件，使系统成本和更为重要的光学设计复杂性大大增加。

同时也缺乏一种具体实时的虹膜图像质量反馈控制分析处理机制支持，因为实际应用时大部分成像图像是无效的(如使用位置定位，镜面反射干扰，焦点质量，使用者移动引导的眼睛存在性及其中心位置偏离，虹膜纹理质量等问题影响)。

如果后续图像处理是建立在不合要求的图像基础上，不仅处理无效并会对虹膜生物测定系统的性能产生根本性影响。

本发明人采用对光学成像装置实时闭环反馈控制成功的解决了该问题，它不仅解决了上述问题，而且本质性的提高了虹膜纹理图像成像的品质，而成像品质是本装置需求解决最根本目的。

本发明描述的图像处理控制单元(图2)主要由图像采集器(ADC)，CPU或DSP等数字信号处理单元和存储单元及基本I/O控制单元组成。基本I/O控制单元获得距离测量值和反馈控制成像装置。视频摄像机成像的图像被转换为视频信号(NTSC或PAL)经图像采集器(ADC)转化为数字图像，或直接转换为数字图像信号。存储单元存放各种调节值关系属性表(lookup-table)及提供计算所需内存等，数字信号处理单元分析输入的距离测量值和数字图像信号。半导体电路设计专业人员能理解该图像处理控制单元的功能并能以相同原理实施。

本发明通过图3描述了其闭环反馈控制流程。图像处理控制单元产生以下用于对光学成像装置的成像运动状态和图像品质评估分析结果实时闭环反馈控制：

A实时获取有效的物距及相对运动速度；

B实时改变光源输出的辐射强度；

C实时自动光学变焦和聚焦；

D实时图像亮度评估分析与反馈控制；

E实时镜面反射程度评估分析与反馈控制；

F实时焦点质量及焦点预测评估分析与反馈控制；

G实时眼睛存在性及其中心位置评估分析与反馈控制；

H实时虹膜纹理质量评估分析与反馈控制；

I实时获取高品质成像图像；

从流程上看，它们是具有上下关联的，即下个步骤是建立在上个步骤的约束条件基础上的。该相关方法从信息控制论的观点来说是最具可靠性和有效性的。

依次对上述成像运动状态和图像品质评估分析结果产生过程及控制给予详细描述：

A)有效物距D能依据距离测量传感器的测距结果直接换算得到，需考虑具体的多点或多束测距间的物理位置关系。相对运动速度P通过以下分析得到：

P＝∑(S/t)/N             (2)

其中s为单位采样间隔时间内的有效变化物距，即，位移距离。t为单位采样间隔时间。N为采样间隔数量。

(2)式采用取N个采样间隔时间内相对运动速度P平均值的方法，可以大大提高测量精确度和稳定性。当然其它滤波方法如中值法等也可等效。当相对运动速度P处于相对静止同时物距D处于正常工作范围内，进入下一步骤，否则语音和/或光电提示提示使用者调整相对距离和/或减小相对运动速度。

B)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，即，虹膜需要在不同物距D时有相应的辐射照度E，根据(3-1)式它能通过动态改变光源输出的辐射强度IR实现。

E＝IR COSθ/D²                                       (3-1)

其中θ为物平面法线与光源辐射法线方向之间的夹角；

因此在不同物距时光源输出的辐射强度有以下关系：

IR＝(D/D_o)²IR_o                            (3-2)

其中IR_o为预设在物距D_o处时定义的标准辐射强度，D和IR即A)步骤动态连续测量获得的物距和相应的辐射强度。

因此应采用通过连续跟踪A)步骤动态测量获得的物距，并根据(3-2)式确定相应的光源输出的辐射强度，辐射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。

C)如上述已详细描述的实时自动光学变焦和聚焦位置控制方法为产生预置物距与相应的变焦和聚焦电机位置调节值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实现。

D)实时图像亮度评估分析值I₀通过以下分析得到：

$I_0=\underset{x=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}I(x,y)/NM---\left(4\right)$

其中：I(x，y)为图像像素值；

其相当于分析图像直流(DC)量。当然上述(4)中的图像分析区域是具选择性的，如全部或中心局部图像分析区域。

当各种不同类型的原因如测距结果，镜面反射，眼睛偏移等图像内容引导的图像亮度评估分析值I₀超出正常工作范围时，反馈控制光源输出的辐射强度直至进入正常工作范围时进入下一步骤。

E)实时镜面反射程度评估分析值SUM通过以下分析得到；

$\mathrm{SUM}=\underset{x=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}V(x,y)$

V(x，y)＝1；when I(x，y)≥Q

V(x，y)＝0；when I(x，y)＜Q

                             (5)

其中：Q为ADC满量程量化阶梯度；

当然上述(5)中的图像分析区域也是具选择性的，如全部或中心局部图像分析区域。当镜面反射程度评估分析值SUM超出正常工作范围时，位置控制器调整在不同预定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。

但实际应用时，上述调整过程会反复循环控制，即，该功能不能实时，稳定，可靠的完成。

本发明为解决该问题采用的方法具体如下：

正如上文所说的位置控制器组成反向对称的照明光源预定位置关系，在近距离成像条件下提供不同预定位置的照明光源以改变入射角度的方法是极具有效性的。

通过光在物理位置间三角几何反射传播规律所确定的，照明光源预定在不同位置时，相应存在入射角度与其反射形成的镜面反射程度之间反向对称的属性关系。根据该镜面反射程度，即，(5)中产生的镜面反射程度评估分析结果SUM属性值，判定当超出正常工作范围时调整反向对称的预定位置。这就是照明光源预定位置，为什么需要设计具有反向对称关系的原因。

本发明人采用4组反向对称的照明光源预定位置为优选实施例，并加以说明如何调整预定位置。

4组反向对称的预定位置分别为左上，左下，右上，右下，依次标示为abcd。以左上a为初始预定位置。

参考图6它们组成了对照明光源预定位置封闭的圆群循环控制系统。即，a→d→c→b→a形式的循环控制过程，或等价的a→d→b→c→a形式。

当然可以理解由其它各种预定位置组合构成的圆群循环控制系统原理。

在实际应用时基本上一次反向对称的位置调整就能完成移去镜面反射干扰，极少需一次以上的位置循环控制调整。

本发明人已证实该方法彻底解决了镜面反射干扰的问题，它为获得高质量的虹膜图像奠定基础，同时该方法具备实时性，高稳定度和可靠性的优点。

F)传统的快速Fourier变换(FFT)由于其计算复杂度(N*N像素)为O(N²log₂N)，并且需求浮点计算，故不能被用于实时图像焦点质量评估。

本发明描述了一种基于光学衍射理论产生散焦模型的实时图像焦点质量评估方法。根据光学散焦理论模型：

F(x，y)＝I(x，y)*G_σ(x，y)           (6)

Gδ(x，y)为具有空间扩展尺度δ的高斯函数(Gaussian)，I(x，y)为图像函数，*表示2D函数卷积。该模型表示散焦图像是原始图像I(x，y)经过Gδ(x，y)模糊后产生的。

它的空间扩展尺度δ决定图像被散焦的程度，换句话说，就是以图像I(x，y)中每一像素为中心的邻近像素区域被加权平均(平滑)程度。通过分析δ对图像的散焦程度即可计算相应的聚焦程度。

在分析全局分析尺度T中，以(x，y)为中心，ΔT为局部分析区域时，可以理解ΔT为局部分析尺度，它用于反应对具有平滑尺度δ的Gaussian光学散焦函数的敏感程度。当然全局分析尺度T所描述的图像分析区域也是具选择性的，如全部或中心局部图像分析区域。理论上根据透镜光学衍射理论该局部分析区域为散焦圆或模糊圆，即，该局部分析区域是半径为ΔT的圆。为了简化以下描述，仅考虑方形(当然圆形极坐标也可被等效理解)情况：

a当δ→0+(正向趋近0)时：

$\underset{\mathrm{\σ}\→0+}{\lim }I(x,y)*G_{\mathrm{\σ}}(x,y)=I(x,y)---\left(7\right)$

(7)式表明当δ→0+(正向趋近0)时，Gδ(x，y)等效于delta函数，对局部邻近像素区域的光学散焦图像即原始图像。

b当δ满足ΔT/δ→0+时：

$\underset{\mathrm{\ΔT}/\mathrm{\σ}\→0+}{\lim }I(x,y)*G_{\mathrm{\σ}}(x,y)=1/4\mathrm{\Δ}{T}^2{\∫}_{x-\mathrm{\ΔT}}^{z+\mathrm{\ΔT}}{\∫}_{y-\mathrm{\ΔT}}^{y+\mathrm{\ΔT}}I(x,y)\mathrm{dxdy}---\left(8\right)$

(8)式表明当ΔT/δ→0+时对局部邻近像素区域的光学散焦模型化为局部邻近像素区域的平均化，即，从频率分析的观点看，只存在直流DC成份。

波像差的均方差其本身有明确的物理意义，即，它是建立在光学衍射理论基础上的像质质量指标，本发明人特别指出采用像质质量指标不仅能反映散焦程度，更本质的它表达了各种影响像质质量的物理因素，基于以上分析实现实时图像焦点评估方法如下步骤：

a)在局部邻近像素分析区域中，定义数学期望E和像质差G。其中像质差可等同的定义为以下类型：标准方差μ或规范化标准方差μ^*，标准偏差s或规范化标准偏差s^*。

Q为ADC满量程量化阶梯度：

$E_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)=1/4\mathrm{\Δ}{T}^2{\∫}_{x-\mathrm{\ΔT}}^{x+\mathrm{\ΔT}}{\∫}_{y-\mathrm{\ΔT}}^{y+\mathrm{\ΔT}}I(x,y)\mathrm{dxdy}---(9-1)$

如上述描述的数学期望E也可采用局部邻近像素分析区域的中心点：

E_ΔT(I(x，y))＝I(x，y)                 (9-2)

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)=E_{\mathrm{\ΔT}}[I(x,y)-E_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right){]}^2& (10-1a)\\ {{\mathrm{\μ}}^{*}}_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)=\left[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)\right]/Q^2& (10-1b)\\ S_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)=E_{\mathrm{\ΔT}}\left[\right|I(x,y)-E_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)\left|\right]& (10-2a)\\ {S^{*}}_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)=S_{\mathrm{\ΔT}}\left(I(x,y)\right)/Q& (10-2b)\end{array}\right.$

b)对整个图像空间域中每一局部邻近像素分析区域迭代a)，获得每个局部分析区域数学期望E和像质差G，由此产生全体局部邻近分析区域集合。本发明人特别指出这个过程将产生全体局部邻近分析区域集合的数学期望图像或图表E(x，y)，及相应的像质差图像或图表G(x，y)。

c)累加b)中全体局部邻近分析区域集合产生的像质差图像或图表G(x，y)，并产生焦点评估值Ffocus或规范化焦点评估值F^*focus。

d)将标准图像的焦点评估值Fstandard(即标准最优聚焦图像的焦点评估值)作为标准去评估所获得焦点评估值Ffocus，通过(11a)式获得统一的焦点质量(Focus Quality)。

Focus Quality＝(Ffocus/Fstandard)·100％                   (11a)

或直接采用规范化焦点评估值F^*focus，它已经完成本质上的焦点质量评估值规范化。

Focus Quality＝F^*focus·100％                              (11b)

如上述采用的方法，它本质上反映对成像图像的像质质量评估。采用规范化焦点评估值的方法有本质上的优点是它无依赖于图像内容本身，能产生具备统一规范化焦点质量评估值。同时质量控制标准取决局部分析尺度于ΔT对具有平滑尺度δ的平均(或平滑)化敏感程度。因此这种方法是优选采用方法。

上述方法所有离散计算均为优化整型代码实现，能避免浮点运算，具备实时实现逐帧焦点评估的性能，并能被简单的硬件加速实现。

可以理解该图像焦点质量评估值能被用于一次性焦点预测聚焦。由它产生反馈控制光学成像透镜组的运动向量，即，焦点预测的聚焦调节方向和聚焦调节量。它们为：

焦点预测的聚焦调节方向＝sign(ΔFocus Quality)；

其中sign(ΔFocus Quality)为连续间隔的图像焦点质量评估值差的正负符号，它的意义是当为正时确定聚焦调节方向保持原运动方向，反之则反方向运动。

焦点预测的聚焦调节量＝f(Focus Quality)；

其中Focus Quality为连续间隔的图像焦点质量评估值的比例，f(Focus Quality)的意义是由图像焦点质量评估值的比例确定的相应聚焦调节量。它们间的非线性关系可以被预先函数拟合或预置查表。

可以理解上述焦点预测聚焦方法本质上具有图像内容无依赖性。通过它能实现实时主动式多点或多束测距与被动式图像焦点预测聚焦反馈控制的复合自动聚焦(AF)系统。

G)尽管上述垂面入射冷光镜设计能保证提供有合适的使用位置，即，能观察视觉反馈的虚像和解决使用者能自然快速的定位于成像装置的X-Y轴中心问题。

但使用者自主移动引导的眼睛存在性与其中心位置偏差问题，特别在近距离成像条件下，移动带来的该效应非常明显，如随时可能成像不完整的部分虹膜或虹膜根本就不存在等，当然眼睛闭合问题也存在。

因为无法要求使用者保持相对长时间静止(如1秒以上)，从长时间统计分析观察，使用者定位于成像装置的X-Y轴中心附近，即，图像中有效的虹膜的比例不大(如小于30％)，而且时段有很大随机性。

解决该问题的方法是必须保证，在所有时段内，实时逐帧的分析眼睛存在性与其中心位置偏差问题，因为这样从采样源保证了所有可用的成像图像都被利用，即，有最大利用度。同时能实时反馈提示使用者，使其快速调整。眼睛闭合也可引导类似的成像图像利用度问题。

从评估分析的角度观点说对眼睛存在性与其中心位置评估分析的必备条件是分析瞳孔存在性与其中心位置。故实时眼睛存在性与其中心位置评估分析的方法采用基于瞳孔亮度及其亮度变化率远小于其它图像区域的生物光学特征。本发明人特别指出应理解从上述F)中产生的数学期望图像或图表E(x，y)，及相应的像质差图像或图表G(x，y)，和成像图像I(x，y)它们在像素位置坐标关系上是一一对应的，即，数学上的图像或图表映射(imagemapping)，下同。其步骤如下：

1)通过遍历上述数学期望图像或图表E(x，y)，及相应的像质差图像或图表G(x，y)，统计符合以下条件，即，瞳孔存在性的像素位置坐标集合{(xi，yi)；i＝1，...，N}：

$\left\{\begin{array}{c}E(x,y)<E_{\mathrm{threshold}}\\ G(x,y)<G_{\mathrm{threshold}}\end{array}\right.---\left(12\right)$

其中E_threshold和G_threshold分别为瞳孔亮度数学期望自适应阈值和瞳孔亮度变化率像质差自适应阈值；

2)利用以下面积圆心(重心)坐标方程，确定瞳孔中心位置和半径；

$\left\{\begin{array}{cc}X0=\mathrm{\&Sigma;xi}/N& i=1,...,N\\ Y0=\mathrm{\&Sigma;yi}/N& i=1,...,N\\ R0={(N/\mathrm{\&pi;})}^{1/2}& \end{array}\right.---\left(13\right)$

3)在以(X0，Y0)为中心和R0为半径的局部图像区域中迭代1)，获得像素位置坐标集合{(xj，yj)；j＝1，...，M}。最后利用下式评估分析瞳孔的存在性程度FD：

FD＝M/N                                             (14)

该式的意义是在以(X0，Y0)为中心和R0为半径的图像局部区域中真实满足瞳孔存在性要求的像素数量与假定的局部区域中像素数量的比例关系。几何关系上它可表达为圆(瞳孔)近似性的程度。另一方面，它也反映对圆(瞳孔)存在性假设本身的可靠程度评估。明显的，中心位置评估分析值的有效性取决于瞳孔的存在性程度FD。

当然可以迭代上述过程以获得更精确可靠的分析结果，同时排除半径R0过大或过小的不可靠情形。本发明人已证实该方法的精确和可靠性达100％(从评估分析的角度观点)。当眼睛存在性或其中心位置评估分析值超出正常工作范围时反馈语音提示单元和/或光电提示单元提示使用者调整眼睛闭合程度或X-Y轴位置等。

另外它有更重要的潜在用途，即，为下述的实时虹膜精确定位提供了速度和可靠性的根本保证。

H)归结为极其频繁的睫毛，眼睑，眼睛闭合等因素干扰，它影响了虹膜纹理质量，并最终降低虹膜生物测定的性能如错误拒绝率FRR等。本发明通过在实时精确定位的虹膜区域内采用上述F)中像质质量评估方法确定虹膜纹理质量。

内径(瞳孔)精确定位的感兴趣评估区域ROI(Region Of Interesting)应建立在上述G)中瞳孔评估分析值所确定的中心和半径上，并且应该先于虹膜外径，因近红外波段(NIR)成像条件下巩膜区域与虹膜的对比度很低，在内径(瞳孔)已定位的情况下，可以利用它作为定位虹膜外径感兴趣评估区域，以实现非常可靠和稳定的定位。

虹膜定位方法基于瞳孔和巩膜区域的亮度变化率远小于虹膜区域的亮度变化率的生物光学特征。本发明所描述的迭代方法可以通过解释为模糊到精确搜索(coarse to finesearching)原理而得以实时实现。步骤如下：

(a)定义像质差图像或图表G(x，y)中以评估点(x，y)为中心，[r-Δr，r+Δr]为半径范围的局部评估区域ΔS内的像素的数学期望E：

$\mathrm{\&Delta;S}={\&Integral;}_{\mathrm{\&Phi;}1}^{\mathrm{\&Phi;}2}{\&Integral;}_{r-\mathrm{\&Delta;r}}^{r+\mathrm{\&Delta;r}}\mathrm{rdrd\&theta;}---\left(15\right)$

$E_{\mathrm{\&Delta;S}}\left(G(r,\mathrm{\&theta;})\right)=1/\mathrm{\&Delta;S}{\&Integral;}_{\mathrm{\&Phi;}1}^{\mathrm{\&Phi;}2}{\&Integral;}_{r-\mathrm{\&Delta;r}}^{r+\mathrm{\&Delta;r}}G(r,\mathrm{\&theta;})\mathrm{rdrd\&theta;}---\left(16\right)$

其中：G(r，θ)为像质差图像或图表G(x，y)的极坐标表示，Δr为半径分析尺度；φ1，φ2为有效角度范围(逆时针方向)，参数选择为：

在定位内径(瞳孔)时取φ1＝0度，φ2＝360度，Δr取精确的分析小尺度模式；

在定位虹膜外径分别取两部分区域φ1＝-45度，φ2＝45度和φ1＝135度，φ2＝225度，Δr取模糊的分析大尺度模式。

(b)通过对感兴趣评估区域以间隔采样方式迭代(a)产生所有待评估点和待评估半径集合(r，x，y)的数学期望集合E_ΔS(r，x，y)；

内径(瞳孔)定位的初始化感兴趣评估区域建立在瞳孔评估分析值所确定的中心和半径上，虹膜外径定位的初始化感兴趣评估区域建立在内径(瞳孔)定位的中心和半径上；定义初始化对评估区域和半径采用模糊间隔采样。

(c)对(b)中所产生的待评估数学期望集合E_ΔS(r，x，y)，定义变化率最大值范数：

max(r₀，x₀，y₀)||E_ΔS(r，x，y)||(17)

它的功能是搜索待评估数学期望集合E_ΔS(r，x，y)中以(x0，y0)为中心，r₀为半径的变化率最大值。

(d)重新定义迭代参数：

以(c)中搜索到所对应的位置(x0，y0)为更精细的中心局部区域，成为新ROI感兴趣评估区域。

对待评估点和待评估半径提高间隔采样精度(即减低间隔采样像素数量)。

提高半径分析尺度Δr的分析精度。

(e)迭代(a)到(d)步骤，算法终结于间隔采样精度为单像素时。上述方法能通过离散优化整型代码而被实时快速实现。

本发明人所描述的实时虹膜定位方法因建立在上述G)中瞳孔评估分析结果和F)像质差图像或图表G(x，y)中的基础上，它具有抗高噪声干扰，定位实时，精确度高，可靠和稳定性。虹膜区域定位是虹膜生物测定所必备的步骤，即，它为后续的分析奠定了基础。可以理解其它方法如圆Hough变换虹膜定位方法也可以基于在像质差图像或图表G(x，y)中利用G)中瞳孔评估分析结果实现。

本发明定义虹膜纹理质量评估分析值TQ为：

1)通过遍历像质差图像或图表G(x，y)中在已实时精确定位确定的虹膜区域R内，统计符合以下条件，即，可靠的虹膜纹理像素数量M；

$\left\{\begin{array}{cc}G(x,y)>G_L& \\ G(x,y)<G_H& (x,y)\&Element;\mathrm{\&epsiv;R}\end{array}\right.---\left(18\right)$

其中：G_L和G_H分别为虹膜纹理像质差上限和下限自适应阈值；

2)TQ＝M/N                                                      (19)

其中：N为虹膜区域R内的像素数量；

当虹膜纹理质量评估分析值TQ超出正常工作范围时它可被反馈语音提示单元和/或光电提示单元提示使用者，直至满足正常工作范围时I)获取高品质成像图像。

本发明人采用图像处理控制单元通过对上述成像运动状态和图像品质分析反馈结果综合控制光学成像装置，使它们组成了对光学成像稳定可靠的实时闭环反馈控制系统。结果是被用于反馈控制光学成像装置部件：光学成像透镜组，视频摄像机，可变能量驱动器，位移控制电机或位置选择/切换器，语音提示单元和/或光电提示单元。可以理解它们组合了被动型和主动型检测方法的优点。实践已证明这种方法具有实时性，成本低廉，可靠性高，系统稳定，复杂度最低。

最后如果考虑成像距离限制，运动模糊限制和因眼睛辐射安全需要的光源辐射强度限制等原因，控制视频摄像机具备的自动曝光(exposure)或可控曝光功能(可选的)：

a电子增益(AGC)适当控制CCD输出电信号的增益放大，但过大它将导致引入噪声。

b快门(shutter)时间适当的控制将进一步减少或消除运动模糊。

以上实施例描述了用于虹膜采集的虹膜光学成像装置构成及工作原理。

实施例2、本实施例较实施例1光学成像装置体积更小，功耗更低，成本非常低廉，构成部件更减化，控制过程相对简单，也更可靠的光学成像装置。这样它很适合作为个人专用设备，如设计为具有USB数字接口的便携式虹膜光学成像装置，大大方便使用。结合实施例1描述实施例2的光学成像装置构成及工作原理。

它由密闭壳体，壳体内的光学轴上依次排列有近红外波段光学反射滤光镜、固定焦距光学成像透镜组、CCD视频摄像机，及照明光源系统，所述的照明光源系统由近红外波段照明光源，密闭照明光源的近红外波段漫射/散射滤光镜，调整照明光源位置的控制器，提供光源辐射强度的能量驱动器组成，并设有对该光学成像装置进行稳定可靠的实时闭环反馈控制的图像处理控制单元及语音提示单元和/或光电提示单元。应该指出该图像处理控制单元可能由连接该光学成像装置的主机处理设备所代替。

可以理解本实施例肯定限制适当使用距离范围，关于所需求解决的Z光学轴移动距离问题，是由于它将导致光学散焦问题。并且容易理解该距离范围就是成像系统的景深(depthof fields)。该问题应通过结合以下方法解决：

1)使用能提供大景深特性的固定焦距光学成像透镜组(适当的短焦距和大光圈等特性)。

2)提供第一实施例描述的垂面入射球面冷光镜为优选实施例，并且其被设计为在使用时眼睛移动距离范围被自然的适当限制，即，适当减小该球面冷光镜的焦点。

另外同样因近距离和大放大倍率的成像要求该固定焦距光学成像透镜组，理想的成像透镜组是不仅满足近距离最佳聚焦成像(有最佳像差校正)要求，同时能使焦距减小(如10mm)，正如我们熟知的，相对而言焦距越小，它所提供的景深越大。当然也可以采用一般通用的固定焦距光学成像透镜组，但它的最佳聚焦成像距离一般都在50-100倍焦距以上，如要提供近10倍焦距位置的最佳聚焦成像，需在镜头前段加入具有合适屈光度的凸透镜，即，近摄镜(Close-up lens)，它降低了成像对最近距离的要求。

相应适当受限制的工作距离范围，自然就可以减少对光学变焦聚焦，距离测量传感器等的需求。相应的结果是成像系统得以大大简化。

本实施例采用对光学成像装置实时闭环反馈控制，但控制过程相对简化。如产生以下用于对光学成像装置实时闭环反馈控制：

实时图像亮度评估分析与反馈控制；

实时镜面反射程度评估分析与反馈控制；

实时图像焦点质量评估分析与反馈控制；

实时眼睛存在性及其中心位置评估分析与反馈控制；

实时虹膜纹理质量评估分析与反馈控制；

实时获取高品质成像图像；

上述包括的实时闭环反馈控制详细过程等同于第一实施例的描述。

其它的特征可结合参考第一实施例描述，如当然可以提供限制垂面入射球面冷光镜观察视场的条件；密闭壳体的前表面被设计成具有一定阶梯度或曲率的倾斜面，并且密闭壳体通过可活动的构件与基座固定；近红外波段光学反射滤光镜和近红外波段漫射/散射滤光镜内嵌于壳体的倾斜前表面；位置控制器组成反向对称的照明光源预定位置关系等。

通过阅读以上两个实施例内容，本专业人员理解本发明装置能提供实时性、自动性、无侵害、友好的人机操作界面和高品质成像图像的能力，并能对这些已描述的或相近内容进行具体案例实施。

Claims (9)

1、实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，它包含有密闭壳体(2)，壳体内有照明光源系统，在光学轴上依次排列有光学成像透镜组(4)、视频摄像机(6)，壳体的前表面上有近红外波段光学滤波器(3)，并与光学成像透镜组在同一光轴线上，其特征是：一设有闭环反馈控制的图像处理控制单元(20)组成了对光学成像装置实时闭环反馈过程控制，其步骤如下：

A、实时获取有效的物距及相对运动速度；

B、实时改变光源输出的辐射强度；

C、实时自动光学变焦和聚焦；

D、实时图像亮度评估分析与反馈控制；

E、实时镜面反射程度评估分析与反馈控制；

F、实时焦点质量及焦点预测评估分析与反馈控制；

G、实时眼睛存在性及其中心位置评估分析与反馈控制；

H、实时虹膜纹理质量评估分析与反馈控制；

I、实时获取高品质成像图像。

2、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：图像处理控制单元(20)由图像采集器ADC(21)，数字信号处理单元(23)和存储单元(24)及基本I/O控制单元(22)组成，所述的图像处理控制单元联接光学成像装置以组成实时闭环反馈控制系统。

3、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：照明光源系统由近红外波段照明光源(9)、近红外波段漫射/散射滤光镜(8)、提供光源辐射强度的能量驱动器及调整照明光源位置的控制器(10)组成，近红外波段照明光源发射波长带宽为700-900nm，近红外波段漫射/散射滤光镜密闭近红外波段照明光源，近红外波段照明光源通过提供光源辐射强度的能量驱动器驱动，调整照明光源位置的控制器是预定位置控制器，并且所述的位置控制器组成反向对称的照明光源预定位置关系。

4、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：近红外波段光学滤波器为近红外波段光学反射滤光镜，并且所述的反射滤光镜的观察视场由反射滤光镜中反馈虚像确定。

5、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：密闭壳体的前表面为有阶梯度或曲率的倾斜面，并且所述的密闭壳体通过可活动的构件与基座固定；所述的壳体倾斜前表面内嵌有近红外波段光学反射滤光镜和近红外波段漫射/散射滤光镜。

6、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：光学成像透镜组(4)是校正光学成像像差的可变焦聚焦功能的成像透镜组或是固定焦距成像透镜组。

7、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：壳体的前表面设有语音提示单元(11)和/或光电提示单元(12)及距离测量传感器(7)，所述的距离测量传感器是主动型多点或多束红外线或超声波距离测量器件。

8、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：照明光源位置调整采用根据镜面反射程度，对照明光源预定位置反向对称判定的方法。

9、根据权利要求1所述的实时自动无侵害的虹膜光学成像装置，其特征是：图像处理控制单元的存储单元内存放各种调节值关系属性表，能量驱动器输出调节值控制方法为产生预置物距与相应的能量驱动器输出调节值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实现；光学成像透镜的焦距和聚焦位置控制方法为产生预置物距与相应的变焦和聚焦电机位置调节值关系属性表，然后通过对该属性表的快速查表法实现；图像焦点预测位置反馈控制采用预置查表方法或函数拟合方法。

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