CN100352400C - 便携式虹膜图像采集装置 - Google Patents
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Abstract
一种便携式的虹膜图像采集装置，包括冷镜、红外发光二极管、照明电路、成像镜头、图像传感器、成像处理电路、外壳和USB连接线，冷镜后方顺序有照明电路、成像镜头、图像传感器、成像处理电路，且冷镜、照明电路、成像镜头和图像传感器共一中心轴。该采集装置无需外接电源，通过USB接口同计算机进行连接，实现虹膜图像采集与传输。本发明实现了远距离眼睛自定位和虹膜居中拍摄，当有用户靠近时，能自动触发设备工作并采集图像序列。本装置可用于虹膜身份识别系统及虹膜图像数据库的建立。本发明体积小，便于携带，无需外接其它设备(如图像采集卡)，直接可通过USB接口与计算机相连即能工作，因此可直接在不同的计算机上面进行工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种虹膜图像采集装置，尤其是能远距离非接触并可方便携带的虹膜图像采集装置。
背景技术
虹膜作为重要的身份鉴别特征，具有非接触性、唯一性、稳定性(特征固定不变)、非侵犯性等优点，同时，据统计，虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的。基于虹膜的身份鉴别系统主要由四部分组成：虹膜图像获取、图像预处理、虹膜特征提取、匹配与识别。
虹膜图像的获取是虹膜识别中的第一步，同时也是比较困难的步骤。虹膜是一个很小的器官，直径约十几毫米，而且不同人种的虹膜颜色有着很大的差别，白种人的虹膜颜色丰富，黄种人的虹膜则多为深褐色。虹膜的这些特征使得普通的摄像头无法拍摄出可以用于识别的清晰虹膜图像。现有的虹膜采集设备由于采用变焦系统，多为体积较大、结构复杂且价格昂贵；也出现了一些采用定焦镜头的小型设备，但这些设备或为接触式，采集距离较近，应用不方便，或为非接触远距离设备，用户很难找到合适的定位点使用户准确位于合适成像处，以采集清晰有效的虹膜图像。所以在应用上受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于实现一种体积小巧、便于携带、使用方便、成本低廉的远距离虹膜图像采集装置。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种便携式虹膜图像采集装置，包括冷镜、红外发光二极管、照明电路、成像镜头、图像传感器、成像处理电路、外壳和USB连接线，其外壳为封闭的容体；
在外壳的正面上镶嵌有冷镜，至少一个红外发光二极管均匀分布在冷镜周围；
外壳的正面内侧有一块照明电路，与至少一个红外发光二极管电连接，以保证红外发光二极管的工作；照明电路的中心部分有一孔，该孔位于冷镜后方；外壳内腔设有光学镜头，光学镜头的后部与图像传感器固连，图像传感器设于成像处理电路上，成像处理电路与外壳后侧内壁固连；成像处理电路与图像传感器电连接；照明电路分别与成像处理电路、红外发光二极管和距离感应模块电连接；成像处理电路设有一USB连接线，连接线可与计算机相连；
冷镜、照明电路的中心孔、图像传感器和光学镜头共一中心轴。
所述的装置，其还包括距离感应模块，设于外壳的正面，位于冷镜一侧，与照明电路电连接。
所述的装置，其所述冷镜，透过虹膜在冷镜上所成镜像，直观反映用户的虹膜位置，提示用户虹膜居中，并可远距离拍摄虹膜图像。
所述的装置，其所述图像传感器，配合光学镜头和成像处理电路可直接实现数字图像的采集。
所述的装置，其所述成像处理电路，包括处理器、控制接口、存储器、USB设备控制器和时钟，以上各部件与图像传感器同位于一块电路板上，该电路板与外壳后侧内壁固连，其中，处理器分别与控制接口、存储器、USB设备控制器和时钟电连接，控制接口还分别与图像传感器、时钟电连接，USB设备控制器通过USB连接线与计算机电连接。
所述的装置，其所述照明电路，包括电源升压模块和选择控制开关，二者电连接，其中，电源升压模块与成像处理电路电连接，选择控制开关分别与红外发光二级管、距离感应模块电连接。
所述的装置，其所述USB连接线，与计算机相连后，可同计算机通讯并获得电源。
所述的装置，其所述红外发光二极管，为700-900nm红外波段的发光二极管。
所述的装置，其所述距离感应模块，当用户靠近时，可触发照明电路开始工作，照明电路的红外发光二极管能够远距离对虹膜进行均匀照明，使图像传感器直接从光学镜头摄取数字图像；
当用户离去时，可关闭照明电路，使装置暂时休眠，减小能源消耗。
所述的装置，其所述当用户靠近时，是指用户位于有效成像范围内，虹膜位置居中时，距离感应模块可触发照明电路开始工作。
便携式虹膜图像采集装置主要由成像装置配合相应照明光源组成。所述的成像装置包括光学镜头组、可用于用户自定位的及提高成像质量的冷镜、CMOS图像传感器及其相应图像处理传输电路。所述的照明部分主要通过使用近红外波段(700-900nm)的发光二极管(LED)配合相应电路组成，同时有一个距离感应模块在有用户靠近时触发照明光源。距离感应模块可以使设备在无用户的状态下关闭照明，使设备暂时休眠，减小能源消耗，当有用户靠近时，唤醒照明及设备，开始工作。由于采用了数字成像传感器，该方法省却了图像采集卡，并通过USB接口同电脑连接。该设备体积小，包含外壳，长不超过12cm，宽和高均不超过7cm，便于携带，而且无需其它外接设备(如图像采集卡)，通过USB接口，可直接在不同的计算机上面进行工作。
本发明的优点在于：
1、结构简单、轻便易携；
2、可实现远距离无接触虹膜图像采集；
3、可以全自动拍摄虹膜图像序列；
4、配合后端算法，可实现用户眼镜的自定位和虹膜的居中拍摄；
5、自动感应用户，触发照明模块，虹膜照明均匀，图像四周与中心同样清晰；
6、无需配置图像采集卡及外界电源，直接通过USB接口即可实现整个装置的供电及图像的采集传输。
附图说明
图1为虹膜图像采集装置的结构图；
图2为虹膜图像采集装置正面显示图；
图3为成像处理电路原理框图；
图4为照明电路原理框图；
图5为基于虹膜的身份鉴别的工作流程示意图；
图6为使用本发明所采集的部分虹膜图像样本。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
便携式虹膜图像采集装置包括成像装置及相应照明模块。整个采集装置由冷镜1、红外发光二极管(LED)2、照明电路3、成像镜头4、图像传感器5、成像处理电路9、外壳6、距离感应模块8和USB连接线7等构成。各部件的组合如图1、图2所示，外壳6为封闭的容体，在外壳6的正面上镶嵌有冷镜1，6个红外发光二极管(LED)2均匀分布在冷镜1周围的圆圈上，距离感应模块8位于冷镜1一侧。外壳6的正面内侧有一块照明电路3，与6个红外发光二极管(LED)2电连接，以保证每个红外发光二极管(LED)2的工作。照明电路3的中心部分有一孔，该孔位于冷镜1后方。外壳6内腔设有光学镜头4，光学镜头4的后部与图像传感器5固连，图像传感器5设于成像处理电路9上，成像处理电路9与外壳6后侧内壁固连。成像处理电路9与图像传感器5电连接。照明电路3分别与成像处理电路9、红外发光二极管(LED)2和距离感应模块8电连接。成像处理电路9设有一USB连接线7，连接线7可与计算机相连。
冷镜1、照明电路3的中心孔、图像传感器5和光学镜头4共一中心轴。
图3为本发明的成像处理电路9的原理框图，成像处理电路9包括处理器91、控制接口92、存储器93、USB设备控制器94和时钟95，以上各部件与图像传感器5同位于一块电路板上，该电路板与外壳6后侧内壁固连，其中，处理器91分别与控制接口92、存储器93、USB设备控制器94和时钟95电连接，控制接口92还分别与图像传感器5、时钟95电连接，USB设备控制器94通过USB连结线7与计算机电连接。
成像处理电路9工作流程如下：图像传感器5输出的图像信号首先经过控制接口92进入到主处理器91中，并与存储器93之间通讯存储图像信号，处理好的图像信号通过USB设备控制器94后，可与计算机通过USB连结线7通讯，整个电路需要一个时钟95产生信号控制图像采集、处理与传输的同步。
图4为本发明的照明电路3的原理框图，照明电路3包括电源升压模块31和选择控制开关32，二者电连接，其中，电源升压模块31与成像处理电路9电连接，选择控制开关32分别与红外发光二级管2、距离感应模块8电连接。电路电源是从成像处理电路9接入，通过一个电源升压模块31和一个选择控制开关32提供所有红外发光二级管(LED)2工作所需的电源，选择控制开关32根据距离感应模块8输出的信号控制红外发光二级管2的工作状态：开或关。
便携式虹膜图像采集装置的工作方式为：该冷镜1可用于用户自定位及提高成像质量，能反射人眼图像并让用户直观地知道自己的位置，并调整使虹膜成像居中；同时透过人眼虹膜反射的红外线，使得CMOS图像传感器5只接受红外波段的光并进行成像，以免受外界杂光干扰。进入外壳6的红外光首先经过特殊设计制作的光学镜头4，然后成像在CMOS图像传感器5上，并经过与后端成像处理电路9配合实现有效的成像。整个装置通过USB连接线7同计算机相连，该连接线7可传输数字图像、提供成像及照明所需电源。
本发明的便携式虹膜图像采集装置，其照明部分主要通过使用近红外波段(700-900nm)的发光二极管(LED)2配合相应照明电路3组成，同时有一个距离感应模块8在有用户靠近时触发照明光源。距离感应模块8可以使设备在无用户的状态下关闭照明电源，使设备暂时休眠，减小能源消耗，当有用户靠近时，唤醒照明及设备，开始工作。
由于采用了数字成像传感器，该方法省却了图像采集卡，并通过USB接口同电脑连接。
实施例：
本发明可用于基于虹膜的身份识别系统中。结合图5描述使用过程如下：用户位于距采集装置一定距离处，并通过采集装置的冷镜1中的像知道自己的位置是否居中，此时，距离感应模块8判断用户是否位于有效成像范围内，如合适，距离感应模块8通过照明电路3的选择控制开关32启动照明：红外发光二极管(LED)2发光，经虹膜反光至光学镜头4和图像传感器5，此时采集装置的成像处理电路9已经从图像传感器5采集图像并由USB连接线7送至计算机分析，计算机会根据分析结果提示用户向特定方向移动，以便使用户虹膜位于清晰成像范围。当采集的图像清晰可用时，会将图像送至相应算法进行特征提取，随后完成匹配与识别。该过程并不需要人工干预，完全是设备及计算机自动完成的。用本发明装置获取的虹膜图像序列如图6所示。
Claims (10)
1.一种便携式虹膜图像采集装置，包括冷镜、红外发光二极管、照明电路、成像镜头、图像传感器、成像处理电路、外壳和USB连接线，其特征在于：
外壳为封闭的容体；
在外壳的正面上镶嵌有冷镜，至少一个红外发光二极管均匀分布在冷镜周围；
外壳的正面内侧有一块照明电路，与至少一个红外发光二极管电连接，以保证红外发光二极管的工作；照明电路的中心部分有一孔，该孔位于冷镜后方；外壳内腔设有光学镜头，光学镜头的后部与图像传感器固连，图像传感器设于成像处理电路上，成像处理电路与外壳后侧内壁固连；成像处理电路与图像传感器电连接；照明电路分别与成像处理电路、红外发光二极管和距离感应模块电连接；成像处理电路设有一USB连接线，连接线可与计算机相连；
冷镜、照明电路的中心孔、图像传感器和光学镜头共一中心轴。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括距离感应模块，设于外壳的正面，位于冷镜一侧，与成像处理电路电连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述冷镜，透过虹膜在冷镜上所成镜像，直观反映用户的虹膜位置，提示用户虹膜居中，并可远距离拍摄虹膜图像。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述图像传感器，配合光学镜头和成像处理电路可直接实现数字图像的采集。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述成像处理电路，包括处理器、控制接口、存储器、USB设备控制器和时钟，以上各部件与图像传感器同位于一块电路板上，该电路板与外壳后侧内壁固连，其中，处理器分别与控制接口、存储器、USB设备控制器和时钟电连接，控制接口还分别与图像传感器、时钟电连接，USB设备控制器通过USB连结线与计算机电连接。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述照明电路，包括电源升压模块和选择控制开关，二者电连接，其中，电源升压模块与成像处理电路电连接，选择控制开关分别与红外发光二级管、距离感应模块电连接。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述USB连接线，与计算机相连后，可同计算机通讯并获得电源。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述红外发光二极管，为700-900nm红外波段的发光二极管。
9.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述距离感应模块，当用户靠近时，可触发照明电路开始工作，照明电路的红外发光二极管能够远距离对虹膜进行均匀照明，使图像传感器直接从光学镜头摄取数字图像；
当用户离去时，可关闭照明电路，使装置暂时休眠，减小能源消耗。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述当用户靠近时，是指用户位于有效成像范围内，虹膜位置居中时，距离感应模块可触发照明电路开始工作。
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