CN101533473B - 单usb接口的双眼虹膜图像获取及处理设备 - Google Patents

Abstract

一种小型化，仅通过一个USB接口即可实现双眼虹膜图像获取及处理的设备，该设备可以实时并行获取双眼的虹膜图像，直接将获取的双眼虹膜图像通过USB接口传送给计算机进行处理识别；也可以在设备内部对获取的双眼虹膜图像进行预处理、特征提取、加密等前期处理，仅将处理后生成的加密双眼虹膜特征模板通过USB输出接口传送给计算机进行比对、识别等操作。本设备大幅度提升了虹膜识别系统的易用性和安全性，可广泛应用于各种安全级别要求较高的计算机身份认证系统，用于加强用户身份认证和管理。

Description

单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备

技术领域

本发明属于虹膜识别身份认证技术领域，尤其是一种小型化，仅通过一个USB接口即可实现双眼虹膜图像获取及处理的设备。

背景技术

虹膜识别是一种高精确度、非侵犯性、简便易用的生物特征识别身份认证技术，被广泛认为是最有前途的生物特征识别身份认证技术之一，有非常广阔的市场应用前景。

虹膜位于眼球的前面，是位于眼球透明角膜后面的盘状薄膜，是眼球黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，包含有许多相互交错的类似于斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等形状的细微特征，虹膜结构非常复杂，每个人的虹膜都不一样，一个人左眼和右眼的虹膜也不相同，甚至双胞胎之间的虹膜也各不相同。

虹膜前面有透明的角膜将其与外界隔离开，被保护的非常好，不容易被损坏，同时也不容易被伪造。

虹膜的面积非常小，颜色较暗，不同人种虹膜颜色差异较大，尤其是东方人的虹膜为深棕黑色，这就使得普通的成像装置根本无法拍摄到清晰的的虹膜图像，要在远距离非接触的状态下拍摄到清晰的虹膜图像更是非常困难。

虹膜图像获取是虹膜识别系统的最前端环节，也是难度较大的一个重要环节。之前计算机虹膜识别系统中的虹膜图像获取均为单眼虹膜图像的获取，且系统设备仅是一种图像获取设备，设备内部没有任何的处理能力。

人的左右眼睛有主眼和副眼之分，人的视觉习惯通常以主眼为主，这就造成单眼虹膜识别在便利性方面大打折扣，使得很多人在使用单眼虹膜识别系统时尤其是使用副眼识别时，需要花费很长的时间才能获取到合格的虹膜图像，严重的甚至根本无法用副眼获取到合格的图像。且用一只眼睛进行识别时，使用者普遍习惯性的倾斜着去看，这就使得实际获取的虹膜图像会发生一定的角度偏转，且偏转角度往往会超出识别系统所能允许的最大偏转角度，造成系统无法识别出用户，对识别系统的性能和易用性产生较大的影响。

双眼同时进行虹膜图像获取及识别可以有效的克服虹膜图像的偏转，同时在双眼同时看物体时，双眼之间的主辅眼差别较小，使用更自然，使得虹膜图像的获取和处理更容易。双眼虹膜采集识别一直是虹膜识别研究开发的难点，双眼虹膜识别相比单眼虹膜识别具有更加便利快捷的用户使用体验，对虹膜识别技术的研究和应用均具有非常重要的意义。双眼虹膜识别是未来虹膜识别技术和应用的发展趋势。

信息安全形势日趋严峻，信息安全技术的发展对虹膜识别系统自身的安全性提出了更高的要求，单纯的虹膜图像获取设备，仅能获取虹膜图像，图像处理和识别都需要在计算机或后台的服务器上执行，在设备和计算机之间进行的图像传输无法确保传输过程的安全，也容易被拦截和攻击，这就造成了非常大的安全隐患，因此虹膜识别前端设备具备一定的内部处理能力，仅输出到计算机加密过的虹膜特征模板，然后在计算机或后台服务器上进行识别，这将大幅度提高虹膜识别系统的抗攻击能力和系统的安全性。虹膜识别系统前端设备具备一定的处理能力也是信息安全领域虹膜识别应用的一个重要发展趋势。

针对上述虹膜识别系统普遍存在图像获取困难、易用性和安全性等方面的问题，本发明实现了双眼虹膜图像的实时并行获取，使得虹膜识别系统前端设备更简便易用，虹膜图像的获取更轻松；同时在设备内部增加了虹膜图像的前期处理和加密传输等环节，从而大幅度提升了虹膜识别系统的易用性和安全性。

发明内容

针对现有计算机虹膜识别系统的易用性和安全性问题，本发明实现了一种设备输出仅有一个USB接口、能够同时进行双眼虹膜图像采集、且具备一定图像处理能力的虹膜识别系统前端设备，该设备可以实时并行获取双眼的虹膜图像，直接将获取的双眼虹膜图像通过USB接口传送给计算机进行处理识别；也可以在设备内部对获取的双眼虹膜图像进行前期处理，仅将处理后生成的加密双眼虹膜特征模板通过USB输出接口传送给计算机进行比对、识别及存储等操作。

本发明实现的设备包括双眼虹膜图像获取及处理电路、光学系统、红外照明LED固定装置、双眼自定位镜片、外壳、和1个USB输出接口。

设备仅有一个USB输出接口，设备通过该USB接口与计算机连接即可实现双眼虹膜图像的实时并行获取及前期处理。

双眼虹膜图像获取及处理电路，实现双眼虹膜图像的实时并行获取及前期处理，包括图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元、USB控制单元。其中，图像传感器单元可以由2个独立的CMOS或CCD图像传感器分别对应左右眼实现，也可以由1个CMOS或CCD图像传感器对应整个双眼区域来实现；图像处理单元可以实现双眼虹膜图像的各种前期处理，包括预处理、特征提取、加密、USB传输等功能；红外LED照明单元由2组红外LED构成，每组红外LED通过红外照明LED固定装置对应左眼和右眼进行照明，为了保证获得均匀的红外照明，每组红外LED由2个或4个红外LED组成，红外LED的主波长为在750～900nm范围；USB控制单元，提供USB输入输出端口，并通过USB输出接口实现计算机与图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元的通信，实现双眼虹膜图像或加密双眼虹膜特征模板的传输，红外LED的控制。USB控制单元外在与计算机通信的接口仅有1个USB输出接口。

双眼自定位镜片，位于光学系统的前面，实现双眼的自定位功能，只要用户在双眼自定位镜片中能够看到自己双眼的图像，即表示双眼在有效范围内，配合计算机软件的前后位置提示，用户即可方便的实现自定位。该镜片可以实现波长750nm～900nm范围的近红外光的高透过率，近红外光的透过率大于95％，同时反射截止420nm～680nm波长范围的可见光，可见光的透过率小于2％，从而在保证用户能清晰的看到双眼图像同时，设备也能够获取到清晰的双眼虹膜图像。双眼自定位镜片可以由2片独立的自定位镜片实现，也可由1片完整的自定位镜片通过外壳结构分隔成2个相对独立的自定位反射影像区域实现。

红外照明LED固定装置，包括LED限高柱和LED限角度装置，LED限高柱可以限定照明所需的每个红外LED在同一个高度上，LED限角度装置可以限定每个红外LED以设定的角度照明，从而实现均匀一致的红外照明，并确保双眼虹膜都能获得均匀的红外照明。

光学系统，包括光学镜头组件、固定装置，用于将双眼的虹膜图像成像到双眼虹膜图像获取及处理电路的图像传感器上。可以通过使用不同的光学系统参数的镜头组件实现在不同物距均能采集到清晰的双眼虹膜图像。光学系统可以由2个独立的光学镜头组件分别对应左右眼实现，也可以由1个光学镜头组件对应左右眼的中心区域实现。

外壳，用于将上述部件整合为一个整体，外壳外在的体现包括一个USB输出接口，和两个分别对应于左眼和右眼的两个自定位影像区域。

附图说明

图1为双眼虹膜图像获取及处理设备的结构图

图2为双眼虹膜图像获取及处理设备的外观视图

图3为双眼虹膜图像获取及处理电路的原理框图

图4为双眼虹膜图像获取及处理设备的工作流程图

图5为实施例1-基于双图像传感器的双眼虹膜图像获取及处理设备的核心部件视图

图6为实施例2-基于双图像传感器的双眼虹膜图像获取设备的核心部件视图

图7为实施例3-基于单图像传感器的双眼虹膜图像获取及处理设备的核心部件视图

图8为实施例4-基于单图像传感器的双眼虹膜图像获取设备的核心部件视图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1为双眼虹膜图像获取及处理设备的结构图，图2为双眼虹膜图像获取及处理设备的外观视图，该设备由双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3、红外照明LED 4、双眼自定位镜片5、及外壳6等部分构成，各部分的位置和布局如图1所示。光学系统2固定在双眼虹膜图像获取及处理电路1上，光学系统2可以由2个独立的光学镜头组件分别对应左右眼实现，也可以由1个光学镜头组件对应左右眼的中心区域实现，光学系统2的前端紧贴双眼自定位镜片5；红外照明LED 4通过红外照明LED固定装置3也固定在双眼虹膜图像获取及处理电路1上，红外照明LED 4的前端紧贴双眼自定位镜片5。双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3和红外照明LED 4固定在一起，形成双眼虹膜图像获取及处理设备的核心部件。双眼自定位镜片5固定在外壳6的前面板上，两个双眼自定位镜片5分别对应人的左眼和右眼，两个双眼自定位镜片5的中心距离为人眼睛瞳孔间距的均值，为65mm。外壳6将所有部件整合为一个整体，外壳6上仅有一个USB接口9，设备通过USB接口9与计算机进行连接。

图3为双眼虹膜图像获取及处理电路的原理框图，该电路由图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元、USB控制单元等组成。其中，图像传感器单元可以由2个独立的CMOS或CCD图像传感器分别对应左右眼实现，也可以由1个CMOS或CCD图像传感器对应整个双眼区域来实现；图像处理单元由处理器、存储器等组成，可以实现双眼虹膜图像的各种前期处理，包括预处理、特征提取、加密、USB传输等功能；红外LED照明单元由2组红外照明LED 4构成，每组红外照明LED 4通过红外照明LED固定装置3对应左眼和右眼进行照明，为了保证获得均匀的红外照明，每组红外照明LED 4由2个或4个红外LED组成，红外LED的主波长为在750～900nm范围；USB控制单元，提供USB输入输出端口，并通过USB输出接口实现计算机与图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元的通信，实现双眼虹膜图像或加密双眼虹膜特征模板的传输，红外LED的控制。

图4为双眼虹膜图像获取及处理设备的工作流程图，使用者将左右眼分别直视双眼自定位镜片5的左右眼的反射镜像，配合计算机软件的前后位置提示，可以方便快捷的找到合适的图像获取位置，在该位置，光学系统将左右眼虹膜的影像投射到图像传感器上，从而获得清晰的左右眼虹膜图像，根据不同的应用安全需求，获得的左右眼虹膜图像可以通过USB控制单元直接传输给计算机进行预处理、特征提取、对比、识别等处理，也可以将获取的左右眼虹膜图像传输给图像处理单元进行预处理、特征提取、加密等前期处理，仅将处理后的加密双眼虹膜特征模板通过USB控制单元传输给计算机再做进一步处理。

实施例1：

本实施例实现了一种基于双图像传感器的单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备，图5为该实施例设备的核心部件视图，核心部件包括双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3、红外照明LED 4、图像处理单元7和USB控制单元8。核心部件经过双眼自定位镜片5和外壳6的固定封装，形成一个完整的双眼虹膜图像获取及处理设备，该设备的双眼虹膜图像获取及处理电路1中的图像传感器单元由2个独立的CMOS或CCD图像传感器分别对应左右眼实现，光学系统2由2个独立的光学镜头组件分别对应左右眼实现。

该设备核心部件中的图像处理单元7可以进行双眼虹膜图像的各种前期处理，包括预处理、特征提取、加密、USB传输等功能；USB控制单元8提供USB输入输出端口，并通过USB输出接口实现计算机与图像传感器单元、图像处理单元7、红外照明LED 4的通信，实现加密双眼虹膜特征模板的传输，红外照明LED 4的控制。

该实施例设备将采集的双眼虹膜图像先在设备内部进行预处理、特征提取、加密等前期处理，然后仅将前期处理后的加密双眼虹膜特征模板通过USB控制单元8传输给计算机做进一步处理。

该实施例设备在实现简便易用的双眼虹膜图像获取同时，将图像前期处理环节放在了设备内部进行处理，有效的降低了数据在传输过程中被拦截、攻击和破解的风险，从而使得系统的安全等级得到大幅度提升，可广泛应用于对安全级别要求较高的计算机身份认证系统。

实施例2：

本实施例实现了一种基于双图像传感器的单USB接口的双眼虹膜图像获取设备，图6为该实施例设备的核心部件视图，核心部件包括双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3、红外照明LED 4和USB控制单元8。核心部件经过双眼自定位镜片5和外壳6的固定封装，形成一个完整的双眼虹膜图像获取设备，该设备的双眼虹膜图像获取及处理电路1中的图像传感器单元由2个独立的CMOS或CCD图像传感器分别对应左右眼实现，光学系统2由2个独立的光学镜头组件分别对应左右眼实现。

该实施例设备将采集的双眼虹膜图像通过USB控制单元8直接传输给计算机进行预处理、特征提取、对比、识别、存储等处理，设备内部对获取的图像不做前期处理。

该实施例设备可实现简便易用的双眼虹膜图像获取，可广泛应用于对安全性要求不是特别苛刻的计算机身份认证系统。

实施例3：

本实施例实现了一种基于单图像传感器的单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备，图7为该实施例设备的核心部件视图，核心部件包括双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3、红外照明LED 4、图像处理单元7和USB控制单元8。核心部件经过双眼自定位镜片5和外壳6的固定封装，形成一个完整的双眼虹膜图像获取及处理设备，该设备的双眼虹膜图像获取及处理电路1中的图像传感器单元由1个CMOS或CCD图像传感器对应整个双眼区域来实现，光学系统2由1个光学镜头组件对应左右眼的中心区域实现。

该设备核心部件中的图像处理单元7可以进行双眼虹膜图像的各种前期处理，包括预处理、特征提取、加密、USB传输等功能；USB控制单元8提供USB输入输出端口，并通过USB输出接口实现计算机与图像传感器单元、图像处理单元7、红外照明LED 4的通信，实现加密双眼虹膜特征模板的传输，红外照明LED 4的控制。

该实施例设备将采集的双眼虹膜图像先在设备内部进行预处理、特征提取、加密等前期处理，然后仅将前期处理后的加密双眼虹膜特征模板通过USB控制单元8传输给计算机做进一步处理。

该实施例设备在实现简便易用的双眼虹膜图像获取同时，将图像前期处理环节放在了设备内部进行处理，有效的降低了数据在传输过程中被拦截、攻击和破解的风险，从而使得系统的安全等级得到大幅度提升，可广泛应用于对安全级别要求较高的计算机身份认证系统。

实施例4：

本实施例实现了一种基于单图像传感器的单USB接口的双眼虹膜图像获取设备，图8为该实施例设备的核心部件视图，核心部件包括双眼虹膜图像获取及处理电路1、光学系统2、红外照明LED固定装置3、红外照明LED 4和USB控制单元8。核心部件经过双眼自定位镜片5和外壳6的固定封装，形成一个完整的双眼虹膜图像获取设备，该设备的双眼虹膜图像获取及处理电路1中的图像传感器单元由1个CMOS或CCD图像传感器对应整个双眼区域来实现，光学系统2由1个光学镜头组件对应左右眼的中心区域实现。

该实施例设备将采集的双眼虹膜图像通过USB控制单元8直接传输给计算机进行预处理、特征提取、对比、识别、存储等处理，设备内部对获取的图像不做前期处理。

该实施例设备可实现简便易用的双眼虹膜图像获取，可广泛应用于对安全性要求不是特别苛刻的计算机身份认证系统。

Claims (5)

1.单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备，是一种设备输出仅有一个USB接口、能够同时进行双眼虹膜图像采集、且具备一定图像处理能力的虹膜识别系统前端设备，该设备可以实时并行获取双眼的虹膜图像，直接将获取的双眼虹膜图像通过USB接口传送给计算机进行处理识别；也可以在设备内部对获取的双眼虹膜图像进行预处理、特征提取、加密，仅将处理后生成的加密双眼虹膜特征模板通过USB输出接口传送给计算机进行比对、识别及存储；设备包括双眼虹膜图像获取及处理电路、光学系统、红外照明LED固定装置、双眼自定位镜片、外壳、和1个USB输出接口，其特征在于：

设备仅有一个USB输出接口，设备通过该USB接口与计算机连接即可实现双眼虹膜图像的实时并行获取及前期处理；

双眼虹膜图像获取及处理电路，实现双眼虹膜图像的实时并行获取及前期处理，包括图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元、USB控制单元；

双眼自定位镜片，位于光学系统的前面，实现双眼的自定位功能，只要用户在双眼自定位镜片中能够看到自己双眼的图像，即表示双眼在有效范围内，配合计算机软件的前后位置提示，用户即可方便的实现自定位；该镜片可以实现近红外光的高透过率同时反射截止可见光，从而在保证用户能清晰的看到双眼图像同时，设备也能够获取到清晰的双眼虹膜图像；双眼自定位镜片可以由2片独立的自定位镜片实现，也可由1片完整的自定位镜片通过外壳结构分隔成2个相对独立的自定位反射影像区域实现；

红外照明LED固定装置，包括LED限高柱和LED限角度装置，LED限高柱可以限定照明所需的每个红外LED在同一个高度上，LED限角度装置可以限定每个红外LED以设定的角度照明，从而实现均匀一致的红外照明，并确保双眼虹膜都能获得均匀的红外照明；

光学系统，包括光学镜头组件、固定装置，用于将双眼的虹膜图像成像到双眼虹膜图像获取及处理电路的图像传感器上；可以通过使用不同的光学系统参数的镜头组件实现在不同物距均能采集到清晰的双眼虹膜图像；

外壳，用于将上述部件整合为一个整体，外壳外在的体现包括一个USB输出接口，和两个分别对于左右眼睛的两个自定位影像区域。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，双眼虹膜图像获取及处理电路中的图像传感器单元可以由2个独立的CMOS或CCD图像传感器分别对应左右眼实现，也可以由1个CMOS或CCD图像传感器对应整个双眼区域来实现。

3.根据权利要求1和2所述的设备，其特征在于，光学系统可以由2个独立的光学镜头组件分别对应左右眼实现，也可以由1个光学镜头组件对应左右眼的中心区域实现。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，双眼虹膜图像获取及处理电路中的图像处理单元可以实现双眼虹膜图像的各种前期处理，包括预处理、特征提取、加密、USB传输。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，双眼虹膜图像获取及处理电路中的USB控制单元，提供USB输入输出端口，并通过USB输出接口实现计算机与图像传感器单元、图像处理单元、红外LED照明单元的通信，实现双眼虹膜图像或加密双眼虹膜特征模板的传输，红外LED的控制。

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