CN103632135A - 一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，包括外壳,物镜，准直镜，分束器，低通滤波器，第一聚焦透镜，第二聚焦透镜，照明器，第一图像传感器，第二图像传感器，反射镜，高通滤波器，连接器和图像处理器；外壳中第一内腔中的上部设置有照明器，下部设置有物镜和准直镜，第二内腔中设置有反射镜和分束器，第三内腔中上部和下部中分别设置有高通滤波器和第二聚焦透镜、低通滤波器和第一聚焦透镜，第四内腔中设置有第二图像传感器和第一图像传感器，第一图像传感器及第二图像传感器的输出端穿过连接器进入图像处理器。本发明利用两个图像传感器采集两个光谱中同一人眼的虹膜图像，使用普通的图像传感器即可获取高质量的虹膜图像。

Description

一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置

技术领域

本发明涉及一种虹膜图像提取装置，特别涉及一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置。

背景技术

生物识别是用生物特征识别个人身份的一种技术。虹膜因其唯一性、稳定性和安全性，逐渐成为一个最有效的生物识别特征。由于高效可用和准确的虹膜识别算法的出现，基于虹膜的自动身份识别和验证系统在过去几年越来越受欢迎。虹膜识别过程大体上分为6步：采集虹膜图片；图片模式转换；虹膜内外边界的定位与分割；虹膜规范化；虹膜编码的特征提取；特征匹配。其中，第三步虹膜内外边界的定位与分割是最重要的一步，因为这一步的好坏将直接影响虹膜识别系统的噪声容量，并最终导致对虹膜识别系统应用领域的限制。

多数虹膜识别方法依靠理想虹膜图像来实现准确的识别，比如，人须直视镜头以得到低噪声的虹膜图像；再或者，采用大型复杂而昂贵的精密装置获取高质量的虹膜图像。但是，第一种虹膜识别系统的性能受到眼睑，睫毛，光照的变化,或平面外旋转等干扰的严重影响；第二种虹膜识别系统的价格太高，不利于系统的推广应用。对输入图像的约束必然导致在图像采集期间过程中对用户的约束,从而限制了该项技术的普及性和应用领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用两个图像传感器采集两个光谱中同一人眼的虹膜图像的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，包括外壳,物镜，准直镜，分束器，低通滤波器，第一聚焦透镜，第二聚焦透镜，照明器第一图像传感器，第二图像传感器，反射镜，高通滤波器，连接器和图像处理器；

所述外壳为密闭腔体，其被隔板从左至右分隔成第一内腔、第二内腔、第三内腔和第四内腔，其中第一内腔、第三内腔和第四内腔分别被隔板分隔成上下两个内腔，第一内腔的位于上部的内腔的左侧侧壁上设置有出光孔，位于下部的内腔的左侧侧壁上设置有进光孔，右侧隔板上设置有通光孔，第二内腔与第三内腔、第三内腔和第四内腔的隔板上分别设置有上下两个通光孔；

所述第一内腔中位于上部的内腔中设置有照明器，位于下部的内腔中设置有平行设置的物镜和准直镜，所述第二内腔中由上至下设置有相互平行、并与物镜和准直镜呈45度角的反射镜和分束器，所述第三内腔中位于上部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜和准直镜平行的高通滤波器和第二聚焦透镜，第三内腔中位于下部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜和准直镜平行的低通滤波器和第一聚焦透镜，所述第四内腔中位于上部的内腔和位于下部的内腔中分别设置有第二图像传感器和第一图像传感器，所述照明器发出的光线经过出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光线经过入光孔、被物镜捕捉、进入准直镜变成平行光束、经过通光孔进入分束器分成透射光束和反射光束，透射光束穿过通光孔进入低通滤波器滤波、被第一聚焦透镜聚焦后进入第一图像传感器，反射光束穿过通光孔进入高通滤波器滤波、被第二聚焦透镜聚焦后进入第二图像传感器，第一图像传感器及第二图像传感器的输出端穿过连接器进入图像处理器，第一图像传感器及第二图像传感器将光信号转化为电信号后分别将对应的电信号经过连接器发送给图像处理器处理。

本发明的有益效果是：本发明结构简单、轻便，使用时不需要对用户进行培训；应用范围广泛：可以使用多种光源，改变选用的光源组合，可以扩展应用到不同的场合；使用可见光谱和近红外光谱，使用者不会有任何不适感；算法计算量小，精确度高，能够快速精确的分割出虹膜，满足自动虹膜识别系统的要求；使用普通的图像传感器获取高质量的虹膜图像；装置成本低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述照明器发出的波长范围为400nm～900nm。

进一步，所述照明器包括可见光源和近红外光源。

进一步，所述近红外光源或者为中等红外线光源,远红外线光源、紫外线光源、x射线光源和伽马射线光源。

进一步，所述低通滤波器用于过滤波长小于700nm的光。

进一步，所述高通滤波器用于过滤波长大于700nm的光。

进一步，所述第一图像传感器为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

进一步，所述第二图像传感器为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

附图说明

图1为本发明装置结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、外壳，1-1、第一内腔，1-2、第二内腔，1-3、第三内腔，1-4、第四内腔，2、物镜，3、准直镜，4、分束器，5、低通滤波器，6、第一聚焦透镜，6-1、第二聚焦透镜，7、照明器，8、第一图像传感器，8-1、第二图像传感器，9、反射镜，10、高通滤波器，11、连接器，12、图像处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明装置结构图。

实施例1

一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，包括外壳1,物镜2，准直镜3，分束器4，低通滤波器5，第一聚焦透镜6，第二聚焦透镜6-1，照明器7第一图像传感器8，第二图像传感器8-1，反射镜9，高通滤波器10，连接器11和图像处理器12；

所述外壳1为密闭腔体，其被隔板从左至右分隔成第一内腔1-1、第二内腔1-2、第三内腔1-3和第四内腔1-4，其中第一内腔1-1、第三内腔1-3和第四内腔1-4分别被隔板分隔成上下两个内腔，第一内腔1-1的位于上部的内腔的左侧侧壁上设置有出光孔，位于下部的内腔的左侧侧壁上设置有进光孔，右侧隔板上设置有通光孔，第二内腔1-2与第三内腔1-3、第三内腔1-3和第四内腔1-4的隔板上分别设置有上下两个通光孔；

所述第一内腔1-1中位于上部的内腔中设置有照明器7，位于下部的内腔中设置有平行设置的物镜2和准直镜3，所述第二内腔1-2中由上至下设置有相互平行、并与物镜2和准直镜3呈45度角的反射镜9和分束器4，所述第三内腔1-3中位于上部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜2和准直镜3平行的高通滤波器10和第二聚焦透镜6-1，第三内腔1-3中位于下部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜2和准直镜3平行的低通滤波器5和第一聚焦透镜6，所述第四内腔1-3中位于上部的内腔和位于下部的内腔中分别设置有第二图像传感器8-1和第一图像传感器8，所述照明器7发出的光线经过出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光线经过入光孔、被物镜2捕捉、进入准直镜3变成平行光束、经过通光孔进入分束器4分成透射光束和反射光束，透射光束穿过通光孔进入低通滤波器5滤波、被第一聚焦透镜6聚焦后进入第一图像传感器8，反射光束穿过通光孔进入高通滤波器10滤波、被第二聚焦透镜6聚焦后进入第二图像传感器6-1，第一图像传感器8及第二图像传感器8-1的输出端穿过连接器11进入图像处理器12，第一图像传感器8及第二图像传感器8-1将光信号转化为电信号后分别将对应的电信号经过连接器1发送给图像处理器12处理。

所述照明器7发出的波长范围为400nm～900nm。

所述照明器7包括可见光源和近红外光源。

所述近红外光源或者为中等红外线光源,远红外线光源、紫外线光源、x射线光源和伽马射线光源。

所述低通滤波器5用于过滤波长小于700nm的光。

所述高通滤波器10用于过滤波长大于700nm的光。

所述第一图像传感器8为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

所述第二图像传感器8-1为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

照明器7用于照亮虹膜，它发出的光的波长为400～900nm，能分成可见光（波长为400～700nm）和近红外（波长为700～900nm）两种光谱；物镜2捕捉图像；准直镜3对准物镜传播过来的光束，使其变平行；分束器3将平行光线分成光密度相同的两束：透射光束和反射光束。透射光通过低通滤光片5（只能允许波长小于700nm的光通过而将其它光反射）过滤后被第一聚焦透镜6聚焦到第一图像传感器8的表面。通过该传感器，就得到了在可见光中的图像。反射光被反射镜9反射，然后通过高通滤波片10（只允许波长大于700nm的光通过而将其他光反射）被第二聚焦透镜6-1聚焦到第二图像传感器8-1的表面。通过该传感器，就得到了近红外光中的图像。这两幅图像同时穿过连接器11送到图像处理器12中；图像处理器对两幅图像作对比度、亮度调整，图像做差，差值图像二值化，区域分割这些处理，最终获取虹膜边界、睫毛和斑点。

所述连接器11为中空的管状结构，从第一图像传感器8和第二图像传感器8-1的输出端伸出的导线穿过连接器11后进入所述图像处理器12。

第一图像传感器8和第二图像传感器8-1需要对可见光谱和近红外光谱都有足够的光谱响应，来保证捕捉到的两幅图像的背景区域如巩膜的灰度等级大致相等。但实际上，很难保证它们是完全相同的。然而大多数图像传感器通过自动增益控制（AGC），都基本能达到这个要求，它们的灵敏度微细调节后能满足条件。

该装置对移动状态下的虹膜（IOM）以及远距离虹膜（IID）系统（这两种系统得到的图像噪声多，变形严重）是非常适用的。在条件极端状况紧急的战场中使用的手持虹膜识别设备，快速准确得到虹膜信息是非常重要的。该装置对这样的设备同样有很大的优势。

一种利用如权利要求1所述的图像捕捉装置提取虹膜边界、睫毛及光斑的方法，包括以下步骤：

步骤1：将图像捕捉装置中的照明器2设置为近红外光源和可见光源时，利用图像捕捉装置中的图像传感器7采集人眼图像，得到可见光人眼图像和近红外人眼图像；

步骤2:分别对可见光人眼图像和近红外人眼图像做直方图匹配处理，得到可见光匹配图像和近红外光匹配图像；

步骤3：计算可见光匹配图像和近红外光匹配图像中相同位置的像素点的像素差值，得到差值图像；

步骤4：将差值图像进行二值化处理，得到二值图像；

步骤5：按照像素值的不同分割二值图像，得到虹膜区域图像、睫毛图像及光斑图像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：包括外壳（1）,物镜（2），准直镜（3），分束器（4），低通滤波器（5），第一聚焦透镜（6），第二聚焦透镜（6-1），照明器（7），第一图像传感器（8），第二图像传感器（8-1），反射镜（9），高通滤波器（10），连接器（11）和图像处理器（12）；

所述外壳（1）为密闭腔体，其被隔板从左至右分隔成第一内腔（1-1）、第二内腔（1-2）、第三内腔（1-3）和第四内腔（1-4），其中第一内腔（1-1）、第三内腔（1-3）和第四内腔（1-4）分别被隔板分隔成上下两个内腔，第一内腔（1-1）的位于上部的内腔的左侧侧壁上设置有出光孔，位于下部的内腔的左侧侧壁上设置有进光孔，右侧隔板上设置有通光孔，第二内腔（1-2）与第三内腔（1-3）、第三内腔（1-3）和第四内腔（1-4）的隔板上分别设置有上下两个通光孔；

所述第一内腔（1-1）中位于上部的内腔中设置有照明器（7），位于下部的内腔中设置有平行设置的物镜（2）和准直镜（3），所述第二内腔（1-2）中由上至下设置有相互平行、并与物镜（2）和准直镜（3）呈45度角的反射镜（9）和分束器（4），所述第三内腔（1-3）中位于上部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜（2）和准直镜（3）平行的高通滤波器（10）和第二聚焦透镜（6-1），第三内腔（1-3）中位于下部的内腔中自左至右设置有相互平行、并与物镜（2）和准直镜（3）平行的低通滤波器（5）和第一聚焦透镜（6），所述第四内腔（1-4）中位于上部的内腔和位于下部的内腔中分别设置有第二图像传感器（8-1）和第一图像传感器（8），所述照明器（7）发出的光线经过出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光线经过入光孔、被物镜（2）捕捉、进入准直镜（3）变成平行光束、经过通光孔进入分束器（4）分成透射光束和反射光束，透射光束穿过通光孔进入低通滤波器（5）滤波、被第一聚焦透镜（6）聚焦后进入第一图像传感器（8），反射光束穿过通光孔进入高通滤波器（10）滤波、被第二聚焦透镜（6）聚焦后进入第二图像传感器（6-1），第一图像传感器（8）及第二图像传感器（8-1）的输出端穿过连接器（11）进入图像处理器（12），第一图像传感器（8）及第二图像传感器（8-1）将光信号转化为电信号后分别将对应的电信号经过连接器（1）发送给图像处理器（12）处理。

2.根据权利要求1所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述照明器（7）发出的波长范围为400nm～900nm。

3.根据权利要求2所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述照明器（7）包括可见光源和近红外光源。

4.根据权利要求3所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述近红外光源或者为中等红外线光源,远红外线光源、紫外线光源、x射线光源和伽马射线光源。

5.根据权利要求1至4任一所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述低通滤波器（5）用于过滤波长小于700nm的光。

6.根据权利要求1至4任一所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述高通滤波器（10）用于过滤波长大于700nm的光。

7.根据权利要求1至4任一所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述第一图像传感器（8）为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

8.根据权利要求1所述的基于双图像传感器的虹膜图像捕捉装置，其特征在于：所述第二图像传感器（8-1）为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。

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