CN104199553B - 用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置及方法 - Google Patents

用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置：包括移动终端和虹膜识别成像模组；所述移动终端包括分别与处理器芯片信号连接的可见光LED以及显示屏；所述虹膜识别成像模组包括图像成像传感器和近红外LED照明光源，所述图像成像传感器上依次设置有近红外光学滤光器和光学成像透镜；所述处理器芯片分别和图像成像传感器以及近红外LED照明光源信号连接。

Description

用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置及方法
技术领域
本发明涉及生物识别光机电领域，尤其是一种用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置及方法。
背景技术
移动终端包括智能手机、平板、可穿戴设备等，现在的信息技术移动化发展趋势来看，移动终端设备必然是未来适用最广泛的设备。
目前，现实应用中的移动终端在移动安全支付、账户安全登陆、网上银行方面运用已经极其的广泛了，如余额宝(APP)、微信(APP)、信用卡管理(APP)等方面的运用，虽然在其使用过程中，为生活带来了极大的便利，但是一种新型的通过移动终端安全性能薄弱等特点进行的经济犯罪逐渐的兴起。
而移动终端中，现有技术进行身份确认的惯用手段就是密码输入，但是这种身份确认的手段安全性能十分的低，只需要在移动终端上植入简单的病毒程序，就能将该密码泄露，造成相应的损失。为了解决这个问题，国际上还是用生物识别的方式进行移动终端安全身份认证；如苹果公司提出的基于AuthenTec公司开发的指纹识别技术，该技术运用在手机终端上，极大的提高了移动终端的身份确认安全性；但是，指纹技术识别的过程中，由于指纹是静态的，虽然具有唯一性，但是也极其容易被获取指纹信息，甚至被仿制等，所以，随着指纹技术在移动终端上的运用越来越广泛，其安全性也会相应的呈下降趋势，所以，在安全性方面更加具有优势的虹膜识别是解决移动终端安全身份认证过程中非常有效的方法，而虹膜识别系统是现有的生物识别中安全活体防伪特征最为安全的。
移动终端虹膜识别在用户使用时如何提供有效人机接口引导指示直接影响识别速度和识别率，更进一步影响用户使用体验和使用方便性，目前缺乏具有使用体验和使用方便性高的引导指示的人机接口，并具体实现其设计。
本发明需要解决问题：
具体实现一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的方法，其具有高用户使用体验和使用方便性的引导指示的人机接口。
发明内容
本发明具体实现一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的方法，其具有高用户使用体验和使用方便性的引导指示的人机接口。
本发明提供一种用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，包括移动终端和虹膜识别成像模组；所述移动终端包括分别与处理器芯片信号连接的可见光LED以及显示屏；所述虹膜识别成像模组包括图像成像传感器和近红外LED照明光源，所述图像成像传感器上依次设置有近红外光学滤光器和光学成像透镜；所述处理器芯片分别和图像成像传感器以及近红外LED照明光源信号连接。
用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法：通过镜面视觉反馈形成引导指示和/或显示屏显示成像图像反馈形成引导指示。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的改进：所述镜面视觉反馈形成引导指示步骤如下：近红外光学滤光器反射可见光LED和/或显示屏的可见光，用户眼睛的光轴和虹膜识别成像模组的光轴相同处于在同一光轴，形成理想的同光轴直视；
所述显示屏的显示成像图像中心和虹膜识别成像模组光学中心之间像素偏
移量：X_PIXEL_OFFSET＝Y_PIXEL_OFFSET＝0；
所述虹膜识别成像模组的旋转角度θPAN＝θTILT＝0。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：所述显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示如下：处理器芯片控制开启近红外LED照明光源，近红外LED照明光源辐射的近红外光在物方虹膜进行吸收、散射、反射的光学生物效应后，进入近红外光学滤光器进行非成像干扰光过滤，过滤后的成像波长光线进入光学成像透镜；通过光学成像透镜实现非接触式的光学物理聚焦到图像成像传感器，图像成像传感器使图像光信号转换图像电信号输出到处理器芯片，由处理器芯片经过中心像素偏移或虹膜识别成像模组PAN/TILT角度旋转处理后显示在显示屏上。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：所述中心像素偏移处理的过程如下：首先、设置显示屏显示的成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)；所述成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)的计算步骤如下：
X_PIXEL_OFFSET＝X_OFFSET*PIXEL_RESOULATION；
Y_PIXEL_OFFSET＝Y_OFFSET*PIXEL_RESOULATION；
X_OFFSET＝Xd–Xm；
Y_OFFSET＝Yd–Ym；
PIXEL_RESOULATION＝POI/SOI；
X_OFFSET，Y_OFFSET为显示屏显示成像图像中心和虹膜识别成像模组光学中心之间物理位置的XY轴坐标偏移量；PIXEL_RESOULATION为虹膜识别成像模组光学像素分辨率；POI为预设的虹膜直径的像素尺度；150pixel≤POI≤300pixel；SOI为预设的虹膜直径的物理尺度；10mm≤SOI≤12mm；所述成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)满足：X_PIXEL_OFFSET≤20％*X_ROI；Y_PIXEL_OFFSET≤20％*Y_ROI；X_ROI为图像成像传感器的X轴全分辨率像素数量；Y_ROI为图像成像传感器的Y轴全分辨率像素数量。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：所述中心像素偏移处理或虹膜识别成像模组PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的过程如下：处理器芯片对该图像进行如下的PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转处理：PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转为：θPAN＝arctan((Xd-Xm)/Ze)；θTILT＝arctan((Yd-Ym)/Ze)虹膜识别成像模组的θPAN和θTILT角度旋转满足：θPAN≤15度；θTILT≤15度。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：所述的可见光LED用于指示用户使用合适范围、指示识别失败以及指示识别成功等信息。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：所述显示屏用于显示指示用户使用合适范围、指示识别失败以及指示识别成功等信息。
作为对本发明所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口方法的进一步改进：显示屏为LCD或OLED。
总结上述描述，本发明的实现了用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的效果：移动终端虹膜识别在用户使用时提供有效人机接口引导指示提高识别速度和识别率，更进一步提高用户使用体验和使用方便性。如，本发明的移动终端虹膜识别在用户使用时提供有效人机接口引导指示，具有镜面视觉反馈形成理想的同光轴直视而非斜视，和/或显示屏显示成像图像反馈形成的直视而非斜视。镜面视觉反馈形成的引导指示具有用户使用的自然行和方便性。显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示具有直接查看实时显示图像和信息的更直观效果。因此采用本发明描述的具体实施例人机接口引导指示方法能有效提高识别速度和识别率，更进一步提高用户使用体验和使用方便性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明具体实施例1引导指示的人机接口的方法原理示意图(中心像素偏移处理或虹膜识别成像模组1PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的方法示意图)；
图2是本发明用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置的主要结构示意图。
具体实施方式
实施例1、图2给出用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置及方法；本发明的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置包括移动终端和虹膜识别成像模组1；移动终端包括可见光LED、显示屏100和处理器芯片2，可见光LED和显示屏100分别与处理器芯片2之间相互信号连接；虹膜识别成像模组1(用于物理成像并输出虹膜图像)包括近红外光学滤光器11、近红外LED照明光源12、光学成像透镜13以及图像成像传感器14；图像成像传感器14上依次设置光学成像透镜13和近红外光学滤光器11；图像成像传感器14、近红外LED照明光源12分别与处理器芯片2信号连接。处理器芯片2用于接收虹膜识别成像模组1输出的虹膜图像，并根据虹膜识别成像模组1输出的虹膜图像反馈控制引导指示人机接口。
处理器芯片2控制开启近红外LED照明光源12，近红外LED照明光源12辐射的近红外光在物方虹膜进行吸收、散射、反射的光学生物效应后，进入近红外光学滤光器11进行非成像干扰光过滤，过滤后的成像波长光线进入光学成像透镜13；光学成像透镜13为自动聚焦AF光学成像透镜或固定聚焦光学成像透镜，用于实现非接触式的光学物理聚焦到位于像方的图像成像传感器14，图像成像传感器14使图像光信号转换图像电信号输出到处理器芯片2，由处理器芯片2显示在显示屏100上。
引导指示人机接口主要有如下的两种实现方法：镜面视觉反馈形成的引导指示和/或显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示。
镜面视觉反馈形成的引导指示：
镜面视觉反馈形成的引导指示包括近红外光学滤光器11与可见光LED和/或显示屏100(可见光LED发射的可见光是能被近红外光学滤光器11反射后，眼睛能看到的；显示屏100也能发射可见光也能被近红外光学滤光器11反射后，眼睛能看到的，而近红外LED照明光源12发射的近红外用于眼睛虹膜成像，是眼睛看不见的)配合完成，近红外光学滤光器11反射可见光LED和/或显示屏100的可见光，用于引导指示用户形成镜面视觉反馈，用户眼睛的光轴(物平面)和虹膜识别成像模组1的光轴(像平面)相同处于在同一光轴，形成理想的同光轴直视而非斜视。
具体实施例1所述的可见光LED(如显示屏100也可以作为可见光的发射源)更进一步能用于指示用户使用合适范围如距离远近，指示识别失败，指示识别成功等信息。
显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示：
由于显示屏100显示的成像图像中心和虹膜识别成像模组1的光学中心不在同一光轴，当用户观察显示屏100的图像反馈形成的引导指示时，会导致形成斜视而非直视，斜视直接导致眼球组织处于三维的离轴(off-axis)状态发生形变，使虹膜图像产生非几何的失真，对虹膜识别率有重大的性能降低，严重影响使用效果，因此必须使斜视离轴(off-axis)状态改变为直视在轴(on-axis)状态。
本发明采用具有中心像素偏移处理或虹膜识别成像模组1PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的方法解决上述技术问题。如图1的中心像素偏移处理或虹膜识别成像模组1PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的方法示意图；图1由虹膜识别成像模组1、显示屏100以及用户双眼200构成。(Xd，Yd，0)为显示屏100显示成像图像中心的物理位置的XYZ轴坐标；(Xm，Ym，0)为虹膜识别成像模组1光学中心的物理位置的XYZ轴坐标；(Xe，Ye，Ze)为用户双眼中心的物理位置的XYZ轴坐标。
本发明采用的具有中心像素偏移处理的方法：
1、显示屏100显示具有中心像素偏移的成像图像反馈形成的引导指示：
显示屏100与处理器芯片2信号连接，图像成像传感器14获取图像，具体如下：
处理器芯片2控制开启近红外LED照明光源12，近红外LED照明光源12辐射的近红外光在物方虹膜进行吸收、散射、反射的光学生物效应后，进入近红外光学滤光器11进行非成像干扰光过滤，过滤后的成像波长光线进入光学成像透镜13；光学成像透镜13为自动聚焦AF光学成像透镜或固定聚焦光学成像透镜，用于实现非接触式的光学物理聚焦到位于像方的图像成像传感器14，图像成像传感器14使图像光信号转换图像电信号输出到处理器芯片2，由处理器芯片2处理(中心像素偏移处理)后显示在显示屏100上。
以上所述的中心像素偏移处理过程具体如下(即通过处理器芯片2对图像成像传感器14输出并显示在显示屏100上的图像进行中心像素偏移处理)：
设置显示屏100显示的成像图像中心像素偏移量，成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)的计算步骤如下：
X_PIXEL_OFFSET＝X_OFFSET*PIXEL_RESOULATION
Y_PIXEL_OFFSET＝Y_OFFSET*PIXEL_RESOULATION
X_OFFSET＝Xd-Xm
Y_OFFSET＝Yd–Ym
PIXEL_RESOULATION＝POI/SOI
X_OFFSET，Y_OFFSET为显示屏100显示成像图像中心和虹膜识别成像模组1光学中心之间物理位置的XY轴坐标偏移量。
PIXEL_RESOULATION为虹膜识别成像模组1光学像素分辨率。
POI为预设的虹膜直径的像素尺度；150pixel≤POI≤300pixel，典型的为200pixel。
SOI为预设的虹膜直径的物理尺度；10mm≤SOI≤12mm，典型的为11mm。
以上所述的成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)应该满足：
X_PIXEL_OFFSET≤20％*X_ROI；
Y_PIXEL_OFFSET≤20％*Y_ROI；
X_ROI为图像成像传感器14的X轴全分辨率像素数量；
Y_ROI为图像成像传感器14的Y轴全分辨率像素数量；
过大的成像图像中心像素偏移量X_PIXEL_OFFSET和Y_PIXEL_OFFSET可能导致图像成像传感器14用于虹膜图像成像的像素数量降低，虹膜图像成像范围减少。等同理解的，采用镜面视觉反馈形成理想的同光轴直视而非斜视也可等价具有X_PIXEL_OFFSET＝Y_PIXEL_OFFSET＝0。
本发明采用中心像素偏移的处理方式能保证用户在观察显示屏100显示的反馈图像时采集到的虹膜图像形成偏移直视而非斜视。
用户眼睛的光轴(物平面)和虹膜识别成像模组1的光轴(像平面)有中心偏移，但保持平行，故形成中心偏移直视而非斜视，所以眼球组织处于三维的在轴(on-axis)状态不发生形变，虹膜图像不会产生非几何的失真。
本发明中虹膜识别成像模组PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的方法：
2、显示屏100显示虹膜识别成像模组1的引导指示(即PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转的成像图像反馈形成的图像)。显示屏100与处理器芯片2信号连接，处理器芯片2采集经过角度旋转的虹膜识别成像模组1输出的图像并显示在显示屏100上，具体如下：
处理器芯片2控制开启近红外LED照明光源12，近红外LED照明光源12辐射的近红外光在物方虹膜进行吸收、散射、反射的光学生物效应后，进入近红外光学滤光器11进行非成像干扰光过滤，过滤后的成像波长光线进入光学成像透镜13；光学成像透镜13为自动聚焦AF光学成像透镜或固定聚焦光学成像透镜，用于实现非接触式的光学物理聚焦到位于像方的图像成像传感器14，图像成像传感器14使图像光信号转换图像电信号输出到处理器芯片2，由处理器芯片2处理后(角度旋转的成像图像反馈形成的图像)显示在显示屏100上。
显示屏100显示的图像经过虹膜识别成像模组1PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转，所述的虹膜识别成像模组1的PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转为：
θPAN＝arctan((Xd-Xm)/Ze)；
θTILT＝arctan((Yd-Ym)/Ze)；
本发明采用虹膜识别成像模组1PAN/TILT角度旋转方式能保证用户在观察显示屏100显示的反馈图像时采集到的虹膜图像形成角度旋转直视而非斜视。
用户眼睛的光轴(物平面)和虹膜识别成像模组1光轴(像平面)有角度旋转但保持直视，故形成角度旋转直视而非斜视，所以眼球组织处于三维的在轴(on-axis)状态不发生形变，虹膜图像不会产生非几何的失真。
虹膜识别成像模组1的θPAN和θTILT角度旋转应该满足：
θPAN≤15度；
θTILT≤15度；
虹膜识别成像模组1的θPAN和θTILT角度旋转过大可能导致虹膜识别成像模组1在移动终端中安装困难和体积增大，同时虹膜识别成像模组1引入大角度光学入射效应降低图像成像效果。
等同理解的，采用镜面视觉反馈形成理想的同光轴直视而非斜视也可等价具有θPAN＝θTILT＝0。
具体实施例1所述的显示屏100更进一步能用于显示指示用户使用合适范围，如距离远近，指示识别失败，指示识别成功等文字图像信息。
具体实施例1显示屏100为LCD或OLED。
本发明描述的具体实施例，移动终端虹膜识别在用户使用时提供有效人机接口引导指示，具有镜面视觉反馈形成理想的同光轴直视而非斜视，和/或显示屏显示成像图像反馈形成的直视而非斜视。镜面视觉反馈形成的引导指示具有用户使用的自然行和方便性。显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示具有直接查看实时显示图像和信息的更直观效果。因此采用本发明描述的具体实施例人机接口引导指示方法能有效提高识别速度和识别率，更进一步提高用户使用体验和使用方便性。
本发明描述的具体实施例内容和技术特征，可以在相同或等同理解的范围内被实施，如范围变化，器件替代也应被等同理解的。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，包括移动终端和虹膜识别成像模组,其特征在于：所述移动终端包括处理器芯片，与处理器芯片相互信号连接的可见光LED和/或LED显示屏；
所述虹膜识别成像模组包括图像成像传感器和近红外LED照明光源，近红外光学滤光器和光学成像透镜；
所述处理器芯片分别和图像成像传感器以及近红外LED照明光源信号连接，用于控制开启近红外LED照明光源，和用于接收虹膜识别成像模组输出的虹膜图像，并根据虹膜识别成像模组输出的虹膜图像反馈控制引导指示人机接口的可见光LED和/或显示屏；
所述引导指示人机接口的可见光LED和/或显示屏反馈控制包括镜面视觉反馈形成的引导指示和/或显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示；
所述镜面视觉反馈形成的引导指示采用近红外光学滤光器反射可见光LED和/或显示屏的可见光，用户眼睛的光轴和虹膜识别成像模组的光轴相同处于在同一光轴，形成理想的同光轴直视；
所述显示屏显示成像图像反馈形成的引导指示采用处理器芯片经过中心像素偏移或虹膜识别成像模组PAN/TILT角度旋转处理后显示在显示屏上。
2.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：所述镜面视觉反馈形成的引导指示采用：
显示屏的显示成像图像中心和虹膜识别成像模组光学中心之间像素偏移量：
X_PIXEL_OFFSET＝Y_PIXEL_OFFSET＝0；
虹膜识别成像模组的旋转角度θPAN＝θTILT＝0。
3.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：所述中心像素偏移处理采用：
设置显示屏显示的成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)；
所述成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)为：
X_PIXEL_OFFSET＝X_OFFSET*PIXEL_RESOULATION
Y_PIXEL_OFFSET＝Y_OFFSET*PIXEL_RESOULATION
X_OFFSET＝Xd-Xm
Y_OFFSET＝Yd–Ym
PIXEL_RESOULATION＝POI/SOI；
其中:
X_OFFSET，Y_OFFSET为显示屏显示成像图像中心和虹膜识别成像模组光学中心之间物理位置的XY轴坐标偏移量；
(Xd，Yd，0)为显示屏显示成像图像中心的物理位置的XYZ轴坐标；
(Xm，Ym，0)为虹膜识别成像模组光学中心的物理位置的XYZ轴坐标；
PIXEL_RESOULATION为虹膜识别成像模组光学像素分辨率；
POI为预设的虹膜直径的像素尺度；150pixel≤POI≤300pixel；
SOI为预设的虹膜直径的物理尺度；10mm≤SOI≤12mm；
所述成像图像中心像素偏移量(X_PIXEL_OFFSET，Y_PIXEL_OFFSET)满足：
X_PIXEL_OFFSET≤20％*X_ROI；
Y_PIXEL_OFFSET≤20％*Y_ROI；
X_ROI为图像成像传感器的X轴全分辨率像素数量；
Y_ROI为图像成像传感器的Y轴全分辨率像素数量。
4.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：所述虹膜识别成像模组PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转处理采用：
PAN/TILT(X/Y轴)角度旋转为：
θPAN＝arctan((Xd-Xm)/Ze)
θTILT＝arctan((Yd-Ym)/Ze)
虹膜识别成像模组的θPAN和θTILT角度旋转满足：
θPAN≤15度；
θTILT≤15度；
其中:
(Xd，Yd，0)为显示屏显示成像图像中心的物理位置的XYZ轴坐标；
(Xm，Ym，0)为虹膜识别成像模组光学中心的物理位置的XYZ轴坐标；
(Xe，Ye，Ze)为用户双眼中心的物理位置的XYZ轴坐标。
5.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：所述的可见光LED用于指示用户使用合适范围、指示识别失败以及指示识别成功信息。
6.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：所述显示屏用于显示指示用户使用合适范围、指示识别失败以及指示识别成功信息。
7.根据权利要求1所述的用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口装置，其特征在于：显示屏为LCD或OLED。
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