CN104221034B

CN104221034B - 移动式虹膜识别相机系统

Info

Publication number: CN104221034B
Application number: CN201380019834.0A
Authority: CN
Inventors: 崔景镛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2033-03-20
Also published as: CN104221034A; KR20130115840A; US20150062324A1; US9824272B2; WO2013154273A1

Abstract

本发明提供一种移动式虹膜识别相机系统，其在红外线发光二极管(IR LED)光源元件的上下设置具有倾斜面或形成有凹凸部(扩散器部)的FPCB盖，从而提高虹膜周边的亮度均匀度以增强虹膜识别，并且，有效地屏蔽静电通过IR LED光源元件传递到内部装置，通过识别出作为人体的真眼而进行驱动，通过使用被最优化为虹膜导向镜的椭圆镜，使相机的大小/体积最小化。

Description

移动式虹膜识别相机系统

技术领域

本发明涉及一种移动式虹膜识别相机系统，其将红外线发光二极管(IRLED)贴附在柔性印刷电路板(FPCB)上，在FPCB盖(导向装置)的两面形成用于散射光线的凹凸部，或是在FPCB盖的材料中混合具有散射/散光光线的功能的物质进行制作或在其表面上进行涂覆，以获得所需的照明亮度、照明范围及照射方向，通过提高虹膜周边的亮度均匀度以增强虹膜识别的效率，并且，在柔性PCB上分散安装多个(最少4个或以上)IR LED光源元件而设置于相机周围，以有效地调整相机的大小，通过从视觉上显示正在处理虹膜识别，以提供用户便利，并且通过采用最适合诱导虹膜的椭圆镜的镜子，以实现相机尺寸的最小化。

背景技术

众所周知，在包括网络购物在内的网上银行、手机股票交易、互联网民意文件颁发等几乎所有的电子商务交易领域中，广泛地使用公证认证书。

虽然为了便利的网络交易，该公证认证书是用于确认本人身份而必需的在线身份证，但由于通过破解可能会泄漏公证认证书文件和密码，在安全上存在有脆弱的部分。

因此，通过以往的方法确认本人身份时存在有问题，从而考虑到利用人体信息的方案，人体识别技术作为具有便利性和安全性的用户识别技术受到关注，之前被美国MIT大学、Gartner Group等选定为“21世纪具有前景的十大技术”中的一个。

在该人体识别技术中，人的虹膜具有相同图案(pattern)的概率仅为60亿分之一，因此，被认为是当前实现的人体识别技术中具有最出色的安全性。此外，当前在美国、日本、英国、德国等各国，将通过虹膜识别的本人确认作为身份识别手段而使用。

通常，在虹膜识别中使用IR LED(红外线LED)光源元件，所述IR LED光源元件的放射角(照明角)将发散光的最大值的一半角度的2倍定为放射角(照明角)。

放射角的举例如图7所示。在此情况下，放射角(照明角)为约125度。

此外，虹膜识别用相机镜头具有一定的可视范围(Field of Vision或Field ofView)，该角度范围内的影像可由传感器进行成像。就规格来说，则由角度表示。

镜头视角可根据镜头与眼睛的距离、用于拍摄虹膜的图像传感器的分辨率(或像素数)，以及用于从虹膜影像确认本人的装置的性能和用于进行该处理的程序的结构而设想多种组合。

例如，在将镜头与眼睛之间的距离设定为5～15cm左右的近距离，并通过数百MHz速度的一般信号处理装置，利用虹膜拍摄影像进行本人认证的情况下，图像传感器只需满足640×480像素左右的分辨率即可。

在此情况下，镜头的视角优选为瞳孔大小的约2～3倍左右，理想情况为约15度左右。

照明范围优选为稍大于镜头的视角范围，在此情况下，照明亮度的均匀度应当为可保证影像品质而顺利处理虹膜影像的水平。即，优选为最小70～80％以上。

用于设定亮度的均匀度的基准有多种方法，其中引用最为简单的方法，利用亮度_最大/亮度_最小值进行比较，能够比较观察相对的亮度均匀度。

并且，为了有效地进行照明，照明选择稍大于镜头的视角的范围，即优选相较于镜头的视角宽20～50％。

即，在照明范围过窄的情况下，从IR LED光源元件的放射特性上来讲，为了确保亮度的均匀度而需要有多种附加手段。相反，如果加宽照明范围，需要有相对强的照明，存在有需要加大消耗电力的缺点和增多照明用部件的缺点。由于照明的亮度与照明面积的平方成反比，如果将相同的照明范围变为2倍，则为了相同的亮度，需要4倍的光亮。

发明内容

技术问题

参照图1及图3，在将IR LED光源元件20垂直地配置于FPCB 10的情况下，如果要拍摄离相机70中心有一定距离的眼睛的虹膜，则为了向虹膜周边照射适当量的照明，需要加宽放射角(照明角)，从而需要较多的光亮，导致IR LED光源元件20消耗的电力变大。

并且，IR LED光源元件20存在有起到将外部的静电传递给内部机械装置(未图示)的导体作用的缺点，在作为近距离照明使用时，存在有虹膜周边的亮度均匀度变差的缺点。

参照图2及图5，在未将IR LED光源元件20配置于FPCB 10的情况下，需要附加设置另外的支架(未图示)等，以固定IR LED光源元件20的同时，决定任意的放射角(照明角)并保持一定角度，这种结构的缺点是，在组装上存在有困难，并且，在组装后很难用肉眼判别一定角度，在量产时品质管理极其困难。

此外，在将IR LED光源元件20配置于支架(未图示)的情况下，存在有产生不必要的空间、外观上不美观且外形变大的缺点。

并且，如上所述配置IR LED光源元件20的方法也与图3相同，IR LED光源元件20将直接露出于外部而对外部的静电脆弱，存在有眼睛虹膜周边的亮度均匀度差的缺点。

此外，如图5所示，在采用上、下面为平面的FPCB盖60的情况下，虽然能够改善虹膜周边的亮度均匀度，但在使IR LED光源元件20的放射角最优化方面仍然多少存在有缺点。

该IR LED光源元件20为了能够得到预定的光输出，将消耗一定的电力并在动作时产生热量，因此，为了得到散热效果而使用金属材料导向装置。

在这种情况下，由于在使用过程中，高达数千伏的静电从人体或空气中沿着供给电源的FPCB 10并通过内部电路放电，这还会引起内部装置电路的误动作。

因此，作为防静电手段通常使用静电吸收元件，这成为价格上升的因素，并且，该防止手段除了单纯的静电吸收元件以外，还需要采取另外的措施，因此，存在有用于拍摄虹膜的相机模块结构变得复杂，同时会影响使相机的大小最小化，进而很难适用于可携带的移动式产品的缺点。

鉴于此，本发明的目的在于提供一种可搭载于便携性的移动式产品的虹膜识别系统。

即，本发明的目的在于，将IR LED光源元件配置为与取得虹膜影像相接合，以改善虹膜周边的亮度均匀度，防止静电被放电到内部电路，导向用户能够方便地确认虹膜的拍摄位置，为了用户的便利而显示正在进行虹膜识别处理，并且提供最小化(1cm³以内)的具有虹膜拍摄用相机的虹膜识别系统。

技术方案

为了解决所述课题，本发明提供一种移动式虹膜识别相机系统，

所述系统包括虹膜拍摄用相机，所述虹膜拍摄用相机包括传感器及附属电路、镜头及具有照明光源元件、显示光源元件、IR LED光源元件的照明光源。

所述照明光源离相机的镜头中心线隔开一定距离，以使多个光源围绕镜头。

镜头的物体面(object plane)是虹膜被放置的位置，离镜头的末端相隔一定距离，实质上成为镜头中心线周边的区域，镜头的成像面是图像传感器面，

优选地，照明中心线具有与镜头的镜头中心线反正切大小的照明倾斜角，以朝向镜头的物体面。

其中，所述照明光源与所述相机的镜头中心线平行或接近平行地设置，还设置有用于安全地覆盖所述照明光源以进行保护的FPCB盖。

并且，优选地，所述FPCB盖通过腐蚀(微细的凹凸)上、下面以散射光线，或是在表面涂覆混合有用于散射光线的元素的材料，以使所述照明照射的虹膜表面具有的亮度变得均匀或有规则。

并且，所述FPCB将入射面和出射面的角度成形为凹曲面、凸曲面或可起到棱镜作用的形状，在初始设计时调整所述IR LED光源元件的照明亮度值和使相机的照射方向在焦距上汇聚而进行制造。

技术效果

根据本发明，提供一种将虹膜影像拍摄所需的条件最优化以简化结构物，使虹膜识别消耗电力最小化，改善照明的均匀度的有效的手段，完全地屏蔽外部的干扰，从而防止静电等引起的误动作，并通过提示出处于正确的虹膜拍摄位置和正在进行虹膜识别处理，增大用户的便利性。

并且，根据本发明，使虹膜拍摄用相机的大小最小化(约1cm³以内)，可容易地安装于移动装置(智能手机、掌上PC等)等内置有数字信号处理器(DSP)的产品。

并且，根据本发明，以低廉的价格向消费者提供高性能的虹膜识别相机，通过人体识别来强化消费者的社会性、经济性隐私保存。

附图说明

图1是从正面方向示出本发明的正面概略图；

图2是图1的纵截面方向的概略结构图；

图3是图1中仅提取出FPCB的图；

图4是示出安装于图3的FPCB的光源元件的设置状态的展开图；

图5是本发明中采用的FPCB盖的正面图，其是示出多种实施的截面形态的图；

图6是描述本发明中采用的导向镜和导向镜上照射出的虹膜的模样的图；

图7是示出照明IR LED的放射角的例子的图表；

图8是示出本发明的虹膜具有的立体纹路的照片；

图9是示出本发明的根据光线的方向而改变的纹路的图；

图10是示出本发明的发光元件直接照亮的面的亮度均匀度的照片；

图11是示出本发明的发光元件被盖上FPCB盖而照亮的面的亮度均匀度的照片；

图12是用垂直坐标将本发明的椭圆镜进行图示化的图。

用于实施发明的最佳形态

本发明的核心技术思想是，在IR LED光源元件的上、下设置具有倾斜面或形成有具有光线的扩散或散射功能的凹凸部的FPCB盖，从而提高虹膜周边的亮度以增强虹膜识别，并且，有效地屏蔽静电通过IR LED光源元件传递到内部装置，通过识别出作为人体的真眼而进行驱动，通过使用被最优化为虹膜导向镜的椭圆镜，使相机的大小/体积最小化。

以下，参照附图对本发明进行详细的说明。

在对本发明进行说明的过程中，对于图中示出的构成要素的结构及大小，只要不影响本发明的说明则可被单纯化或简略化。

如图1所示，本发明的移动式虹膜识别相机系统包括：图像传感器及附属电路(未图示)、相机70、包括显示光源元件50、照明光源元件40、IR LED光源元件20的柔性印刷电路板(FPCB：10)和FPCB盖60及用于导向用户的导向镜30。

所述显示光源元件50起到导向用户的虹膜正确地位于镜头的物体面的作用，可通过视觉方式提示给用户正在进行虹膜识别，或是利用语音元件通过听觉方式进行提示，也可以同时利用所述显示光源元件50和语音元件两者。

如图2所示，所述照明光源元件40离相机70的镜头80中心线O隔开一定距离，通过改变灯光的强度而人为地改变瞳孔的大小，以支持虹膜识别相机系统的人体确认过程(排除假眼)。

所述镜头80的物体面(object plane)是虹膜被放置的位置，离相机70的末端相隔一定距离，实质上成为镜头中心线O周边的区域，镜头80的成像面是图像传感器面。

优选地，照明中心线具有与相机70的镜头中心线O反正切(arctan)大小的照明倾斜角，以朝向相机镜头80的物体面。

其中，与所述相机70的镜头中心线O平行或接近平行地配置照明光源20、40、50，通过图案设置FPCB盖60，以与所述相机70的镜头中心线O隔开并朝向物体面进行照明。

如图3所示，所述IR LED光源元件20具有两个或以上的红外线波长，围绕相机70的中心外廓进行设置，优选地，可同时进行照明，也可使配置于相机镜头80中心的上、下或左、右的IR LED光源元件20向对角线方向交叉照明，或是按照预先设定的顺序照明，通过对拍摄的虹膜影像进行分析，区分出照片或动态影像等假虹膜。

这如图8及图9所示，实际虹膜的模样呈立体形状，根据照明的方向而受到影子的影响，虹膜图案的形状将发生变化。但是，在动态影像或照片的情况下，即便怎么换照明的方向，图案形状也不会改变。

即，如图8及图9所示，虹膜的纹路通过立体的模样来呈现，其立体的大小和深度根据形态而均不相同。当为了拍摄虹膜而进行照明时，根据照明的方向和虹膜纹路屈曲(谷)的深度，图案的形状将发生变化，而在图片或动态影像的情况下则不会发生变化。

并且，根据照明的红外线的波长，真眼的辉度(亮度)值将不同，因此，优选地设置具有不同的红外线波长的两个或以上的IR LED光源元件20，通过交叉照明来区分出假眼。

此外，如图5所示，优选地在所述FPCB盖60的上、下面形成微细的凹凸(腐蚀)，或是在FPCB盖60的材料中混合用于散射光线的元素进行制作或在表面上进行涂覆，从而能够均匀地放射IR LED光源元件20的光线。

如图5的截面放大图所示，在所述FPCB盖60中，考虑到所述IR LED光源元件20的放射角度或照射距离等，可多样地设计出所述FPCB盖60的截面形态。

这种FPCB盖60的结构是考虑了IR LED光源元件20一般会根据覆盖发光点的物质(例如：玻璃材料)的曲率或模样及照射的距离而其均匀度并不一定。如图10及图11所示，通过比较发光元件直接照亮的面的亮度均匀度和发光元件被盖上FPCB盖60而照亮的面的亮度均匀度，可以得知亮度均匀度明显地得到改善。

如图6所示，通过设置有导向镜30，以使用户边看自己的眼睛模样边在最佳的位置拍摄虹膜。该导向镜优选地是利用凹镜，以使仅在一定的距离上才能看到正确的影像，但是为了调整影像的大小且使相机的大小最小化，更优选地是利用椭圆镜的镜子。

在如上所述的本发明中，利用简单的组装工具即可垂直组装IR LED光源元件20，因此相对地容易进行作业，并且用肉眼也容易地判断出是否被垂直地组装，因此容易维持生产品质。

此外，通过屏蔽外部的静电影响而不会有误动作，同时能够成功地确保均匀的光亮。即，能够以均匀的照明拍摄出具有稳态性的虹膜影像。

在作其它应用的情况下，如图5所示，可以调整FPCB盖60的截面，通过适当地设计光线的方向或放射角度，以解决镜头中心线和照明中心线之间的非一致性。

为了进行虹膜识别，用户需要将本人的虹膜正确地位于相机70的物体面，为此，利用用于检测影像的清晰度的程序，通过用于导向对焦正确的语音向导等提示给用户，从而导向用户的虹膜正确地位于相机70的物体面。

但是，由于用于清晰度检测的临界值根据虹膜纹路的多少而并不一定，即使显示为对焦正确，也会存在有因实际上的虹膜影像不清晰，导致识别失败的情况(虹膜纹路多)发生。

与此相反的情况是，虽然虹膜影像清晰，但显示为对焦不正确而识别失败(虹膜纹路少)，因此，根据检测出的临界值来判断虹膜影像的清晰度将存在有问题。

本发明中，为了用户将本人的虹膜正确地位于相机70的物体面，利用由椭圆镜制作的导向镜30来进行第一次导向后，检测出所输入的虹膜大小和明度对比(CONTRAST)，利用用于检测是否为可虹膜识别处理的影像的程序，通过语音元件(未图示)或显示光源元件50以视觉或听觉方式提示给用户正在进行虹膜识别，以在正确的位置上进行第二次虹膜拍摄，从而增强虹膜识别成功率。

即，现有的方式是与虹膜的清晰度无关地根据用于评价是否对焦正确的基准值，来判断是否为正确的位置，本发明则与现有的方式不同，通过视觉或听觉方式提示给用户虹膜的清晰度和是否为可处理的影像，以及是否为预先设定的规格的虹膜。

为了本人将自己的虹膜位于一定的位置，利用有观看镜子，或是使用距离传感器等来检测出虹膜的位置后，导向虹膜向上、下、左、右、前、后移动而进行定位的技术。但是，虽然镜子中可观看到一定的距离上反射的虹膜的影像，其无法调整该反射的影像的大小并观看。并且，在利用距离传感器的情况下，由于受到传感器的驱动速度及限制条件的影响，近距离时的检测误差严重，很难导向虹膜位于正确的位置。

本发明中，通过椭圆镜来导向虹膜，以使虹膜位于正确的拍摄位置。

将椭圆镜图示化为垂直坐标(x轴、y轴)如下：

x²/a²+y²/b²＝1(a＞b)

将其用图表进行说明，如图12所示。

其中，坐标可表示为A＝(a,0)、B＝(0,b)、A’＝(-a,0)、B’＝(0,-b)，从中心至A和A’的距离为a，至B和B’的距离为b。

并且，与焦点F(c,0)和F’(-c,0)、P连接的长度2a的点P(x,y)的轨迹由经过A、B、A’B’的椭圆表示。即，通过调节a和b值将可改变椭圆的形态及椭圆镜的焦距(从A至F的距离)。(b²＝a²-c²，a、b、c为正数。)

本发明通过旋转椭圆来制作椭圆镜，以位置A为中心切除椭圆镜的一部分并使用于导向虹膜。从椭圆镜中心A至椭圆镜的焦点F的距离为a-c(焦距)。可容易将虹膜位于焦点F上，并且，清晰度会根据与焦距的间距(前后移动)而急剧地变化，因此容易找出正确的位置。此外，如果在相同的焦距下要调整椭圆镜上反射的虹膜影像的大小，可通过改变a、b值来反射所需大小的虹膜影像并观看。

即，将由椭圆镜制作的圆形或矩形等的导向镜30设置于相机70的前端。

用于实施发明的形态

如图1和图3及图4所示，将IR LED光源元件20垂直地配置于FPCB 10，红外线波长的范围在750～900nm中确定多个相互不同的波长，将IR LED光源元件20从相机70镜头的中心向上、下、左、右隔开一定距离配置。并且，IR LED光源元件20可同时进行照明，或是在相机镜头80中心的上下或左右交叉照明，或是按照预先设定的顺序进行照明，从而能够识别出人体眼还是假眼并进行处理。

图5所示的FPCB盖60可在上面、下面或上下两面制作出微细的凹凸(腐蚀)，或是为用于散射光线的材料或在其表面上进行涂覆而制作，以使IR LED光源元件20的照明变得均匀。并且，通过设计其截面来导向照明的放射角或方向达到合适的状态，通过屏蔽外部来保护IR LED光源元件20，使其免受静电影响而防止误动作，制作和组装简单而能够提高生产效率并维持良好品质。

图6所示的导向镜30使用曲率比凹镜大的椭圆镜，在相同的距离下看去时，可使导向镜30上照射出的虹膜的大小变小。由此，通过缩小导向镜30的大小可使相机大小最小化，能够实现可安装于移动式装置的体积(1cm³以内)。

在使用以往的相机的情况下，如果使相机变小，用户很难拍摄出自己的虹膜，如果使用距离传感器或导向镜等，由于相机的大小大，几乎无法适用于手机等移动式产品中。

工业利用性

可实现用户边观察自己的虹膜边舒适地进行拍摄，使相机的大小/体积最小化，以能够安装于便携式装置而使用，因此，能够以低廉的价格广泛地使用于最近普及的智能手机、掌上PC等移动式装置中。

Claims

1.一种移动式虹膜识别相机系统，所述系统的虹膜识别用相机包括传感器及附属电路、镜头、包括照明光源元件、显示光源元件、IR LED光源元件的照明光源，其特征在于，

所述照明光源离相机镜头中心的周围隔开一定距离设置，

所述照明光源贴附于FPCB并设置于相机镜头中心的上、下、左、右周围，构成有用于保护并覆盖所述照明光源的FPCB盖，具有导向镜以使用户边观察自己的虹膜边舒适地进行拍摄，从而仅识别出人体虹膜并进行处理，

为了用户将本人的虹膜正确地位于所述虹膜识别用相机的物体面，利用导向镜来进行第一次导向后，检测出所输入的虹膜大小和明度对比，利用用于检测是否为可虹膜识别处理的影像的程序，提示给用户正在进行虹膜识别，以在正确的位置上进行第二次虹膜拍摄，从而增强虹膜识别成功率。

2.根据权利要求1所述的移动式虹膜识别相机系统，其特征在于，所述IR LED光源元件设置于相机镜头的上、下、左、右，同时进行照明或上下、左右交叉照明，或是按照预先设定的顺序首先进行照明，以通过确认虹膜的图案形状来识别出伪造的虹膜，之后，为了增强伪造虹膜的识别，将红外线的波长设定为800nm以上。

3.根据权利要求1所述的移动式虹膜识别相机系统，其特征在于，所述FPCB盖在上面、下面或上下两面设置有微细的凹凸腐蚀以散射或扩散光线，或是在FPCB盖的材料中混合用于散射光线的物质进行成型或在表面上进行涂覆而制作。

4.根据权利要求1或3所述的移动式虹膜识别相机系统，其特征在于，所述FPCB盖具有上、下面或上面或下面由凹曲面或凸曲面或凹曲面和凸曲面形成的截面结构，或是具有可起到棱镜作用的截面结构，以使照明的放射角和相机方向在焦距上汇聚。

5.根据权利要求1所述的移动式虹膜识别相机系统，其特征在于，所述导向镜是考虑到拍摄距离和虹膜影像大小而设计的椭圆镜，以能够边观察镜子上照射出的自己的虹膜边进行拍摄，所述椭圆镜上涂覆有使可视光线被反射而红外线被透射的物质。