CN104573676A - 防眼镜反光干扰的虹膜识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，属于生物识别领域，所述防眼镜反光干扰的虹膜识别装置包括镜头、图像传感器和补光光源，所述图像传感器位于所述镜头后方，所述补光光源的入射光线与眼镜镜片的中心轴线的夹角g满足其中，L为镜头表面与眼镜镜片的距离，R为眼镜镜片的曲率半径，θ为镜头半视场角。与现有技术相比，本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置使用固定的补光光源即能避免眼镜反光对虹膜成像的影响，结构简单，并且提高识别效率，提高了用户体验性。

Description

防眼镜反光干扰的虹膜识别装置

技术领域

本发明涉及生物识别领域，特别是指一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置。

背景技术

虹膜识别是一种基于人眼虹膜区域细节特征的生物识别技术，因其具有高精确度和唯一性越来越受到信息安全领域的关注。自20世纪90年代出现最初可用的虹膜识别系统以来，虹膜识别装置发展迅速，已广泛应用于金融、国防、司法及日常生活等领域，而人们对于市面上虹膜识别装置的关注点也从功能和性能指标要求转移到用户体验性要求，要求虹膜装置识别距离越来越远，识别速度越来越快，适应用户范围越来越广，其中虹膜装置识别时需用户配合摘下眼镜，佩戴眼镜识别效果很差的体验，在很大程度上给用户带来不便和不愉快的感觉。

大部分虹膜识别装置体验时需要用户摘下眼镜的主要原因是因为眼镜镜片会对补光光源发射的光线进行反射，而反射的光线汇聚成像到虹膜识别装置内，导致获取的虹膜区域图像存在大量光斑，这些光斑极有可能遮挡虹膜区域纹理信息，使得从获取的虹膜图像中无法得到足够的虹膜信息进行识别。

为解决眼镜反光带来的体验性问题，相关虹膜装置系统专利中提到采用多角度多补光光源的方式，通过控制处于不同角度的多个补光光源，依一定顺序和数量打开补光光源，拍摄用户在不同角度位置光源下的图像，记录眼镜反射信息，从而确定打开哪几个角度的补光光源可保证获取最好的虹膜图像进行识别，但此方式不仅装置复杂需要多个补光光源，识别速度较慢且识别成功率也较低。对于多个补光光源的解决方式，后续有研究通过虹膜注册时登记与补光光源数目一样多的虹膜特征图像，在识别时通过变化补光光源来进行识别以提高识别速度和成功率，但因此会造成虹膜注册比较繁琐，存储数据量大，且整个识别处理机制复杂。

也有一些虹膜识别装置采用偏振片方式，滤去其他方向的光只保留某一特定方向的光进入成像装置，但此方法较大的消弱了入射光线的进光量，影响整体光线强度，必须通过增加光源数量及增大光源强度，因此会造成装置整体功耗增加。

目前市面上的虹膜识别装置为了解决此问题，采用从装置结构设计上来考虑，比如将装置设计成可旋转，当用户戴眼镜识别时，可以自行转动装置，以便使得装置与人眼成一定角度，减小反光光斑对虹膜区域成像的遮挡，但此方式需要用户配合，且角度不易找到。

发明内容

本发明提供一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，该装置使用固定的补光光源即能避免眼镜反光对虹膜成像的影响，结构简单，并且提高识别效率，提高了用户体验性。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

本发明提供一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，图像传感器和补光光源，其特征在于，所述图像传感器位于所述镜头后方，所述补光光源的入射光线与眼镜镜片的中心轴线的夹角g满足其中，L为镜头表面与眼镜镜片的距离，R为眼镜镜片的曲率半径，θ为镜头半视场角。

进一步的，R为眼镜镜片的前后表面的曲率半径中较小的一个。

进一步的，所述眼镜为近视镜，R为所述近视镜镜片后表面的曲率半径，L为镜头表面距离近视镜镜片后表面的距离。

进一步的，所述眼镜为远视镜，R为所述远视镜镜片前表面的曲率半径，L为镜头表面距离远视镜镜片前表面的距离。

进一步的，所述补光光源位于所述镜头的侧面或下方。

进一步的，所述镜头前安装有三棱镜，所述镜头与眼镜镜片的中心轴线的夹角γ满足0°<γ<90°。

进一步的，45°≤g<90°。

进一步的，所述三棱镜的光线射入面或光线射出面或所述镜头的表面镀有能够透过近红外光并反射可见光的膜。

进一步的，所述膜透过的近红外光的波长范围为700-900nm。

与现有技术相比，本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置中，当补光光源的入射光线与眼镜镜片的中心轴线的夹角g满足时，补光光源照射到眼镜镜片上的光线经眼镜镜片反射后入射不到镜头内，不会对虹膜成像造成影响。故本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置使用固定的补光光源即能避免眼镜反光对虹膜成像的影响，结构简单，并且提高识别效率，提高了用户体验性。

附图说明

图1为本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置的光路图；

图2为本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置与近视镜镜片配合使用时的光路图；

图3为本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置与远视镜镜片配合使用时的光路图；

图4为本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置的改进的光路图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，如图1所示，包括镜头1、图像传感器和补光光源2，图像传感器位于镜头1后方，补光光源2的入射光线与眼镜镜片3的中心轴线的夹角g满足其中，L为镜头1表面距离眼镜镜片3的距离，R为眼镜镜片3的曲率半径，θ为镜头1半视场角。

本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置主要包括虹膜成像单元、补光光源以及控制处理单元，虹膜成像单元包括镜头和后端传感器电路板，用于采集用户的虹膜图像；补光光源为虹膜成像单元提供近红外补光光源；控制处理单元用以处理虹膜图像，控制其他单元的协同工作。本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置中，补光光源以一定倾斜角度放置，保证用户戴眼镜识别时眼镜镜片的反射光斑不影响虹膜识别，提高识别效率。

本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置在配戴眼镜使用时组成的光路系统如图1所示。假定眼镜镜片的方向为垂直方向，镜头的方向为水平方向，眼镜镜片与镜头的中心轴线均为水平方向，且它们高度相同；其中，镜头表面与眼镜镜片表面的距离为L，眼镜镜片的曲率半径为R，圆心为点O，镜头的视场角为2θ，即该区域视野范围内的景物可在镜头内成像。当近红外补光照射到眼镜镜片上时，灯入射光线与眼镜镜片表面的法线夹角为β，法线的延长线交于圆心O，与眼镜镜片的中心轴线(图中为水平方向轴线)NO夹角为ɑ。当入射光线的反射光线恰好可以入射到镜头内，即镜头视场范围内时，即β＝e+c，其中e为法线与水平方向夹角即ɑ，c为反射光线与水平方向夹角即θ，因此，β＝ɑ+θ。入射光线与水平轴线ON的垂线高度为H。则有，tanθ≈H/L，H≈Ltanθ，而tanɑ≈H/R，因此：

$\mathrm{\&alpha;}=\arctan \left(\frac{H}{R}\right)=\arctan \left(\frac{L\tan \mathrm{\&theta;}}{R}\right),\mathrm{\&beta;}=\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&theta;}=\arctan \left(\frac{L\tan \mathrm{\&theta;}}{R}\right)+\mathrm{\&theta;},$ 故入射光线与水平方向夹角为 $g=\mathrm{\&beta;}+e=\mathrm{\&beta;}+\mathrm{\&alpha;}=2\arctan \left(\frac{L\tan \mathrm{\&theta;}}{R}\right)+\mathrm{\&theta;}.$

当时，补光光源照射到眼镜镜片上的光线经眼镜镜片反射后入射不到镜头内，不会对虹膜成像造成影响，又明显的应当小于90^D。因此当时，补光光源照射到眼镜镜片上的光线经眼镜镜片反射后入射不到镜头内，不会对虹膜成像造成影响，故本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置使用固定的补光光源即能避免眼镜反光对虹膜成像的影响，结构简单，并且提高识别效率，提高了用户体验性。

由于眼镜镜片有前后两个表面，其中补光光源照射到眼镜镜片的前表面上经过一次反射，照射到后表面上经过二次反射，其中一次反射反射多数光线，为主要反射，二次反射反射少量光线，为次要反射，不管是主要反射还是次要反射，都会对虹膜成像造成影响，故需要根据前表面和后表面分别计算一次，得到g的两个值，取其中较大的一个作为g的值。

由式可知，g的值只与镜头表面距离眼镜镜片的距离L以及眼镜镜片的曲率半径R有关，又由于眼镜片的厚度可以忽略不计，镜头表面距离眼镜镜片的前表面及后表面的距离均可以约等于L，可知g只与眼镜镜片的曲率半径R有关，R越小，g越大，故可以只计算一次即可确定g的范围，此时，R为眼镜镜片的前后表面的曲率半径中较小的一个。

将R取为眼镜镜片的前后表面的曲率半径中较小的一个，可以保证眼镜镜片的前表面以及后表面的反射光均不会对虹膜成像造成影响，进一步的提高识别效率，提高了用户体验性。

市面上的眼镜大体可以分为平光眼镜、近视镜以及远视镜，当眼镜为平光眼镜时，由于平光眼镜的前表面与后边面的曲率半径一样，使用两个曲率半径计算得到的g相同。

当眼镜为近视镜时，如图2所示，由于近视镜的后表面的曲率半径小于前表面的曲率半径，故R为近视镜镜片3’后表面的曲率半径，为使计算得到的结果更加精确，L为镜头表面距离近视镜镜片3’后表面的距离。

例如，L＝100mm，眼镜为近视镜，镜片前表面曲率半径R_前＝80mm，后表面曲率半径R_后＝50mm，镜头的全视场角为20°即半视场角θ＝10°，当补光光源入射光线在镜片前后表面发生反射时，反射光线恰好可以入射到镜头内时，前表面入射光线与水平方向夹倾斜角g_前＝后表面入射光线与水平方向夹倾斜角因此当补光光源入射光线与水平方向倾斜角g满足49°≤g<90°，可使得补光光源入射光线经镜片前后表面反射，其反射汇聚光线不能入射到镜头内，即不能形成光斑图像。

当眼镜为远视镜时，如图3所示，由于远视镜的前表面的曲率半径小于后表面的曲率半径，故R为远视镜镜片3”前表面的曲率半径，为使计算得到的结果更加精确，L为镜头表面距离远视镜镜片3”前表面的距离。

上述的补光光源可以位于镜头1的侧面或下方，一般不会位于镜头的上方，因为补光光源的光线从上方照射下来会有睫毛的阴影遮挡虹膜信息。

作为本发明的一种改进，如图4所示，镜头1前安装有三棱镜4，镜头1与眼镜镜片3的中心轴线的夹角γ满足0°<γ<90°。

本实施例的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置中，假定眼镜镜片的方向为垂直方向，镜头与水平方向呈一定夹角倾斜放置，眼镜镜片的中心轴线为水平方向，镜头前安装有三棱镜，携带有虹膜信息的光线射入三棱镜内后经过两次折射后进入镜头内；这样，只要使镜头与眼镜镜片的高度差符合一定条件，即可保证携带有虹膜信息的光线能够射入三棱镜内从而进入镜头中，而且也能保证携带有虹膜信息的光线经过三棱镜的两次反射能够过滤去杂散光，减少虹膜图像噪声，提高识别准确率，同时补光光源本身成像在虹膜区域之外，也不遮挡虹膜，并且该装置结构简单，实用性强。

优选的，为使补光光源本身成像进一步的在虹膜区域之外，不遮挡虹膜，45°≤g<90°；进一步的，0°<γ<60°。

进一步的，三棱镜的光线射入面或光线射出面或镜头的表面镀有能够透过近红外光并反射可见光的膜。

虹膜成像使用的是近红外光，而非可见光，故在三棱镜的光线射入面或光线射出面或镜头的表面镀膜，使近红外光能够通过并使可见光反射；当在三棱镜的光线射入面镀膜时，其反射的可见光还能使用户看到自身，从而调整自身位置，使眼睛对准镜头。

优选的，上述所述的近红外光的波长为700-900nm，此波长的近红外光能够较好的呈现虹膜纹理信息。

本发明的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置既可以是单目虹膜识别装置，也可以是双目虹膜识别装置；既可以是嵌入式设备，也可以独立的设备；既可以是带操作系统的装置，也可以是不带操作系统的裸机设备。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，包括镜头、图像传感器和补光光源，其特征在于，所述图像传感器位于所述镜头后方，所述补光光源的入射光线与眼镜镜片的中心轴线的夹角g满足其中，L为镜头表面与眼镜镜片的距离，R为眼镜镜片的曲率半径，θ为镜头半视场角。

2.根据权利要求1所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，R为眼镜镜片的前后表面的曲率半径中较小的一个。

3.根据权利要求2所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述眼镜为近视镜，R为所述近视镜镜片后表面的曲率半径，L为镜头表面距离近视镜镜片后表面的距离。

4.根据权利要求2所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述眼镜为远视镜，R为所述远视镜镜片前表面的曲率半径，L为镜头表面距离远视镜镜片前表面的距离。

5.根据权利要求2所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述补光光源位于所述镜头的侧面或下方。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述镜头前安装有三棱镜，所述镜头与眼镜镜片的中心轴线的夹角γ满足0°<γ<90°。

7.根据权利要求6所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，45°≤g<90°。

8.根据权利要求6所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述三棱镜的光线射入面或光线射出面或所述镜头的表面镀有能够透过近红外光并反射可见光的膜。

9.根据权利要求8所述的防眼镜反光干扰的虹膜识别装置，其特征在于，所述膜透过的近红外光的波长范围为700-900nm。2 -->