CN105354904B - 生物识别门禁设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物识别门禁设备及其工作方法，属于生物识别领域，该设备包括壳体，壳体内设置有处理模块；处理模块连接有存储模块、接口模块、可转动一定角度的图像采集模块、近红外补光模块、可见光补光/指示模块、显示模块、防拆报警模块、声音模块、测距模块和刷卡模块；壳体包括前壳、中壳和后壳，前壳的一端通过阻尼轴铰接在中壳上；电路板设置在中壳和后壳之间，图像采集模块设置在前壳的内侧中部，可见光补光/指示模块设置在图像采集模块的周围，显示模块设置在前壳的外侧上端，刷卡模块设置在前壳的内侧下端。本发明适用范围广；功能多样；人机交互方便；布局合理，符合人体工程学，操作方便；安全可靠，维修方便。

Description

生物识别门禁设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及生物识别领域，特别是指一种生物识别门禁设备及其工作方法。

背景技术

近年来社会信息化不断发展，对信息的安全性和稳定性要求不断提高，利用人本身固有的独特生理特征或行为特征进行身份认证的应用越来越广泛，各个行业越来越青睐于采用生物特征识别技术代替原有的密码、射频识别技术来辨别身份，用于访问控制、考勤等。这些生理特征或行为特征包括人脸、指纹、虹膜、掌纹、笔迹和语音等。

现有的生物识别门禁设备普遍存在着功能单一，适用范围窄，并且人机交互不友好等缺点。

发明内容

本发明提供一种生物识别门禁设备及其工作方法，该设备适用范围广；功能多样；人机交互方便；布局合理，符合人体工程学，操作方便；安全可靠，维修方便。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种生物识别门禁设备，包括壳体，所述壳体内设置有处理模块；所述处理模块连接有存储模块、接口模块、可转动一定角度的图像采集模块、近红外补光模块、可见光补光/指示模块、显示模块、防拆报警模块、声音模块、测距模块和刷卡模块；

所述壳体包括前壳、中壳和后壳，所述前壳的一端通过阻尼轴铰接在所述中壳上，所述前壳的另一端通过螺钉与所述中壳固定在一起，所述后壳通过螺钉与所述中壳固定在一起；所述生物识别门禁设备的主电路板设 置在所述中壳和后壳之间，所述图像采集模块设置在所述前壳的内侧中部，所述可见光补光/指示模块设置在所述图像采集模块的周围，所述显示模块设置在所述前壳的外侧上端，所述刷卡模块设置在所述前壳的内侧下端。

一种上述的生物识别门禁设备的工作方法，包括：

使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值；

判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求，若否，提示用户调整与生物识别门禁设备距离，直至用户与生物识别门禁设备的距离值符合采集要求；

判断图像采集模块的角度是否符合采集要求，若否，提示用户调节图像采集模块，使其转动一定角度，直至图像采集模块的角度符合采集要求；

采集生物图像；

判断采集到的生物图像是否合格，若是，使用所述生物图像进行认证，否则，重复执行上述步骤；

判断认证是否成功或超时，若是，输出认证结果，否则，转至所述使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值的步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明适用范围广；本发明的图像采集模块可以转动一定角度，这样在将生物识别门禁设备挂到墙壁上时，可以通过调节图像采集模块的角度，满足不同身高的用户的需求。

本发明功能多样；本发明的图像采集模块在采集虹膜图像时可以通过近红外补光模块进行补光，在采集人脸图像时可以通过可见光补光/指示模块补光，防拆报警模块能够在生物识别门禁设备在受到恶意拆除及破坏时报警，测距模块能够测量用户与生物识别门禁设备的距离值，用于后续的处理或进行提示，刷卡模块能够通过刷卡进行识别认证，进一步的，还可以使用刷卡及生物特征联合识别认证的工作模式等。

本发明人机交互方便；本发明的可见光补光/指示模块可以通过灯光的闪烁以及颜色等与用户进行人机交互，显示模块能够通过显示与用户进行 人机交互，声音模块能够通过声音与用户进行人机交互。

本发明布局合理，符合人体工程学，操作方便；本发明的显示模块设置在前壳的外侧上端，因为现在的显示模块一般都具有触摸功能，用户在认证识别时一般不需要操作显示模块，因此显示模块设置在前壳的外侧上端能够避免用户误操作；图像采集模块设置在前壳的内侧中部，能够方便不同身高的用户使用；可见光补光/指示模块设置在图像采集模块的前方，能够很好地进行补光或提示，并且一般人们习惯的将目光聚焦在光源处，这样在采集人脸图像和虹膜图像时，能够使人脸和人眼正对图像采集模块；刷卡模块设置在前壳的内侧下端，能够方便用户刷卡；声音模块和测距模块优选设置在前壳的内侧下端方便用户；电路板设置在中壳后壳之间，保护电路板。

本发明安全可靠，维修方便；本发明的防拆报警模块能够防止恶意拆除及破坏；并且，本发明中，前壳的一端，优选为下端或左右两端，通过阻尼轴铰接在中壳上，另一端通过螺钉与中壳固定在一起，这样，只需要拧开螺钉并将前壳沿着阻尼轴旋转一定角度，即可打开壳体，方便对设备进行检修或者设置等。由于前壳的一端通过阻尼轴铰接在中壳上，因此，能够防止前壳打开时前壳迅速脱落对设备冲击及拉扯伤害。

综上所述，本发明的生物识别门禁设备适用范围广；功能多样；人机交互方便；布局合理，符合人体工程学，操作方便；安全可靠，维修方便。

附图说明

图1为本发明的生物识别门禁设备的一个实施例的电路图；

图2为本发明的生物识别门禁设备的一个实施例的结构图；

图3为图2打开前壳后的一个实施例的示意图；

图4为本发明中的凹头螺钉的一个实施例的示意图；

图5为本发明中的光电传感器和挡板的一个实施例的展开示意图；

图6为本发明中的处理模块与图像采集模块的连接关系的一个实施例的示意图；

图7为本发明中的图像采集模块与近红外补光模块的位置关系原理图一；

图8为本发明中的图像采集模块与近红外补光模块的位置关系原理图二；

图9为本发明中的可见光补光/指示模块的一个实施例的示意图；

图10为本发明中的可见光补光/指示模块的另一个实施例的示意图；

图11为本发明中的防拆报警模块的一个实施例的示意图；

图12为本发明中的防拆报警模块的另一个实施例的示意图；

图13为本发明的生物识别门禁设备的工作方法的一个实施例的流程图；

图14为本发明的生物识别门禁设备的工作方法的另一个实施例的流程图。

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。

本发明实施例提供一种生物识别门禁设备，如图1至图3所示，包括壳体1，壳体1内设置有处理模块21；处理模块21连接有存储模块22、接口模块23、可转动一定角度的图像采集模块3、近红外补光模块4、可见光补光/指示模块5、显示模块6、防拆报警模块7、声音模块8、测距模块9和刷卡模块10等；

壳体1包括前壳11、中壳12和后壳13，前壳11的一端通过阻尼轴20铰接在中壳12上，前壳11的另一端通过螺钉14与中壳12固定在一起，后壳13通过螺钉与中壳12固定在一起；生物识别门禁设备的主电路板2设置在中壳12和后壳13之间，图像采集模块3设置在前壳11的内侧中部，可见光补光/指示模块5设置在图像采集模块3的周围，显示模块6设置在前壳11的外侧上端，刷卡模块10设置在前壳11的内侧下端，声音模块8和测距模块9可以设置在前壳11的内侧，优选设置在前壳11的 内侧下端。

本发明实施例中，壳体为生物识别门禁设备的各个部件提供安装支撑以及保护内部的元件，壳体包括前壳，中壳和后壳。前壳上布置图像采集模块、近红外补光模块、可见光补光/指示模块、显示模块、声音模块、测距模块和刷卡模块等；中壳和后壳上布置防拆报警模块等，同时保护主电路板等部件；后壳保护生物识别门禁设备，并且能够将生物识别门禁设备安装到墙体上。

处理模块为CPU或MCU等，用于执行生物识别门禁设备的各项指令，优选处理模块集成在主电路板上。

存储模块为存储器，优选为Nand Flash，用于存储生物识别门禁设备的程序和数据，优选存储模块集成在主电路板上。

接口模块包括通信接口和电源接口，通信接口包括USB接口、以太网接口、串行通信接口和门禁接口(韦根信号接口)等，电源接口为生物识别门禁设备供电，优选接口模块集成在主电路板上。

图像采集模块用来采集图像，包括采集镜头、图像传感器以及相应的电路等，图像采集模块优选设置在前壳的内侧中部，前壳的内侧中部开有窗口，便于图像采集模块在采集图像时进行旋转。

可见光补光/指示模块使用可见光调节环境的光照强度，还可以使用可见光的开关、亮度变化以及颜色变化等对用户进行指示，包括一个或多个可见光补光灯(LED灯等)以及相应的电路等，可见光补光/指示模块优选设置在图像采集模块的周围。

近红外补光模块用于需要采集近红外图像时进行补光，包括一个或多个红外补光灯以及相应的电路等，近红外补光模块优选设置在图像采集模块的下方或两侧。

显示模块用于实时显示图像采集模块采集到的图像，输出生物识别门禁设备的识别结果，以及与用户进行人机交互等，包括显示屏以及相应的电路，显示模块优选设置在前壳的外侧上端。

防拆报警模块用于在生物识别门禁设备受到非法拆卸及破坏时进行 报警，包括设置在生物识别门禁设备的关键部位的传感器以及相应的电路。

声音模块用于输出生物识别门禁设备的识别结果，对用户进行提示，发出报警声音等，包括扬声器、麦克风以及相应的电路，声音模块优选设置在前壳的内侧下端，前壳的内侧下端设置有声音出口等与声音模块配合的结构。

测距模块用于测量用户与生物识别门禁设备的距离，包括距离传感器以及相应的电路，测距模块优选设置在前壳的内侧下端，前壳的内侧下端设置有与测距模块配合的窗口等结构。

刷卡模块用于读取用户ID卡的信息，包括读卡装置以及相应的电路，刷卡模块优选设置在前壳的内侧下端。

主电路板是生物识别门禁设备中最主要的电路板，处理模块、存储模块和接口模块等设置在主电路板上，当然其他的图像采集模块、近红外补光模块、可见光补光/指示模块、显示模块、防拆报警模块、声音模块、测距模块和刷卡模块等也有相应的电路板，主电路板设置在中壳和后壳之间，受到中壳和后壳的保护。

本实施例适用范围广；本实施例的图像采集模块可以转动一定角度，这样在将生物识别门禁设备挂到墙壁上时，可以通过调节图像采集模块的角度，满足不同身高的用户的需求。

本实施例功能多样；本实施例的图像采集模块在采集虹膜图像时可以通过近红外补光模块进行补光，在采集人脸图像(当然也可以是其他生物图像，这里仅举2个例子)时可以通过可见光补光/指示模块补光，防拆报警模块能够在生物识别门禁设备在受到恶意拆除及破坏时报警，测距模块能够测量用户与生物识别门禁设备的距离值，用于后续的处理或进行提示，刷卡模块能够通过刷卡进行识别认证，进一步的，还可以使用刷卡及生物特征联合识别认证的工作模式等。

本实施例人机交互方便；本实施例的可见光补光/指示模块可以通过灯光的闪烁以及颜色等与用户进行人机交互(人机交互包括提示用户进行某 种动作或者输出识别认证结果等，下同)，显示模块能够通过显示与用户进行人机交互，声音模块能够通过声音与用户进行人机交互。

本实施例布局合理，符合人体工程学，操作方便；本实施例的显示模块设置在前壳的外侧上端，因为现在的显示模块一般都具有触摸功能，用户(这里及前后文提到的的用户是指普通的用户，不包括管理员；普通用户无需操作显示模块，管理员在设置时，有时需要操作显示模块)在认证识别时一般不需要操作显示模块，因此显示模块设置在前壳的外侧上端能够避免用户误操作；图像采集模块设置在前壳的内侧中部，能够方便不同身高的用户使用；可见光补光/指示模块设置在图像采集模块的前方，能够很好地进行补光或提示，并且一般人们习惯的将目光聚焦在光源处，这样在采集人脸图像和虹膜图像时，能够使人脸和人眼正对图像采集模块；刷卡模块设置在前壳的内侧下端，能够方便用户刷卡；声音模块和测距模块优选设置在前壳的内侧下端方便用户；电路板设置在中壳后壳之间，保护电路板。

本实施例安全可靠，维修方便；本实施例的防拆报警模块能够防止恶意拆除及破坏；并且，本实施例中，前壳的一端，优选为下端或左右两端，通过阻尼轴铰接在中壳上，另一端通过螺钉与中壳固定在一起，这样，只需要拧开螺钉并将前壳沿着阻尼轴旋转一定角度，即可打开壳体，方便对设备进行检修或者设置等。由于前壳的一端通过阻尼轴铰接在中壳上，因此，能够防止前壳打开时前壳迅速脱落(前壳的下端通过阻尼轴铰接在中壳上时)对设备冲击及拉扯伤害。

综上所述，本实施例的生物识别门禁设备适用范围广；功能多样；人机交互方便；布局合理，符合人体工程学，操作方便；安全可靠，维修方便。

进一步的，如图2、图3和图4所示，螺钉优选为凹头螺钉，凹头螺钉14的下部设置有环形凹槽141，环形凹槽141上设置有C形卡环142，前壳11上设置有与凹头螺钉14相配合的透孔，透孔的底部设置有用于挡住C形卡环142的环形凸起，中壳12上设置有与凹头螺钉14相配合的螺 纹孔16；凹头螺钉14上套设有弹簧143，弹簧143的一端抵靠在凹头螺钉14的头部，另一端抵靠在环形凸起上。

中壳12的一部分可以作为保护板，如图3所示，15为保护板，保护板可以避免图像采集模块在转动的过程中对电路板以及设置在中壳上的其他器件造成摩擦、损坏。凹头螺钉将电路板和其他器件固定在中壳和后壳上，这样如果有人恶意破坏电路板或其他设置在中壳上的元件，必须要先打开前壳，然后卸下固定中壳和后壳的凹头螺钉，这样在一定程度上增加了破坏内部元件和线路的难度，进一步提高了安全性。

相比普通螺钉(如一字形、十字形螺钉)，凹头螺钉(这里的凹头螺钉的凹陷为不规则的形状)必须使用专用工具才能打开，可以在一定程度上防止恶意破坏内部的元件和线路等，更进一步提高了安全性。

使用时，将凹头螺钉插进螺纹孔内，然后将C形卡环从里面套进去，安装到环形凹槽上，这样螺钉就会被挡住，将前壳与中壳固定到一起。在拧松凹头螺钉后，透孔底部的环形凸起可以挡住C形卡环，这样可以使得凹头螺钉不会与前壳分离，可以避免凹头螺钉丢失。

弹簧可以使得凹头螺钉的连接更紧固，并且弹簧的一端抵靠在凹头螺钉的头部，另一端抵靠在环形凸起上，便于安装。

优选的，凹头螺钉的头部可以为内凹四边形或内凹五边形或内凹六边形。

作为上述各个实施例的一种改进，如图3所示，图像采集模块3可以为柱形(朝内的一侧为半圆柱，朝外的一侧为平面)，其两端通过转动轴铰接在前壳11的内侧中部，前壳11的外侧中部设置有控制图像采集模块3转动的角度调节按钮31；中壳12的内侧设置有多个光电传感器32，图像采集模块3上设置有与多个光电传感器32对应的挡板33，当图像采集模块3旋转到上端极限位置、下端极限位置和中间位置时，多个光电传感器32分别输出表示该位置的信号。

使用时，通过按压角度调节按钮控制图像采集模块转动(当然，在识别认证过程中，也可以通过处理模块自动控制图像采集模块转动)，挡板 和光电传感器的相对位置会发生变化，光电传感器输出的信号也就不同，当图像采集模块旋转到上端极限位置、下端极限位置和中间位置时，多个光电传感器输出的信号组成不同的组合，分别代表这些位置，如此即可得到图像采集模块的转动位置(即角度)。本实施例结构简单，无需使用复杂的机械限位结构，使用方便；并且本实施例能够根据传感器输出的不同信号确定图像采集模块的转动位置，方便对图像采集模块进行调整。

进一步的，如图5所示(图5为光电传感器以及挡板的展开示意图，沿着横向为图像采集模块的转轴方向，竖向为图像采集模块的圆周方向)，光电传感器32包括第一光电传感器321、第二光电传感器322和第三光电传感器323，挡板包括第一挡板331、第二挡板332和第三挡板333，第一挡板331、第二挡板332和第三挡板333分别对应第一光电传感器321、第二光电传感器322和第三光电传感器323，第一光电传感器321设置在上端极限位置处，第二光电传感器322和第三光电传感器323设置在下端极限位置处，第二挡板332的高度大于第一挡板331和第三挡板333的高度；上端极限位置以及下端极限位置与中间位置的夹角均为30°。

本实施例使用三个光电传感器和三个挡板来表示上端极限位置、下端极限位置和中间位置，本实施例中第一挡板、第二挡板和第三挡板的长度小于第一光电传感器和第二光电传感器/第三光电感器的间距，并且本实施例中优选第一挡板和第三挡板的长度相同，第二挡板的长度大于第一挡板和第三挡板的长度，第一挡板的高度大于第三挡板的高度，第二挡板的高度大于第一挡板的高度。当光电传感器被挡板遮挡时，输出为高电平1，未被遮挡时，输出低电平0，当第一光电传感器、第二光电传感器和第三光电传感器的输出为100时(图5中b所示)，第一光电传感器被第一挡板遮挡，第二光电传感器未被第二挡板遮挡，第三光电传感器未被第二挡板遮挡，此时为上端极限位置；输出为001时(图5中c所示)，为下端极限位置，输出为010时(图5中d所示)，为中间位置。本实施例使得调节过程简单方便。

本实施例中，第一挡板和第三挡板长度相同，第二挡板长度大于第一 挡板和第三挡板长度，并且第二挡板高度大于第一挡板和第三挡板的高度，当第二挡板刚好要不挡住第二光电传感器时，第三挡板刚好挡住第三光电传感器，这样还会有一个011的临界位置(图5中e所示)，方便后续的调整。例如，在复位时，根据当前的位置控制转动部件，使其到达临界位置，即三个光电传感器输出恰好为011时的位置，然后是步进电机再向上旋转若干步(优选10步)即到达中间位置，如图5所示，当第二挡板刚好挡住第二光电传感器时，第三挡板也刚好挡住第三光电传感器(再下一步及刚好挡不住)，此时输出为011。

作为上述各个实施例的另一种改进，如图6所示，图像采集模块3包括左眼虹膜图像采集单元301、右眼虹膜图像采集单元302、人脸图像采集单元303和场景图像采集单元304，处理模块21的数据端经数据选择器305与左眼虹膜图像采集单元301、右眼虹膜图像采集单元302、人脸图像采集单元303和场景图像采集单元304的数据端连接(数据选择器在同一时间内只允许一个图像采集单元连接至处理模块)，处理模块21的选通控制端连接数据选择器305的选通控制端。

本发明实施例中的处理模块一般为CPU或MCU，处理模块包含有摄像头单元、串行数据端、并行数据端、I/O端口以及时钟管脚等。数据选择器(data selector)有时也叫做多路选择器或多路调制器(multiplexer)，它能够根据给定的选通控制信号，从一组输入信号中选出指定的一个送至输出端的组合逻辑电路。

一般的处理模块，尤其是MCU，其摄像头单元较少(多为1-2个)，很难满足多个采集单元的情况，因此我们使用数据选择器进行分时复用。

本实施例的数据选择器包括多组数据接口，其中一组作为输出端，连接处理模块的数据端，其他组作为输入端，分别连接多个采集单元的数据端(数据选择器的输入端和输出端没有严格的定义，哪一组接到处理模块上，哪一组就是输出端，通过编程将其设为输出端，其他组设为输入端)；处理模块的选通控制端其实就是输出选通控制信号I/O接口，数据选择器的选通控制端其实就是地址管脚，通过处理模块发出的选通控制信号，控 制数据选择器的某一组数据接口导通，其他组数据接口断开，这一组数据接口连接的采集单元就能与处理模块进行数据传输。

本实施例能够在处理模块的一个摄像头接口上连接多个采集单元，采集多路图像，并且可以将未选通的采集单元待机，降低功耗。

优选的，本实施例的图像采集模块包括左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元和场景图像采集单元，以虹膜+人脸的认证识别方式为例，使用过程如下：

虹膜识别过程，包括：

处理模块通过选择器轮询对每个采集单元通过I²C总线进行初始化，使每个采集单元都处于正常运行状态。

处理模块发送地址信号给数据选择器，数据选择器中的K1闭合，左眼虹膜图像采集单元接入到总线中，采集左眼虹膜图像，同时可以将左眼虹膜图像显示在显示模块上。

处理模块发送地址信号给数据选择器，数据选择器中的K2闭合，右眼虹膜图像采集单元接入到总线中，采集右眼虹膜图像，同时可以将右眼虹膜图像显示在显示模块上。

依次使用左眼虹膜图像和右眼虹膜图像进行识别认证。若两只眼睛同时认证通过，进入后续的人脸识别过程；若两只眼睛都没有通过将会重复上述的虹膜识别过程；如果只有一只眼睛认证通过，另一只眼睛没有通过，会重复上述的虹膜识别过程，但只认证未通过的眼睛，这样就省去不必要的认证流程，节省时间、提高认证效率。

人脸识别过程，包括：

处理模块发送地址信号给数据选择器，数据选择器中的K3闭合，人脸图像采集单元接入到总线中，采集人脸图像，同时可以将人脸图像显示在显示模块上。

使用人脸图像进行识别认证。认证通过则进行后续的场景图片保存过程；如果认证失败，不用切换数据选择器，只需重新采集人脸图片进行显示和认证即可，也有助于节省时间，提高效率及速度。

场景图片保存过程，包括：

处理模块发送地址信号给数据选择器，数据选择器中的K4闭合，场景图像采集单元接入到总线中，采集场景图像，同时可以将场景图像显示在显示模块上并可以保存到存储模块上。

本实施例先进行虹膜识别，再进行人脸识别，最后进行场景图片保存，实际上并没有严格的顺序，也可以有其他顺序的实施例。

进一步的，处理模块的帧同步信号端和行同步信号端分别经数据选择器连接左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元和场景图像采集单元的帧同步信号端和行同步信号端。

在进行数据传输时，需要判断什么时候开始和结束整张图像的传输，这就需要帧同步信号，帧同步信号是处理模块发出的，图像采集模块的各个采集单元在收到帧同步信号后，开始准备传输图像，再次收到帧同步信号后，结束图像的传输，处理模块的帧同步信号端经数据选择器连接各个采集单元的帧同步信号端。帧同步信号能够避免图像传输的错误，而且能够通过帧同步信号判断图像是否传输完毕。

在一幅图像的传输过程中，需要判断什么时候开始图像一行的传输，这就需要行同步信号，行同步信号是处理模块发出的，图像采集模块的各个采集单元在收到行同步信号后(前提是已经收到了帧同步信号)，开始准备传输图像的一行像素，再次收到行同步信号后，传输图像的下一行像素，处理模块的行同步信号端经数据选择器连接多个采集单元的行同步信号端。行同步信号能够进一步避免图像传输的错误。

作为上述各个实施例的再一种改进，如图7和图8所示(42为人眼、43为角膜、44为瞳孔、45为虹膜)，近红外补光模块4包括至少一个近红外补光灯41，近红外补光灯41设置在图像采集模块3的下方和/或侧面，近红外补光灯41的光线方向与图像采集模块3的光轴方向夹角(记为θ)范围为4°-16°。

以采集虹膜图像为例，，近红外补光灯41发射的光线A1照射人眼42，由于人眼角膜43表面曲率很大，光线A1经角膜43反射的光线A2进入 图像采集模块3内，从而形成光斑有可能遮挡人眼的虹膜区域。本实施例设计的近红外补光灯41通过特定的位置设置，使得被角膜43反射的光斑处于虹膜纹理区域之外，从而不遮挡虹膜，不影响虹膜识别效果。

一般人眼角膜曲率半径R为7.8mm，瞳孔直径d₁约为1-9mm，虹膜直径d₂约为10-12mm，且角膜与虹膜及瞳孔之间间距很小，此处忽略，因此，瞳孔区域相对于角膜中心的张角半角θ₁₀满足：sinθ₁₀＝(d₁/2)/R，同理，虹膜区域相对于角膜中心的张角半角θ₂₀满足：sinθ₂₀＝(d₂/2)/R，经计算，3.7°≤θ₁₀≤35°，40°≤θ₂₀≤50.3°，当3.7°≤θ₁₀≤35°时，角膜反射的光斑处于瞳孔区域，当40°≤θ₂₀≤50.3°时，角膜反射的光斑处于巩膜区域。因此，只要3.7°≤θ≤35°或40°≤θ≤50.3°，即可保证角膜反射的光斑处于虹膜纹理区域之外。本实施例中，设图像采集模块3与人眼的距离为L，图像采集模块3与近红外补光灯41的距离为D，则有D＝L·tanθ，当θ越大，D也随之增大，即图像采集模块3与人眼距离L一定的情况下，θ的增大会使图像采集模块3与近红外补光灯41距离较远，容易导致设备的体积过大，因此，为满足设备小型化的要求，本实施例中，优选的，采用4°≤θ≤35°。

因为瞳孔在光线强弱的影响下，会进行不同程度的收缩或放大，当环境光线较弱的情况下，瞳孔扩大，而在光线较强的情况下，瞳孔收缩，当瞳孔扩大时，θ满足4°≤θ≤35°时，即可使角膜反射的光斑处于瞳孔区域内，不会影响虹膜识别效果，而当瞳孔收缩时，θ满足4°≤θ≤35°时，则容易导致角膜反射的光斑部分处于虹膜区域内，因此，为了避免环境光线的强弱对虹膜识别效果的影响，优选的，使θ满足4°≤θ≤16°。

本实施例在进行虹膜识别时，用户不需要自己调整角度，对用户的要求低，也无需为了使反射光线不进入图像采集模块，将近红外补光灯设置较大的倾角，而造成的体积增大。因此，本实施例具有体积小、结构简单、使用方便的特点。

考虑到现场的虹膜图像采集需求的不同以及为了实现较好的补光等因素，近红外补光灯41可以为一个或多于一个，近红外补光灯41位于图像采集模块3的左侧、右侧或下方。

作为上述各个实施例的再一种改进，如图9和图10所示，可见光补 光/指示灯5包括导光板51和设置在导光板51周围的LED灯52，导光板51中间开设有透孔53，导光板51的上方在透孔53的周围设置有遮光纸54从而形成环形灯光区55；可见光补光/指示灯5前方设置有用于反馈用户位置的凹面镜56。图中57为图像采集模块中的采集镜头。

本实施例在导光板上方透孔的周围设置有遮光纸从而形成了环形灯光指示区，这样在使用本实施例采集生物图像时，整个可见光补光/指示灯将图像采集模块中的采集镜头包围在中间，这样人眼在看采集镜头的时候可以用余光兼顾到指示灯的指示情况，方便用户调整并找准最佳的采集位置，同时环形灯光指示区还可以起到补光效果，提高生物图像的采集质量。

环形灯光指示区可以是圆环、椭圆环、跑道形环或方环或者其他封闭的形状，导光板上透孔的周围设置有遮光纸。导光板上未设遮光纸的部分与透孔配合形成了环形灯光指示区。其中导光纸的面积越大，形成的环形灯光指示区越小，导光纸的面积越小，形成的环形灯光指示区越大。

本实施例的凹面镜能够起到定位作用，以采集虹膜图像为例，当用户注视凹面镜时，根据成像光学系统的采集距离、物方范围、凹面镜的尺寸以及形状(圆形或椭圆形)，调整凹面镜的曲率半径以及位置，使得当用户恰好处于最佳采集距离时，用户从凹面镜中看到的自己眼睛图像最清晰；当用户不处于最佳采集距离时，用户从凹面镜中看到的自己眼睛图像模糊，不清晰。这样能够方便快捷的调整使用户调整自身的位置。凹面镜优选设置在采集镜头的前方(即上述的透孔上)。

进一步的，导光板51的底面印刷设置有导光点层58，导光点层58外侧、导光板51的正面和侧面均设置有反光纸59；导光板51为亚克力板，其形状可以为矩形，透孔53可以为跑道形，导光板51的两侧分别设置有两个用于放置LED灯的灯槽，LED灯52为贴片方形LED灯或直插LED灯或条形LED灯。

导光板优选为矩形，导光板的透孔可以为跑道形，导光板的两侧分别设置有两个用于放置LED灯的灯槽。这种结构简单，放置四个LED灯可以进一步增强光线。指示灯可以设置在导光板的两个侧面或四个侧面都 可，对应的导光板的两个侧面和四个侧面设置有对应的灯槽。

在导光板的底面用UV网版印刷技术印上导光点。利用导光板吸取从两侧指示灯发出来的光在导光板表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过大小不一的高光点，可使导光板均匀发光。并且反光纸的能够将部分漏出的光反射回导光板中，用来增强导光板上的光线。

导光板可以采用亚克力板材。这样导光板采用周围LED灯加亚克力板材的形式设计，利用光学级的亚克力板材，用具有极高反射率且不吸光的高科技材料，在光学级的亚克力板材底面用UV网版印刷技术印上导光点。利用光学级亚克力板材吸取从两侧指示灯发出来的光在光学级亚克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过大小不一的高光点，可使导光板均匀发光。

为了便于将LED灯安放在导光板上，导光板的周围优选设置有用于放置LED灯的灯槽，基于导光板的原理，LED灯可以为贴片方形LED灯或直插LED灯或条形LED灯。这样可以使得灯光更加充足，反射更均匀，这样环形灯光指示区的灯光更加均匀柔和，可以进一步提高生物图像的采集质量，从而提高生物认证识别的通过率。

作为上述各个实施例的再一种改进，如图11所示，防拆报警模块7包括第一微动开关71和第二微动开关72，第一微动开关71设置在中壳12内侧并受前壳11挤压，第二微动开关72设置在后壳13外侧并受墙体挤压。

当前壳关闭时，第一微动开关到前壳的挤压力，第一微动开关下压，处于接通状态，此时，处理模块识别到设备已被安装到正常状态，向其他工作模块发出正常工作的命令。当前壳被恶意打开时，前壳对第一微动开关的压力消失，第一微动开关断开，此时处理模块收到第一微动开关的断开信息，进行报警(声音或灯光提示等)。

当生物识别门禁设备安装于平整的墙体时，第二微动开关会受到墙体 的推动力，微动开关下压，微动开关处于接通状态，处理模块识别到设备已被安装到正常状态，向其他工作模块发出正常工作的命令。当设备被恶意从墙体拆除时，此时墙体的推动力消失，第二微动开关按键瞬间弹出，第二微动开关断开，此时处理模块收到第二微动开关的断开信息，进行报警(声音或灯光提示等)。本实施例结构简单、实用、稳定性高，安全性好。

进一步的，如图11和图12所示，第一微动开关71和第二微动开关72为一个双向开关73的两端，双向开关73贯穿地设置在中壳12和后壳13上；第一微动开关和第二微动开关采用一体化设计，与采用分体式设计相比，本实施例对设备内的空间利用率提高，设计简捷。

双向开关73包括外壳74，外壳74的两端设置有第一按压端75和第二按压端76，外壳74内部在第一按压端75和第二按压端76之间设置有弹簧77，为了防止按压端的按键由于弹簧弹开时导致按键掉落，第一按压端75和第二按压端76上均设置有按键防脱结构，按键防脱结构可以为设置在按键上且能够卡住按压端的突出柱体等各种结构，其中：

外壳74内部在第一按压端75的一侧设置有第一接触板75’，第一按压端75上设置有用于与第一接触板75’配合的第一动态接触端75”，第一接触板75’和第一动态接触端75”构成第一微动开关71的两个连接端。

其中，第一动态接触端与第一接触板可以为图12所示的常开结构，即当第一按压端受到挤压而被按下时，第一动态接触端与第一接触板是脱离的，报警不被触发，当第一按压端不受挤压而弹出时，第一动态接触端与第一接触板是连接，触发报警；还可以采用与上述的常开结构相反的常闭结构，即当第一按压端受到挤压而被按下时，第一动态接触端与第一接触板是接连，报警不被触发，当第一按压端不受挤压而弹出时，第一动态接触端与第一接触板脱离，触发报警，以上两种触发方式均可以实现本实施例的技术效果。

外壳74内部在第二按压端76的一侧设置有第二接触板76’，第二按压端76上设置有用于与第二接触板76’配合的第二动态接触端76”，第二 接触板76’和第二动态接触端76”构成第二微动开关72的两个连接端。第第二微动开关的结构与工作方式与第一微动开关相同。

作为上述各个实施例的再一种改进，声音模块8包括用于输出声音的扬声器和用于录入声音的麦克风，测距模块9包括距离传感器，必要时，生物识别门禁设备还可以包括检测环境光照强度的光照传感器，接口模块包括电源接口和通信接口，通信接口包括USB接口、以太网接口、串行通信接口和门禁接口；中壳12的内侧设置有开关按钮121、用于使图像采集模块可以转动的使能按钮122以及备用电源。本实施例进一步丰富了生物识别门禁设备的功能。

另一方面，本发明实施例提供一种上述任一的生物识别门禁设备的工作方法，如图14所示(图14仅给出了虹膜识别的例子，本发明实施例还可以使用其他的生物特征进行识别，如人脸识别等)：

使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值；本步骤中，测距模块实时检测用户与生物识别门禁设备的距离值，供后续使用。

判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求，若否，提示用户调整与生物识别门禁设备距离，直至用户与生物识别门禁设备的距离值符合采集要求。

判断图像采集模块的角度是否符合采集要求，若否，提示用户调节图像采集模块，使其转动一定角度，直至图像采集模块的角度符合采集要求。

采集生物图像。

判断采集到的生物图像是否合格，若是，使用生物图像进行认证，否则，重复执行上述步骤。

判断认证是否成功或超时，若是，输出认证结果，否则，转至使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值的步骤。

本发明实施例使用方便，用户可以根据提示方便的调节与生物识别门禁设备的距离值以及调节图像采集模块的角度，人机交互合理。

本发明实施例适用范围广，用户可以调节图像采集模块的角度，来采集不同身高用户的生物图像。

综上所述，本发明实施例使用方便，人机交互合理，适用范围广。

基于上述实施例，判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求之后，判断图像采集模块的角度是否符合采集要求之前还可以包括：

处理模块的选通控制端发送选通控制信号至数据选择器，使得数据选择器将左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元或场景图像采集单元连接至处理模块。

本发明实施例可以使用多种生物特征进行识别，以人脸+虹膜识别为例，首先进行虹膜识别，数据选择器根据处理模块的选通控制信号将左眼虹膜图像采集单元连接至处理模块，执行上述的步骤，进行左眼虹膜图像的认证，然后数据选择器根据处理模块的选通控制信号将右眼虹膜图像采集单元连接至处理模块，执行上述的步骤，进行右眼虹膜图像的认证；当然，也可以在采集完左眼虹膜图像和右眼虹膜图像后再统一认证；接着数据选择器根据处理模块的选通控制信号将人脸图像采集单元连接至处理模块，执行上述的步骤，进行人脸图像的认证；最后数据选择器根据处理模块的选通控制信号将场景图像采集单元连接至处理模块，执行上述的步骤，将场景图像保存，以便后续查阅。

本发明实施例能够使用多种生物特征进行认证，适用范围广，认证准确度高。

上述的实施例中，在使用某一种生物特征进行认证时，可以由多种模式，具体的，如图13所示(图13仅给出了虹膜识别的例子，本发明实施例还可以使用其他的生物特征进行识别，如人脸识别等)，使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值之后，判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求之前还可以包括：

处理模块判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否在预设范围内，若是，判断预先设置的识别模式是第一模式、第二模式还是第三模式，否则，转至使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值的步骤；

若是第一模式，则转至判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符 合采集要求的步骤，使用前述的方法进行认证。

若是第二模式，则执行如下步骤：

使用刷卡模块进行刷卡认证，若刷卡通过，则转至判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求的步骤，使用第一模式进行认证；否则，重复使用刷卡模块进行刷卡识别的步骤。第二模式的安全性高于第一模式。

若是第三模式，则执行如下步骤：

转至判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求的步骤，使用第一模式进行认证；

若在规定的时间内认证不成功，则转至使用刷卡模块进行刷卡认证，使用第二模式进行认证。

第三模式可以直观理解为：先使用第一模式进行认证，若在一定的时间内第一模式认证未通过，则认为需要提高认证的安全性，转而使用第二模式进行认证。

上述的三个模式可以根据需要灵活设置，在安全性要求较高的场合，可以选用第二模式，在安全性要求不苛刻的场合，可以选用第一模式，若考虑自动识别，则可以选择第三模式。例如，在上下班签到时，可以选用第二模式，在上班中途外出返回时，可以选用第一模式。

本发明实施例可以使用多种模式进行认证，灵活方便，并且提高了认证的安全性。

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 (14)

1.一种生物识别门禁设备，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设置有处理模块；所述处理模块连接有存储模块、接口模块、可转动一定角度的图像采集模块、近红外补光模块、可见光补光/指示模块、显示模块、防拆报警模块、声音模块、测距模块和刷卡模块；

所述壳体包括前壳、中壳和后壳，所述前壳的一端通过阻尼轴铰接在所述中壳上，所述前壳的另一端通过螺钉与所述中壳固定在一起，所述后壳通过螺钉与所述中壳固定在一起；所述生物识别门禁设备的主电路板设置在所述中壳和后壳之间，所述图像采集模块设置在所述前壳的内侧中部，所述可见光补光/指示模块设置在所述图像采集模块的周围，所述显示模块设置在所述前壳的外侧上端，所述刷卡模块设置在所述前壳的内侧下端；

所述图像采集模块为柱形，所述柱形向外的一侧为平面，其两端通过转动轴铰接在所述前壳的内侧中部，所述前壳的外侧中部设置有控制所述图像采集模块转动的角度调节按钮；所述中壳的内侧设置有多个光电传感器，所述图像采集模块上设置有与所述多个光电传感器对应的挡板，当所述图像采集模块旋转到上端极限位置、下端极限位置和中间位置时，所述多个光电传感器分别输出表示该位置的信号。

2.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述螺钉为凹头螺钉，所述凹头螺钉的下部设置有环形凹槽，所述环形凹槽上设置有C形卡环，所述前壳上设置有与所述凹头螺钉相配合的透孔，所述透孔的底部设置有用于挡住所述C形卡环的环形凸起，所述中壳上设置有与所述凹头螺钉相配合的螺纹孔；所述凹头螺钉上套设有弹簧，所述弹簧的一端抵靠在所述凹头螺钉的头部，另一端抵靠在所述环形凸起上。

3.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述光电传感器包括第一光电传感器、第二光电传感器和第三光电传感器，所述挡板包括第一挡板、第二挡板和第三挡板，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板分别对应所述第一光电传感器、第二光电传感器和第三光电传感器，所述第一光电传感器设置在所述上端极限位置处，所述第二光电传感器和第三光电传感器设置在所述下端极限位置处，所述第二挡板的高度大于所述第一挡板和第三挡板的高度；所述上端极限位置以及下端极限位置与中间位置的夹角均为30°。

4.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述图像采集模块包括左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元和场景图像采集单元，所述处理模块的数据端经数据选择器与所述左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元和场景图像采集单元的数据端连接，所述处理模块的选通控制端连接所述数据选择器的选通控制端。

5.根据权利要求4所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述处理模块的帧同步信号端和行同步信号端分别经所述数据选择器连接所述左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元和场景图像采集单元的帧同步信号端和行同步信号端。

6.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述近红外补光模块包括至少一个近红外补光灯，所述近红外补光灯设置在所述图像采集模块的下方和/或侧面，所述近红外补光灯的光线方向与所述图像采集模块的光轴方向夹角范围为4°-16°。

7.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述可见光补光/指示灯包括导光板和设置在所述导光板周围的LED灯，所述导光板中间开设有透孔，所述导光板的上方在所述透孔的周围设置有遮光纸从而形成环形灯光区；所述可见光补光/指示灯前方设置有用于反馈用户位置的凹面镜。

8.根据权利要求7所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述导光板的底面印刷设置有导光点层，所述导光点层外侧、所述导光板的正面和侧面均设置有反光纸；所述导光板为亚克力板，其形状为矩形，所述透孔为跑道形，所述导光板的两侧分别设置有两个用于放置LED灯的灯槽，所述LED灯为贴片方形LED灯或直插LED灯或条形LED灯。

9.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述防拆报警模块包括第一微动开关和第二微动开关，所述第一微动开关设置在所述中壳内侧并受所述前壳挤压，所述第二微动开关和设置在所述后壳外侧并受墙体挤压。

10.根据权利要求9所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述第一微动开关和第二微动开关为一个双向开关的两端，所述双向开关贯穿地设置在所述中壳和后壳上；所述双向开关包括外壳，所述外壳的两端设置有第一按压端和第二按压端，所述外壳内部在所述第一按压端和第二按压端之间设置有弹簧，所述第一按压端和第二按压端上均设置有按键防脱结构，其中：

所述外壳内部在所述第一按压端的一侧设置有第一接触板，所述第一按压端上设置有用于与所述第一接触板配合的第一动态接触端，所述第一接触板和第一动态接触端构成所述第一微动开关的两个连接端；

所述外壳内部在所述第二按压端的一侧设置有第二接触板，所述第二按压端上设置有用于与所述第二接触板配合的第二动态接触端，所述第二接触板和第二动态接触端构成所述第二微动开关的两个连接端。

11.根据权利要求1所述的生物识别门禁设备，其特征在于，所述声音模块包括扬声器和麦克风，所述测距模块包括距离传感器，所述接口模块包括电源接口和通信接口，所述通信接口包括USB接口、以太网接口、串行通信接口和门禁接口；所述中壳的内侧设置有开关按钮、用于使图像采集模块可以转动的使能按钮以及备用电源。

12.一种权利要求1-11任一所述的生物识别门禁设备的工作方法，其特征在于，包括步骤：

使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值；

判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求，若否，提示用户调整与生物识别门禁设备距离，直至用户与生物识别门禁设备的距离值符合采集要求；

判断图像采集模块的角度是否符合采集要求，若否，提示用户调节图像采集模块，使其转动一定角度，直至图像采集模块的角度符合采集要求；

采集生物图像；

判断采集到的生物图像是否合格，若是，使用所述生物图像进行认证，否则，重复执行上述步骤；

判断认证是否成功或超时，若是，输出认证结果，否则，转至所述使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值的步骤。

13.根据权利要求12所述的工作方法，其特征在于，所述判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求之后，所述判断图像采集模块的角度是否符合采集要求之前还包括：

处理模块的选通控制端发送选通控制信号至数据选择器，使得数据选择器将左眼虹膜图像采集单元、右眼虹膜图像采集单元、人脸图像采集单元或场景图像采集单元连接至处理模块。

14.根据权利要求12或13所述的工作方法，其特征在于，所述使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值之后，所述判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求之前还包括：

处理模块判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否在预设范围内，若是，判断预先设置的识别模式是第一模式、第二模式还是第三模式，否则，转至所述使用测距模块得到用户与生物识别门禁设备的距离值的步骤；

若是第一模式，则转至所述判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求的步骤；

若是第二模式，则执行如下步骤：

使用刷卡模块进行刷卡认证，若刷卡通过，则转至所述判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求的步骤，否则，重复使用刷卡模块进行刷卡识别的步骤；

若是第三模式，则执行如下步骤：

转至所述判断用户与生物识别门禁设备的距离值是否符合采集要求的步骤；

若在规定的时间内认证不成功，则转至所述使用刷卡模块进行刷卡认证。