CN105407792A - 用于补偿虹膜成像的次佳定向的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种用于在图像捕捉期间补偿虹膜成像设备的次佳定向的方法和设备。本发明的虹膜成像设备包括虹膜相机和偏差传感器。所述偏差传感器可以被配置为检测在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差。响应于所检测的偏差，实现校正，以补偿所检测的偏差。

Description

用于补偿虹膜成像的次佳定向的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种成像设备，用于获得主体眼睛的一个或多个特征的图像以便进行生物识别。本发明尤其可操作，以获得主体的虹膜图像用于虹膜识别。

背景技术

基于脸部特征(包括眼睛的特征)的生物识别的方法是众所周知的。虹膜识别的方法实现模式识别技术，以将获取的主体虹膜图像与先前获取的主体虹膜图像进行比较，从而确定或验证主体的身份。使用数学/统计算法，基于图像，编码对应于所获取的虹膜图像的数字模板。随后，将数字模板和先前编码的数字模板(对应于先前获取的虹膜图像)的数据库进行比较，用于定位匹配，从而确定或验证主体的身份。

众所周知，虹膜识别系统在电磁频谱的可见区域(400nm到700nm)或近红外区域(700-900nm)或这两者的组合的范围内获取虹膜的图像。

用于虹膜识别的设备可以包括用于捕捉主体虹膜图像的成像设备以及用于将捕捉的图像和先前储存的虹膜图像信息进行比较的图像处理设备。成像设备和图像处理设备可以包括分离的装置，或者可以在单个装置内组合。

在操作期间，人们发现，(i)主体眼睛的定位以及(ii)主体虹膜的方向相对于成像设备具有针对图像采集和优化编码以及随后匹配虹膜图像的数字模板的结果。

图1示出了针对图像捕捉的主体眼睛的适当定位的一些考虑因素。如图1中所示，虹膜相机IC具有有限的并且固定的视场FOV(即，能够在相机的图像传感器上捕捉的检查的体积)。在图1中，视场FOV是由虚线Fv1和Fv2限定的区域。虹膜相机IC另外具有景深DOF，其中，景深DOF限定区域，在该区域内，主体的虹膜显得可接受地清晰，并且具有充足的细节，用于虹膜图像捕捉的目的。在图1中，景深DOF是沿着z轴在虚线Df1与Df2之间的区域。虽然在附图中未明确显示，但是虹膜相机IC可以包括图像传感器和相机透镜。

为了图像获取，主体的眼睛E需要放在由视场FOV和景深DOF的交叉点限定的图像捕捉区域内，这确保了所获取的虹膜图像具有充足的清晰度和细节。保留在视场FOV区域的外面的主体的眼睛E的部分不会被虹膜相机IC获取。同样，如果主体的眼睛E放在景深DOF区域的外面，那么所获取的图像会不聚焦(如果在朝着虹膜相机IC的方向并且处于景深DOF区域的外面)，或者会具有不充分的虹膜纹理细节(如果在远离虹膜相机IC的方向并且处于景深DOF区域的外面)。

除了将主体的眼睛适当地放在由视场FOV和景深DOF的交叉点限定的图像捕捉区域内以外，还优选地确保主体的虹膜相对于虹膜相机IC的光轴O适当地定向，以确保虹膜部分在图像获取期间不变形或堵塞。例如，如果引导主体凝视周边，那么虹膜朝着眼眶开口的一侧移动，这造成仅仅一部分虹膜和/或变形的虹膜视图的图像获取。为了最佳虹膜图像获取，虹膜应基本朝着眼眶开口的中心定位，并且大体沿着虹膜相机IC的光轴O位于中心，用于图像采集。

通过提供反馈对象，可以实现相对于虹膜相机的光轴(i)定位主体的眼睛和(ii)确保虹膜的最佳方向的目标。其中，主体需要引导凝视该反馈对象，以用于图像采集。定位反馈对象，从而在引导主体的眼睛凝视反馈对象查看时，主体的眼睛位于在由虹膜相机的视场和景深的交叉点限定的图像捕捉区域内的适当位置。另外，反馈对象以这样一种方式定位，即引导主体凝视反馈对象，确保虹膜在眼框开口内以及沿着相机的光轴的最佳定位。

反馈对象可以是任何可见物体，并且定位成确保眼睛以及虹膜的适当定位，以用于图像获取。反馈对象的实例包括数字、字符、文本、插图、图像或照明源。反馈对象可以由环境光照明用于查看，或者可替换地，可以由在成像设备内的一个或多个光源照明。

用于确保主体眼睛定位的反馈对象的一个实现方式包括反射元件(例如，反射镜)，其设置在成像设备内。在主体的眼睛适当地定位在虹膜相机的视场内用于图像采集时，反射元件形成主体的眼睛的图像，该图像对于主体而言可见。这样形成的图像提供了主体眼睛被适当定位以便进行成像的积极的可见指示。在反射元件是适当弯曲的反射元件(例如，凹面反射镜)的情况下，主体眼睛的图像仅仅在主体眼睛位于虹膜相机的景深区域内时才会清晰地出现。如果眼睛在虹膜相机的视场内，但是在景深的外面，那么主体会看到其自己眼睛的变形的或不聚焦的图像，从而提供错误定位的可见指示。会理解的是，在这种情况下，主体的眼睛被用作反馈对象。

在反馈对象的特定实现方式中，弯曲的反射元件可以包括滤光片(例如，带通滤光片或冷光镜)，其放在虹膜相机与主体的眼睛之间。可以选择滤光片，以允许红外线照射穿过，同时反射可见波长。这确保反射可见光以形成主体眼睛的图像，而允许红外线波长到达虹膜相机用于图像获取。

由于虹膜相机的尺寸/空间限制或有限的景深，所以在主体眼睛需要非常接近反馈对象时，虹膜成像的先有技术系统中的缺点被注意到。

人眼不能适当地聚焦在比特定距离更接近眼睛的物体上。物体可以由眼睛聚焦的最接近的点称为眼睛的“近点”，并且这个近点通常理解为与眼睛相距大约25cm(对于正常成年人而言)。为了这个书面描述的目的，在主体的眼睛与眼睛的近点之间的距离称为眼睛的“近点距离”。

由于这种反馈对象需要放置在与眼睛相距至少25cm的位置以便能够适当地查看，所以在提供反馈对象以便能够将眼睛定位在虹膜相机的前面时，眼睛的近点呈现明显的限制。由于在某些设备内，虹膜相机和反馈对象均设置在成像设备上或成像设备内，所以在图像获取期间，必须将眼睛定位在与反馈对象相距25cm(或更远)的位置，需要将成像设备(以及因此虹膜相机)放置在与主体的眼睛相距至少25cm的位置。这反过来要求虹膜相机具有至少25cm的图像捕捉距离。

因此，不支持至少25cm的图像捕捉距离的相机面临与虹膜定位系统相结合用于图像获取的挑战，这是因为所述相机不能支持在主体的眼睛与成像设备之间所需要的25cm间隔。这种情况在嵌入手持式通信装置或移动计算装置(例如，移动电话、智能电话、个人数字助理、平板电脑或膝上型装置)内的相机中尤其明显，其中，由于(i)尝试减小手持式通信装置的厚度，(ii)减小虹膜相机的尺寸，以及(iii)需要能够捕捉具有充足的光学和像素分辨率的虹膜图像，所以能够进行虹膜成像(具有充足的清晰度和细节)所需要的图像捕捉距离通常远远小于25cm，并且可能在小于12.5cm的范围内。

此外，必须确保在眼睛与设置在成像设备上或成像设备内的反馈对象之间具有距离25cm，这被认为明显增大成像设备本身的尺寸。

除了在本领域中的以上缺点以外，还优选尽可能减少相对于虹膜相机的水平和垂直轴的，主体的头部和/或眼睛(以及因此虹膜)的相应的水平和垂直轴之间角度偏差。

虽然主体易于将其头部自然放在基本垂直的方向(即，相对于水平和垂直轴没有明显的角度偏差)用于图像获取，但是虹膜相机无意中的倾斜会引起引起不希望的角度偏差。

优选虹膜图像在以下时刻由虹膜相机获取：(i)在主体虹膜和虹膜相机的相应的垂直轴之间的角度偏差是0，以及(ii)在主体虹膜和虹膜相机的相应的水平轴之间的角度偏差是0时。

虽然用于虹膜识别的已知编码和比较算法可以在数学上补偿主体虹膜和虹膜相机的相应轴在0°与360°之间的任何角度偏差，但是补偿增加了计算复杂度以及执行时间。因此，在图像获取时，最小化或者完全消除在主体的头部(以及虹膜)和虹膜相机的相应水平轴和垂直轴之间的角度偏差产生了的优势。

发明内容

本发明包括一种用于在虹膜图像捕捉期间补偿虹膜成像设备的次佳定向的方法，所述虹膜成像设备包括虹膜相机和偏差传感器。所述方法包括通过偏差传感器，检测在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差。响应于所检测的偏差，所述方法实现校正，以补偿所检测的偏差。

实现校正以补偿所检测的偏差可以包括确定在需要施加到捕捉的虹膜图像的相应旋转，以补偿所检测的偏差。在一个实施方式中，实现校正包括以确定的旋转量旋转获取的虹膜图像。在另一个实施方式中，实现校正包括重新定向所述虹膜相机从而与所述虹膜相机的所述预定最佳定向基本对应。

在一个实施方式中，所述虹膜相机的预定最佳定向可以包括在所述虹膜相机内的参考平面与垂直平面的基本对准。在一个特定的实施方式中，所述虹膜相机的预定最佳定向可以包括包括在所述虹膜相机内的参考平面与由重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴限定的平面基本对准。

由偏差传感器检测的偏差可以包括所述虹膜相机的参考平面至少相对于水平和垂直轴的角度偏差。所述检测的偏差可以包括所述虹膜相机的参考平面至少相对于重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴的角度偏差。

在该方法的一个实施方式中，在其内设置所述虹膜相机的图像传感器的平面用作参考平面，用于从中确定所述预定最佳定向或与所述预定最佳定向的偏差。

在本发明的一个实施方式中，重新定向所述虹膜相机可以包括警告操作人员，以减少在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差。

在一个实施方式中，所述偏差传感器是加速计、陀螺仪或倾斜传感器中的任一个。

本发明可以另外包括一种虹膜成像设备，其被配置用于在虹膜图像捕捉期间补偿虹膜成像设备的次佳定向。所述设备包括：虹膜相机和偏差传感器。虹膜相机可以包括图像传感器和相机透镜。偏差传感器可以被配置为检测在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差，以便响应于所检测的偏差，所述设备实现校正，以补偿所检测的偏差。

所述设备可以被配置为为确定需要施加到捕捉的虹膜图像的相应旋转，以补偿所检测的偏差。

在虹膜成像设备的一个实施方式中，所述偏差传感器可以是加速计、陀螺仪或倾斜传感器中的任一个。

所述设备可以进一步包括处理器和用户接口中的至少一个。

在该设备的一个实施方式中，所述虹膜相机和所述偏差传感器可以设置在手持式通信装置、移动计算装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、平板电脑或膝上型装置中的任一个内。

本发明另外提供一种供计算机使用的计算机程序产品，用于在虹膜图像捕捉期间校正虹膜成像设备的倾斜。所述计算机程序产品可以包括永久性计算机可使用的介质，其具有在其内体现的计算机可读程序代码。所述虹膜成像设备可以包括虹膜相机和偏差传感器。所述计算机可读程序代码可以包括指令，用于(i)通过偏差传感器，检测在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差；并且(ii)响应于所检测的偏差，实现校正，以补偿所检测的偏差。

附图说明

图1示出了主体的眼睛的定位，用于通过虹膜相机进行图像捕捉；

图2示出了用于虹膜识别的设备的功能方框图；

图3示出了在超过眼睛的近点距离处形成的主体的眼睛的直立、清晰的虚像的反射光学系统；

图4到图6示出了具有用于提供主体的眼睛的影像作为反馈对象的反射光学系统的成像设备的实施方式；

图6A到6C示出了成像设备的虹膜相机和反射光学系统的各种方向；

图7示出了具有插入在主体的眼睛与虹膜相机之间的反射光学系统的成像设备的实施方式；

图8示出了超过主体的眼睛的近点距离形成反馈对象的虚像的光学系统；

图9到图12F示出了具有用于形成反馈对象的虚像的光学系统的成像设备的实施方式；

图13和图14示出了具有插入在主体的眼睛与虹膜相机之间的反射光学系统的成像设备的另一个实施方式；

图15A到图15F示出了用于成像设备的反射光学系统的实施方式；

图16A到图16F示出了用于设置在外壳内的成像设备的反射光学系统的特定实施方式；

图17A和图17B示出了用于改变在对象之间的光路的示例性光学元件；

图18示出了可以在其中实现本发明的各种实施方式的示例性计算机系统。

具体实施方式

图2是用于虹膜识别的设备的功能方框图，包括成像设备202和图像处理设备204。成像设备202获取主体的虹膜的图像，并且将图像传输给图像处理设备204。由成像设备202捕捉的图像可以是静止图像或视频图像。图像处理设备204随后分析基于捕捉的主体虹膜图像而编码的数字模板并且将基于捕捉的主体虹膜图像编码的数字模板和基于先前获取的虹膜图像编码的数字模板，以便识别主体或者验证主体的身份。

虽然在图2中未显示，但是虹膜识别设备200可以包括其他元件，包括用于从视频图像中提取静止帧，用于处理和数字化图像数据、注册(捕捉和储存主体的虹膜信息并且将储存的信息与该主体唯一地相关联的处理)以及比较(将从主体中获取的虹膜信息和先前在注册期间获取的信息进行比较，用于识别或验证主体身份的处理)，并且用于在设备的元件之间启用通信。成像设备、图像处理设备以及虹膜识别设备的其他元件每一个均可以包括分离的装置，或者可以在单个装置内组合。

本发明提供了一种系统，用于对准或定位主体的眼睛，用于虹膜图像捕捉。

在一个实施方式中，该系统包括反馈对象，以便使眼睛和虹膜本身能够适当地定位，其中，在图像获取时，在反馈对象与主体的眼睛之间的距离小于眼睛的近点距离，并且在进一步实施方式中，小于眼睛的近点距离的一半。本发明通过提供光学元件实现这个目标，该光学元件在主体的眼睛前面形成主体看得见的、清晰的、反馈对象的正立像，使得反馈对象的像与主体的眼睛之间的距离大于或等于眼睛的近点距离。

在本发明的第一实施方式中，在主体的眼睛定位用于图像获取时，反馈对象是主体的眼睛，并且反馈对象的清晰的直立像是主体眼睛的映像，其中，所述映像由反射元件形成。

图3示出了用于理解在涉及反射元件的实现方式中，物体的虚像如何超过眼睛的近点距离而形成的光学原理。

在图3中，从眼睛E散射的入射光线P、Q以及R由反射元件R3反射并且作为反射光线P'、Q'以及R'入射在眼睛E上。虚像E'的成像位置能够通过反向延长反射光线P'、Q'以及R'到相交差的位置而找到。对于主体，反射线呈现出从该点(作为像点)处分叉。通过基于期望的物距(主体的眼睛预期定位用于最佳图像获取的距离)和近点距离而适当地选择反射元件，可以确保主体眼睛的虚像笔直地形成在眼睛的前面且位于或超过眼睛的近点的距离(沿着光轴A)的位置。在某些实施方式中，反射元件R4可以定位使得在查看眼睛E的映像时，(i)主体的眼睛向虹膜相机的方向观看，或者(ii)在主体眼睛观看的方向与虹膜相机相对于眼睛定位的方向之间的偏差在0°与30°之间。

图4示出了本发明的一个实施方式，其中，反馈对象是主体的眼睛的映像。所示的实施方式包括虹膜相机IC和反射元件R4，其中，R4定位使得仅仅在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体在反射元件R4内看到其眼睛E的直立清晰的映像。在引导主体凝视反射元件R4，以便观察眼睛E的映像时，主体的虹膜处于适合于虹膜相机IC的最佳图像获取的方向，即，虹膜沿着虹膜相机IC的光轴O基本位于中心的情况。

在所显示的实施方式中，反射元件R4是凹面反射镜，其定位使得凹面反射镜与主体的眼睛之间的距离小于近点距离。选择反射元件R4，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，直立虚像E'与眼睛E之间沿着光轴A的距离大于或等于近点距离。在一个优选的实施方式中，凹面反射镜与主体的眼睛之间的距离小于近点距离的一半，并且可以选择反射元件R4，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，直立虚像E'与眼睛E之间沿着光轴A的距离大于或等于近点距离。

通过在大于或等于眼睛的近点距离的距离上形成图像，在图像采集的适当位置内时，主体能够观看眼睛的聚焦影像，即使反射元件R4与眼睛E之间的物理距离小于近点距离。

在图4中所示的实施方式中，可以选择和定位凹面反射镜R4，使得(i)由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域位于凹面反射镜R4与凹面反射镜R4的焦点之间，并且(ii)虚像E'与眼睛E之间的距离大于或等于近点距离。

如图4中所示，本发明可以包括照明源LT，用于照明眼睛E，以便图像捕捉。

图5示出了本发明的第二实施方式，其中，反馈对象是主体的眼睛的映像。实施方式包括虹膜相机IC和反射元件R5，其中，R5定位使得仅仅在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体会在反射元件R5内看到其眼睛E的直立清晰的映像。在引导主体凝视反射元件R5，以观察眼睛E的映像时，主体的虹膜处于适合于虹膜相机IC的最佳图像获取的方向，即，虹膜沿着虹膜相机IC的光轴O基本位于中心的情况。

在图5中所示的实施方式中，反射元件R5是平凸反射镜元件，其具有设置在眼睛E的远端的平坦(或基本平坦)反射元件M5以及设置在眼睛E的近端的凸透镜元件L5。要理解的是，反射元件M5和凸透镜元件L5可以一体地形成，或者可以通过两个离散元件的可逆或不可逆的耦合来形成。反射元件M5和凸透镜元件L5可替换地是设置为彼此相邻或基本相邻的两个离散元件。在一个实施方式中，反射元件R5可以包括平凸透镜镜元件L5，其中，平坦面使用反射涂层处理或者覆盖有反射涂层。在另一个实施方式中，反射元件R5可以依赖于平坦表面M5的部分反射，该表面可以具有或没有反射涂层。

在图像获取期间，反射元件R5在距离主体的眼睛小于近点距离的距离处定位。选择反射元件R5，使得在眼睛E为由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，在与主体的眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处，形成直立的、清晰的虚像E'。在一个优选的实施方式中，在图像获取期间，反射元件R5在与主体的眼睛相距的距离小于近点距离的一半处定位。在这种实施方式中，选择反射元件R5，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，直立的、清晰的虚像E'在与主体的眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处形成。

在图5中显示的实施方式中，可以选择平凸元件R5，使得(i)具有在眼睛E处或者比眼睛E更远的焦点，并且(ii)虚像E'是在与眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处形成的直立的、放大的影像。

图6示出了本发明的另一个实施方式，其中，反馈对象是主体的眼睛的映像。实施方式包括虹膜相机IC和反射元件R6，其中，R6定位使得仅仅在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体在反射元件R6内看到其眼睛E的直立清晰的映像。在引导主体凝视反射元件R6以观察眼睛E的映像时，主体的虹膜处于适合于虹膜相机IC的最佳图像获取的方向，即，虹膜沿着虹膜相机IC的光轴O基本位于中心的情况。在某些实施方式中，反射元件R6可以定位使得在查看眼睛E的映像时，(i)主体的眼睛向虹膜相机的方向观看，或者(ii)主体的眼睛观看的方向与虹膜相机相对于眼睛定位的方向之间的偏差在0°与30°之间。

反射元件R6是平凸反射镜元件，其具有设置在眼睛E的远端的凸形反射表面M6以及设置在眼睛E的近端的平透镜表面L6。要理解的是，凸形反射表面M6和平透镜部分L6可以一体地形成，或者可以通过两个离散元件的可逆或不可逆耦合来形成。反射元件M6和透镜部分L6可替换地是设置为彼此相邻或基本相邻的两个离散元件。在一个实施方式中，反射元件R6可以仅仅包括单个平凸镜，其中，利用反射涂层对凸面进行处理。

在图像获取期间，反射元件R6可以优选地定位在与主体的眼睛相距的距离小于近点距离处。依然更优选地，在图像获取期间，反射元件R6可以优选地定位在与主体的眼睛相距的距离小于近点距离的一半处。选择反射元件R6，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，虚像E'形成在与眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处。

在图6中所示的实施方式中，可以选择平凸形元件R6，以便(i)其具有在眼睛E处或者比眼睛E更远的焦点，并且(ii)虚像E'是在与眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处形成的直立的、放大的图像。

虽然根据反射元件的具体配置讨论了在图4、5以及6中所示的实施方式，但是本发明可以同样实现任何反射光学系统，其包括反射或部分反射元件或反射元件与其他光学元件的组合，并且被配置使得如果该反射光学系统与主体的眼睛之间的距离小于近点距离(或者更优选地，小于近点距离的一半)，反射影像E'与主体的眼睛E之间的距离大于或等于近点距离。为了本公开的目的，术语“反射元件”和“反射光学系统”应理解为可互换。

更进一步，在结合图4、5以及6描述的本发明的实施方式中，反射元件和虹膜相机可以相对于彼此定位，使得在(i)虹膜相机的图像传感器与(ii)由视场FOV与景深DOF的交叉限定的图像捕捉区域之间的距离小于近点距离的一半。

在图4、5以及6中所示的实施方式中，反射元件与虹膜相机相邻或与虹膜相机的一侧相邻而定位，以便从虹膜相机IC的光轴O中完全移除反射元件。图6B示出了本发明的一个实施方式，其中，反射元件R6B与虹膜相机IC相邻并且垂直地定位于其上方，以及照明源LT与虹膜相机IC相邻并且位于其一侧上。图6C示出了本发明的另一个实施方式，其中，虹膜相机IC与反射元件R6C相邻并且与反射元件R6C的一侧相邻而定位，以及照明源LT与反射元件R6C相邻并且与反射元件R6C的相反侧相邻而定位

同样，在图4、5、6B和6C中所示的实施方式中，可以提供照明源LT照明眼睛E，用于图像捕捉。在所示的实施方式中，照明源LT与反射元件(R4、R5、R6)相邻或者与反射元件(R4、R5、R6)的一侧相邻而定位，使得反射元件不干扰从照明源LT到眼睛E的照明辐射的传输。

图4、5以及6也示出了照明源的替换的定位，其中，反射元件(R4、R5、R6)插在交替的照明源LT'与主体的眼睛E之间。在替换的实现方式中，反射元件(R4、R5、R6)包括滤光片(例如，带通滤光片或冷光镜)，其定位在照明源LT'与主体的眼睛E之间。选择滤光片，以允许来自照明源LT'的红外线照射穿过并且通往主体的眼睛E，同时反射从主体的眼睛E反射的可见波长。这确保可见光被反射以形成主体的眼睛的影像，同时允许由照明源LT'生成的红外线波长到达主体的眼睛E以便对眼睛进行照明，用于图像获取。

要理解的是，在本书面描述中描述的虹膜成像设备的一个实现方式在具有内置相机的手持式装置(例如，移动电话、膝上型电脑、平板电脑、个人数字助理等)内。这可以通过将虹膜相机和反射元件包括在手持式装置的外壳内来实现，其中，虹膜相机和反射元件具有设置在其与图像捕捉区域之间的透明或基本透明的平面平行元件(例如，一个或多个玻璃窗)。

人们发现，除非虹膜相机透镜元件与平面平行元件垂直或者基本垂直，图像质量易于大幅降低。为了确保最佳图像捕捉，虹膜相机因此设置在外壳内，使得虹膜相机的透镜轴与垂直于透明的(或基本透明的)平面平行元件的轴之间的偏差在0°与5°之间。依然更优选地，在虹膜相机透镜设置为确保虹膜相机透镜元件与平面平行元件垂直或基本垂直的实施方式中，反射元件可以相对于与平面平行元件垂直的轴倾斜某种程度，该倾斜程度足以确保在主体的眼睛位于图像捕捉区域内时，主体能够在反射元件内看到其虹膜的直立的、清晰的影像。在一个实施方式中，反射元件相对于与平面平行元件垂直的轴倾斜5°或更大。

图6A示出了本发明的一个实施方式，其中，(i)虹膜相机IC和反射元件设置在透明的平面平行元件PPE的一侧上，(ii)虹膜相机被设置使得虹膜相机的透镜轴LAX与透明的(或基本透明的)平面平行元件PPE的基本垂直，并且(iii)反射元件相对于与平面平行元件垂直的轴PPAX倾斜。

通过解释，为了这个以及相似的实施方式，术语“倾斜”以及“倾斜的”描述反射光学系统的配置和布置，其中，(i)反射光学系统设置在虹膜相机的一侧，并且(ii)反射元件相对于虹膜相机透镜轴设置，使得在眼睛位于图像捕捉区域内时，主体眼睛的可由主体看见的清晰直立的虚像，在反射光学系统中(在优选的实施方式中，基本在反射光学系统的中心)形成。

用于实现反射光学系统的期望的倾斜设置的非限制性实施方式可以包括以下中的一个或多个，(i)增加设置在反射元件与图像捕捉区域之间并且接近反射元件的棱镜，并且b)在虹膜相机与反射光学系统的一个或多个表面之间提供合适的线性偏移。

虽然根据反射元件的具体配置讨论了在图4到图6A中所示的实施方式，但是本发明同样可以实现任何反射光学系统，包括反射或部分反射元件或反射元件与其他光学元件的组合，并且被配置使得如果该反射光学系统与主体的眼睛之间的距离小于近点距离(或者更优选地，小于近点距离的一半)，那么反射影像E'与主体的眼睛E之间的距离大于或等于近点距离。为了本公开的目的，术语“反射元件”和“反射光学系统”应理解为可互换。

如下面所解释的，在主体的眼睛位于虹膜相机的景深内时，如在图4、5以及6中所示，适合于本发明中的实现方式的光学元件或反射光学系统的选择可以是(i)近点距离以及(ii)主体的眼睛与光学元件之间的距离的函数。

在一个实施方式中，可以选择和定位反射元件，使得图像捕捉区域位于反射元件与反射元件的焦点之间。

在反馈对象是主体的眼睛本身的映像的本发明的一个实施方式中，反射光学系统可以包括角度选择反射元件，即，反射仅仅以单独选择的入射角或所选入射角范围的入射光的反射元件。在一个实施方式中，选择角度选择反射元件，使得表面仅仅在与虹膜相机的视场对应的入射角内是具有反射性，从而确保在位于虹膜相机的视场内时，主体仅仅能够查看其眼睛的映像。在另一个实施方式中，考虑到改进装置的外观，可以仅仅包括角度选择反射元件，。

在本发明的另一个实施方式中，可切换的“智能玻璃”元件设置在反射元件的前面。智能玻璃元件能够可切换地控制通过的透射光的光量。在经受状态变化时，智能玻璃元件从第一透明/半透明状态变成第二反射或不透明状态。智能玻璃元件的非限制性实例包括电致变色装置、悬浮颗粒装置、微型盲孔以及液晶装置。在一个实施方式中，设置在反射元件的前面的智能玻璃元件保持在第一黑暗/不透明的状态，直到需要虹膜识别。智能玻璃元件在这个阶段可以经受状态变化(例如，变化至半透明/透明状态)，使得主体能够查看设置在智能玻璃元件之后的反射元件，用于虹膜对准。在一个实施方式中，智能玻璃元件是电致变色元件，通过对其施加电压差，该元件从第一状态移动到第二状态。在另一个实施方式中，反射光学系统的反射元件包括“智能玻璃”元件，该元件可以从反射状态变成半透明/透明状态，从而将对象暴露在该“智能玻璃”反射元件(例如，黑色背景)之后。

图7示出了本发明的一个实施方式，其中，反馈对象是主体的眼睛本身的映像，并且反射光学系统R7沿着光轴O设置在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间。在所所示的实施方式中，反射光学系统R7可以是冷光镜或者其他滤光片，其反射可见波长，但是允许某些红外线波长穿过，用于虹膜相机IC的图像获取。选择和定位反射光学系统R7，使得仅仅在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体在反射光学系统R7内看到其眼睛E的直立清晰的映像。

在所示的实施方式中，反射光学系统R7是凹面反射镜，在图像获取期间，该凹面反射镜位于与主体的眼睛相距的距离小于近点距离处。选择反射光学系统R7，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，形成直立的虚像E'使得在影像E'与眼睛E之间的距离大于或等于近点距离。

与在图4的情况中一样，在图7中所示的实施方式中，可以选择和定位反射光学系统R7，使得(i)由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域位于反射镜R7与反射镜R7的焦点之间，并且(ii)在与眼睛E相距的距离大于或等于近点距离处，形成直立的、放大的虚像E'。

虽然在图7中所示的实施方式示出了凹形反射光学系统R7，但是反射光学系统可以同样采用在图5或6中讨论的任何配置。反射光学系统R7可替换地包括任何其他反射光学系统(包括反射元件或反射元件和透镜元件的组合)，其被配置使得在主体的眼睛位于由虹膜相机的视场与景深的交叉限定的图像捕捉区域内时(该图像捕捉区域位于与反射光学系统R7相距的距离小于近点距离处)，直立清晰的影像形成在主体的眼睛的前面，并且形成在与主体的眼睛相距的距离大于或等于近点距离处。

此外，虽然在图7的实施方式中，反射光学系统R7包括冷光镜或滤光片，但是反射光学系统可替换地选自图13到16F中所示的任一个配置，下面进一步详细描述。在一个优选的实施方式中，可以分别从图16D和16E中所示的配置中，选择反射光学系统R7。

以上段落描述了，在眼睛适当地定位时，用于获得主体眼睛的清晰映像的反射光学系统的具体实施方式。然而，要理解的是，本发明不限于所讨论的具体实施方式，并且可以通过所选择的任何光学系统实现，以便对于小于近点距离的期望的物距(主体的眼睛预期定位在该距离处用于最佳图像获取)，主体眼睛的映像影像笔直地形成在眼睛的前面并且位于或超过眼睛的近点的距离处。

此外，要理解的是，反射光学系统可以包括单个整体形成的元件，或者可以包括(选择并且配置用于获取理想的影像形成特性的)光学元件的组合。

在本发明的第二实施方式中，反馈对象是真实物体(而非主体眼睛本身的映像)。反馈对象可以是眼睛可见的任何物体，并且设置以确保眼睛的适当定位和虹膜本身的定向。无限制地，合适的反馈对象可以包括书面内容，例如，文本、数字或字符、插图或图像、照明源(例如，白炽灯或发光二极管(LED))、或任何可见的二维或三维物体。反馈对象可以由环境光照明，用于查看，或者可以由专用光源照明，或者可以由来自成像设备本身的光源照明。

图8示出了在使用光学透镜的实施方式中，与理解其中反馈对象的虚像会超过眼睛的近点距离而形成的方式相关的一般光学原理。

在实例中，源自物体Obj或者由物体Obj散射的入射光线P、Q以及R由透镜L8折射，并且作为入射光线P'、Q'以及R'入射到眼睛E上。通过反向延伸入射线P'、Q'以及R'至相交的位置，可以确定虚像Obj'的成像位置。相对于主体，折射光线好像是从用作像点的该点分叉。通过基于物距(在透镜L8与物体Obj之间的距离)和主体距离(在眼睛E与透镜L8之间的距离)，适当地选择透镜，可以确保虚像Obj'形成在眼睛的前面并且位于或超过眼睛的近点距离处。

图9示出了本发明的一个特定实施方式，其中，反馈对象是真实物体。实施方式包括虹膜相机IC和透镜元件L9，其中，L9定位使得在眼睛E位于视场区域FOV内时，主体看到物体Obj的影像。在引导主体凝视透镜元件L9以观察物体Obj时，主体的虹膜位于适合于虹膜相机IC的最佳图像获取的方向，即，虹膜沿着虹膜相机IC的光轴O基本位于中心的情况。在某些实施方式中，透镜元件L9可以定位使得在查看虚像Obj'时，虹膜相机相对于眼睛定位的方向之间的偏差在0°与30°之间。

在所示的实施方式中，在物体Obj与眼睛E之间的距离小于近点距离，并且透镜元件L9是设置在眼睛E与物体Obj之间的凸透镜。选择透镜元件L9，使得在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV内时，形成物体Obj的直立清晰的虚像Obj'，使得影像Obj'与眼睛E之间的距离大于或等于近点距离。

通过在大于眼睛的近点距离的距离处形成影像，在用于图像获取的适当位置内(即使物体Obj与眼睛E之间的物理距离小于近点距离)时，主体能够查看物体的清晰的影像。

在图9中所示的实施方式中，可以选择透镜元件L9，使得(i)物体Obj定位成与透镜元件L9的前焦平面一致或基本一致，或者略微更接近L9(即，设置透镜元件使得反馈对象位于透镜元件与透镜元件的前焦平面之间)以及(ii)在虚像Obj'与眼睛E之间的距离大于近点距离。

合适的光学元件的选择可以是如下距离的函数：(i)近点距离、(ii)在主体的眼睛与光学元件之间的距离、以及(iii)光学元件与反馈对象的之间的距离。

以上段落根据具体的光学元件L9(例如凸透镜)描述了本发明的实施方式，所述光学元件用于在主体的眼睛适当地定位以用于图像捕捉时，获得反馈对象的直立清晰的虚像。然而，要理解的是，本发明不限于所讨论的具体实施方式，并且可以通过所选择的任何光学系统实现，使得对于期望的物距(在物体Obj与透镜元件L9之间的距离)和主体距离(在透镜元件L9与主体的眼睛E之间的距离)，当位于虹膜相机的视场FOV内时，反馈对象的清晰的虚像笔直地形成在眼睛的前面并且位于或超过眼睛的近点距离处。为了本公开的目的，术语“光学元件”和“光学系统”应理解为可互换。

此外，要理解的是，光学系统可以包括单个整体形成的元件，或者可以包括光学元件的组合，所述光学元件被选择和配置，用于实现期望的影像形成性能。

在反馈对象是真实物体，并且光学系统(例如，透镜元件)设置在主体的眼睛与物体之间以便将物体的影像超过近点距离而投射的本发明的实施方式中，可以包含限光器，以便为用户提供关于眼睛的适当定位的视觉反馈。

本发明预期的限光器可以包括不透明的、半透明的或非透明的结构，其设置在光学元件与眼睛的可能查看位置之间，以部分挡住反馈对象的虚像，除非眼睛位于用于图像捕捉的最佳位置。限光器可以包括掩膜(或其他不透明或基本非透明的元件)，具有在其内提供的孔或窗口。限光器的非限制性实例涉及环形结构、狭缝、管、筒、圆柱体、锁眼或其他结构，其在基本非透明的元件内具有窗口或孔，以便限光器的窗口或孔完全、基本或部分包围反馈对象，并且允许从至少一个查看位置畅通无阻地看到反馈对象。换言之，限光器可以被配置为防止主体的眼睛从图像捕捉区域以外面的至少一个位置中部分或完全看到反馈对象。

图10A示出了具有凸透镜L10的设备的横向视图，该设备用于在主体的眼睛适当地定位成用于图像捕捉时，在与主体的眼睛相距的距离超过近点距离处形成反馈对象的直立清晰的虚像。在所示的实施方式中，限光器M具有环形结构(限定孔Apr)并且设置在凸透镜L10与由视场FOV与景深DOF的交叉限定的图像捕捉区域之间。限光器M被配置为在眼睛位于图像捕捉区域之外(或部分位于图像捕捉区域之外)时，从眼睛的视野中遮挡部分虚像Obj'。

如图10A中所示，眼睛E1在虹膜相机IC的视场FOV内最佳地定位用于进行图像捕捉。从物体Obj入射的光射线在通往眼睛E1的路径上不受阻挡地穿过孔Apr。如上所述，选择透镜L10及其相对于物体Obj和眼睛E1的位置，确保眼睛E1看到在眼睛的近点距离处或者超过该近点形成的清晰直立的虚像Obj'。

在相同的图10A中，眼睛E2超过虹膜相机IC的景深DOF而定位。因此，限光器M阻断从物体Obj的顶部部分中入射的光射线，并且防止眼睛E2看到虚像Obj'的相应顶部部分。虽然在图10A中未示出，但是限光器M同样干扰从物体Obj的其他末端散射的光射线，并且防止眼睛E2看到虚像Obj'的相应末端部分。要理解的是，眼睛E2仅仅能够看到由从Obj中入射并且在通往眼睛E2的路径上穿过孔Apr的光射线形成的部分虚像Obj'。

图10B示出了在图10A的实施方式中的眼睛E1看到的整个虚像Obj'(三角形)。图10C示出了眼睛E2看到的虚像Obj'。要注意的是，虚像Obj'对于眼睛E2仅仅部分可见(三角形的端部被挡住)，作为将眼睛E2定位在虹膜相机IC的景深DOF区域外面的结果。

图11A示出了具有凸透镜L11的设备的横向视图，该设备用于在主体的眼睛适当地定位成用于图像捕捉时(即，在由虹膜相机IC的视场FOV与景深DOF的交叉限定的图像捕捉区域内)，获得反馈对象的直立清晰的虚像。限光器M具有环形结构(从而限定孔Apr)并且设置在凸透镜L11与由视场FOV与景深DOF的交叉限定的图像捕捉区域之间。限光器M被配置使得在眼睛位于图像捕捉区域之外(或部分位于图像捕捉区域之外)时，从眼睛的视野中遮挡部分虚像Obj'。

如图11A中所示，眼睛E1被最佳定位用于在由虹膜相机IC的视场FOV区域与景深DOF区域的交叉限定的图像捕捉区域内进行图像捕捉。从物体Obj入射的光射线在通往眼睛E1的光路上不受阻挡地穿过孔Apr。如上所述，透镜L11的选择及其相对于物体Obj和眼睛E1的位置确保眼睛E1看到在眼睛的近点处或者超过该近点而形成的清晰直立的虚像Obj'。

在相同的图中，眼睛E2部分位于虹膜相机IC的视场FOV区域的外面。因此，限光器M干扰从物体Obj的底部部分中入射的光射线，并且防止眼睛E2看到虚像Obj'的相应底部部分。眼睛E2仅仅能够看到由从物体Obj入射并且在通往眼睛E2的路径上穿过孔Apr的光射线形成的部分虚像Obj'。

图11B示出了在图11A的实施方式中的眼睛E1看到的虚像Obj'。图11C示出了眼睛E2看到的虚像Obj'。要注意的是，虚像Obj'对于眼睛E2仅仅部分可见(其底部部分被挡住)，作为眼睛E2部分位于视场FOV区域外面的结果。

图12A示出了具有凸透镜L12的设备的横向视图，该设备用于在主体的眼睛适当地定位成用于图像捕捉时，获得反馈对象的清晰的虚像。如果眼睛位于由虹膜相机IC的视场FOV区域与景深DOF区域的交叉限定的图像捕捉区域外面(或部分位于图像步骤区域外面)，那么限光器M被配置和定位从主体的眼睛遮挡部分虚像Obj'。

如图12A中所示，眼睛E1被最佳定位用于在由虹膜相机IC的视场FOV区域与景深DOF区域的交叉限定的图像捕捉区域内进行图像捕捉。从物体Obj入射的光射线在通往眼睛E1的光路上不受阻拦地穿过孔Apr。透镜L12的选择及其相对于物体Obj和眼睛E1的定位，确保眼睛E1看到在眼睛的近点处或者超过该近点而形成的直立清晰的虚像Obj'。

在相同的图中，眼睛E2部分位于虹膜相机IC的视场FOV区域的外面。因此，限光器M干扰从物体Obj的顶部部分散射的光射线，并且防止眼睛E2看到虚像Obj'的相应顶部部分。因此，眼睛E2仅仅可以看到由从物体Obj入射并且在通往眼睛E2的路径上穿过孔Apr的光射线形成的部分虚像Obj'。

图12B示出了在结合图12A讨论的实施方式中的眼睛E1完全可见的虚像Obj'。图12C示出了对于眼睛E2仅仅部分可见(其顶部部分被遮挡)的虚像Obj'，作为眼睛位于视场FOV区域外面的结果。

图12D到图12F示出了结合上述图10A到图12C，更加一般性地讨论的本发明的示例性实施方式，即，其中光学系统(例如，透镜元件)设置在主体的眼睛与物体之间，以便超过近点距离投射物体的影像，并且具有限光器，以给用户提供关于适当定位的视觉反馈。

如图12D中所示，在示例性实施方式中，反馈对象包括图标或商标Lg，其由指向商标Lg的一个或多个箭头Arr(或其他标记)包围。箭头Arr将主体的眼睛吸引到商标Lg。

图12E示出了在主体的眼睛超过虹膜相机IC的景深DOF定位时的示例性实施方式。在这种情况下，限光器干扰从一部分反馈对象入射的光射线，并且防止主体的眼睛看到一部分反馈对象(在所示的实施方式中，防止主体的眼睛看到在反馈对象的西北象限内的箭头)，而反馈对象的剩余部分(对于主体的眼睛可见的)不对称地位于孔Apr内。

图12F示出了以下情况：主体的眼睛最佳定位用于在由虹膜相机IC的视场FOV区域与景深DOF区域的交叉限定的图像捕捉区域内进行图像捕捉。在这种情况下，从反馈对象Obj入射的光射线在通往主体的眼睛的路径上穿过孔Apr，使得整个商标Lg对于主体是可见的，并且对称地位于孔Apr内，而包围商标Lg的箭头对于主体不可见。

虽然在图10A到图12B中公开的实施方式讨论了在光学系统内将限光元件与透镜元件相结合的实现方式，但是光学系统可以同样仅仅使用限光器(即没有透镜元件)提供关于眼睛的适当定位的视觉反馈。

在光学系统主要依赖于限光器来提供视觉反馈的实施方式中，如果眼睛位于虹膜相机的视场区域外面(或部分位于视场区域外面)，那么限光器可以被配置和定位以便将部分反馈对象相对于主体的眼睛阻挡。仅仅在眼睛位于虹膜相机的视场内时，从反馈对象入射的光射线在通往主体眼睛的路径上不受阻挡地穿过限光器孔，。

在这个实施方式中，限光器被配置和定位以便在通往虹膜相机的视场以外的区域的路径上，干扰从反馈对象入射的光射线，因而当主体的虹膜至少部分或完全位于视场的外面时，从主体的视野遮挡至少一部分反馈对象。在一个优选的实施方式中，限光器可以被配置和定位，使得响应于主体的虹膜完全位于视场内，反馈对象对于主体完全可见。

在相同的图中，眼睛E2部分位于虹膜相机IC的视场FOV区域的外面。因此，限光器M干扰从物体Obj的顶部部分散射的光射线，并且防止眼睛E2看到虚像Obj'的相应顶部部分。因此，眼睛E2仅仅可以看到由从物体Obj入射并且在通往眼睛E2的路径上穿过孔Apr的光射线形成的部分虚像Obj'。

图12B示出了在结合图12A讨论的实施方式中对于眼睛E1完全可见的虚像Obj'。图12C示出了对于眼睛E2仅仅部分可见(挡住其顶部部分)的虚像Obj'，作为眼睛位于视场FOV区域外面的结果。

图9、10A、11A以及12A均示出了提供反馈对象，以确保一只眼睛的用于成像的定位。然而，相同的原理和配置可以用于将主体的双眼定位或对准成用于虹膜成像。

在一个实施方式中，用于定位或对准双眼的装置或设备可以包括在图9、10A、11A以及12A中所示的实施方式的复制，以确保在该眼睛位于用于虹膜成像的适当位置时，主体的每个眼睛能够看到反馈对象的直立清晰的虚像。

在本发明的一个双眼实施方式中，每个眼睛看到的虚像独立于另一个眼睛看到的虚像。

在双眼实施方式的另一个实施方式中，选择这两个反馈对象或其定位(或选择这两者)以便在双眼适当地定位用于成像时，给主体提供单个有意义的影像。在一个优选的实施方式中，这可以通过立体对实现，其中，这两个反馈对象包括向左眼和右眼单独显示的偏移图像。在主体的双眼位于适当的位置用于虹膜成像时，主体看到具有感知的深度或三维(3D)效果的一个图像。

在旨在显示立体对的另一个双眼实施方式中，为了避免必须使向左右眼显示的两个图像彼此精确对准，这两个反馈对象包括周期性重复结构(通常是重复图案，例如，方形网格)。周期性结构使主体能够看到具有感知深度(在双眼位于用于虹膜成像的适当位置时)的图像，不需要配置装置或设备以确保在左右图像之间精确对准。在特定的实施方式中，周期性重复结构的频率足够低，以便周期性结构清晰可见，并且依然足够高，以便提供足够接近的对准点，使得眼睛可以无压力地自然锁定在其中的一个上。在特定的实施方式中，周期性重复结构可以包括具有网格状重复图案的医用胶带。这些实施方式用于消除在这两个光学信道之间精确对准的需要，这可以提供制造或成本的效益。

与在单眼的实施方式的情况中一样，在主体的每个眼睛与每个反馈对象之间的距离可以小于近点距离。因此，选择光学系统并且插在每只眼睛与每个反馈对象之间，使得反馈对象的直立清晰的虚像针对每只眼睛形成，使得在影像与眼睛之间的距离大于近点距离。

另外，本发明预期成像设备的实施方式，其中反馈对象是主体的眼睛本身的映像，并且反射光学系统沿着光轴O设置在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间。如前所述，相似设备的现有技术的实现方式依赖于滤光片，例如，冷光镜或者通带滤光片，其反射或吸收所选择的波长(例如，可见波长)，但是允许某些其他波长(例如，红外线波长)穿过，到达虹膜相机。这种滤光片使装置能够在辐射频谱的红外线区域内获取主体的虹膜的图像，同时在成像时，促使主体引导凝视眼睛的映像。以确保主体的虹膜在虹膜相机的光轴上基本位于中心。

通过这种方式使用滤光片或冷光镜的缺点在于滤光片的成本，这远远高于反射红外线和可见辐射的反射镜的成本。

为了成本效益，本发明提出反射可见光的反射光学系统，并且可以或不可以被配置以便也反射任何其他辐射，例如，在主体的眼睛与虹膜相机之间的红外线辐射。在一个实施方式中，反射光学系统可以包括普通反射镜，其被配置为反射可见波长，同时允许用于图像获取的充分辐射到达虹膜相机。

图13示出了本发明的一个实施方式，其中，反馈对象是主体的眼睛E的映像，并且反射光学系统R13沿着虹膜相机的光轴O设置在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间。选择反射光学系统R13，以反射可见和红外线辐射，并且在一个优选的实施方式中，可以包括普通镜面。

反射光学系统R13进一步具有孔Apr13。在实施方式中，孔Apr13可以位于(或基本位于)反射光学系统R13的中心。在一个实施方式中，反射光学系统R13可以定位使得光轴O穿过孔Apr13的中心。孔Apr13可以包括在反射光学系统R13的反射表面内的孔或不连续性。

可以选择和定位反射光学系统R13，使得在眼睛E为于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体看到其眼睛E的清晰的映像。虽然反射光学系统R13的反射表面部分给主体提供关于眼睛的定位的可见指示(通过将可见光反射回主体的眼睛，以形成虚像E')，但是孔Apr13同时允许从眼睛E散射的辐射沿着光路O行进并且在虹膜相机IC接收，用于图像获取。根据孔Apr13的定位，反射光学系统R13可以形成眼睛E的不完整的虚像E'，其中，由于穿过孔Apr13并且因此不会反射回眼睛E的辐射，反射的影像不完整。

通过提供孔Apr13，本发明使用普通的反射表面来同时实现以下目标：(i)将反射光学系统置于主体的眼睛与虹膜相机之间，用于提供适当的眼睛定位的可见指示的目的，并且(ii)允许从主体的眼睛散射的充分辐射由虹膜相机接收用于图像获取，从而避免与滤光片或冷光镜相关联的成本。

图14示出了本发明的另一个实施方式，具有插在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间的反射光学系统R14，所述反射光学系统R14被配置为(i)至少反射可见光，并且(ii)同时允许足以用于图像获取的辐射到达虹膜相机。

在所显示的实施方式中，反射光学系统R14的表面具有非反射部分NR14，所述非反射部分NR14允许可见以及红外线辐射穿过。反射光学系统R14的剩余表面反射可见以及红外线辐射。在一个优选的实施方式中，反射光学系统R14的反射表面可以包括普通的镜面，而非反射部分NR14可以包括不具有镜面涂层的一部分表面。

在一个实施方式中，反射光学系统R14的非反射部分NR14可以位于(或基本位于)反射光学系统的中心。在一个优选的实施方式中，反射光学系统R14可以定位，使得光轴O穿过非反射部分NR14的中心。

反射光学系统R14可以定位，以便在位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，主体看到其眼睛E的清晰映像。虽然反射光学系统R14的反射表面部分给主体提供关于眼睛的定位的可见指示(通过将可见光反射回主体的眼睛，以形成虚像E')，但是非反射部分NR14同时允许从眼睛E散射的充足辐射沿着光路O行进并且在虹膜相机IC接收，用于图像获取的目的。

根据非反射部分NR14相对于眼睛E和虹膜相机IC的定位，反射光学系统R14可以形成眼睛E的不完整的虚像E'，其中，由于辐射穿过在其通往虹膜相机IC的路径上非反射部分NR14，并且因此不会反射回眼睛E，所以反射图像不完整。

通过提供非反射部分NR14，本发明可以使用普通的反射元件来同时实现以下目标：(i)将反射光学系统插在主体的眼睛与虹膜相机之间，用于提供适当的眼睛定位的可见指示的目的，并且(ii)允许从主体的眼睛散射的充分辐射由虹膜相机接收，用于图像获取，从而避免与滤光片或冷光镜相关联的成本。

如在图13和14中所示的本发明的一个实施方式中，在虹膜适当地位于视场FOV的中心内时，孔Apr13或非反射部分NR14的位置与眼睛的瞳孔的虚像一致，从而使孔Apr13或非反射部分NR14与瞳孔不能区分。在一个实施方式中，孔Apr13或非反射部分NR14可以具有特别的尺寸并且定位在反射光学系统内，以便在眼睛适当地位于视场FOV的中心内时，与瞳孔的虚像一致。在一个实施方式中，孔Apr13或非反射部分NR14的消失可以用作眼睛适当定位的更进一步的视觉反馈。

在图13和14中所示的实施方式中，反射光学系统R13和R14是凹面反射镜。然而，要理解的是，在主体的眼睛适当地位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内时，能够给主体提供正面的可见指示的任何其他反射光学系统同样足以用于具有反射和非反射部分的反射光学系统的目的。

在一个实施方式中，可以选择反射光学系统R13或R14，以便在眼睛E位于由虹膜相机IC的视场区域FOV与景深区域DOF的交叉限定的图像捕捉区域内并且在眼睛E与反射光学系统R13和R14之间的距离小于近点距离时，形成眼睛E的虚像E'，使得图像E'与眼睛E之间的距离大于近点距离。

在图13或14中公开的实施方式中，反馈对象是主体的眼睛的映像并且反射光学系统设置在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间，反射光学系统可以包括角度选择元件，该元件允许来自眼睛的光到达IC。在一个实施方式中，通过选择角度选择反射元件(其中，表面仅仅针对在虹膜相机的视场内的入射角才具有反射性的)，仅仅在眼睛适当地位于视场FOV区域内时，主体可以看到其眼睛的映像。在另一个实施方式中，可以仅仅包括角度选择反射元件，为了改进装置的外观。

在图13和14中所示的实施方式中，主体的眼睛E显示为沿着虹膜相机IC的光轴O定位，并且反射光学系统R13和R14分别显示为沿着光轴O插在主体的眼睛E与虹膜相机IC之间。然而，在可替换的实施方式中，主体的眼睛E不需要沿着虹膜相机IC的光轴O定位，并且包括反射镜、棱镜或五棱镜的光学元件可以用于将从主体的眼睛E散射的光重新引导至虹膜相机IC上。在这种替换的实施方式中，反射光学系统R13或R14可以沿着光路插在合适的点上，其中，从主体的眼睛E散射的光循着该光路，通向虹膜相机IC的图像传感器。

图17A示出了用于重新引导光线至虹膜相机IC上的光学元件的一个实施方式。在所示的实施方式中，光学元件是反射镜R17A，该反射镜定位并且确定角度，使得从反射镜表面将入射光线R重新引导至虹膜相机IC上。在所示的实施方式中，重新引导入射光线R，促使入射光线的光路的折叠。

图17B示出了另一个实施方式，其中，一对折叠式反射镜R17B和R17B'定位并且确定角度，使得入射光线R从原始路径重新引导。在优选的实施方式中，光学元件可以用于在主体的眼睛与虹膜相机之间折叠光路，从而在具有狭窄宽度轮廓的装置(例如，移动电话或平板电脑)内实现成像设备时，可以提供特别的优势。

要理解的是，光学元件的数量及其位置可以变化，以适当地实现入射光线从其原始路径的重新引导。进一步，代替反射镜，光学元件可以包括棱镜或任何其他其能够重新引导光线的装置。更进一步，重新引导光线的光学元件的应用不限于图13和14的实施方式，并且可以用于适当地配置在本文中公开的设备内的任何两个元件之间行进的光线的光路。

要理解的是，在不背离本发明的精神的情况下，通过引入一个或多个折叠式光学元件，在本书面描述中公开的任何实施方式的变更可以适当地改变。本发明还涵盖等同于在围绕一个或多个折叠式光学元件打开时任何讨论的实施方式的任何实施方式。

图15A到15F示出了可以结合图13和14实现的反射光学系统的具体的、非限制性实施方式，即，其中，反射光学系统具有孔或非反射部分，用于允许从眼睛E散射的辐射到达虹膜相机IC，同时反射足以形成眼睛E可见的虚像E'的可见辐射。

图15A示出了具有非反射部分NR15A的反射光学系统R15A。在所示的实施方式中，非反射部分NR15A位于或基本位于反射光学系统R15A的中心。反射光学系统R15A旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过非反射部分NR15A。在图15A所示的实施方式中，反射光学系统R15A是凹面反射镜。在一个实施方式中，凹面反射镜R15A能够反射可见以及红外线波长两者。

图15B示出了具有孔Apr15B的反射光学系统R15B。在所显示的实施方式中，孔Apr15B位于或基本位于反射光学系统R15B的中心。孔Apr15B旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过孔Apr15B。在图15B显示的实施方式中，反射光学系统R15B是凹面反射镜。在一个实施方式中，凹面反射镜R15B能够反射可见以及红外线波长两者。

图15C示出了具有非反射部分NR15C的反射光学系统R15C。在所显示的实施方式中，非反射部分NR15C位于或基本位于反射光学系统R15C的中心。反射光学系统R15C旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过非反射部分NR15C。在图15C显示的实施方式中，反射光学系统R15C是平凸反射镜元件，其具有设置在虹膜相机IC的近端的平坦反射元件M15C以及设置在虹膜相机IC的远端的凸透镜元件L15C。通过具有反射元件M15C的无涂层或无反射表面部分，可以实现非反射部分NR15C。

图15D示出了具有非反射部分NR15D的反射光学系统R15D。在所示的实施方式中，非反射部分NR15D位于或基本位于反射光学系统R15D的中心。反射光学系统R15D旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过非反射部分NR15D。在图15D所示的实施方式中，反射光学系统R15D是平凸反射镜元件，其具有设置在虹膜相机IC的近端的凸面反射元件M15D以及设置在虹膜相机IC的远端的平透镜部分L15D。通过具有反射元件M15D的无涂层或无反射表面部分，可以实现非反射部分NR15D。

图15E示出了具有孔Apr15E的反射光学系统R15E。在所示的实施方式中，孔Apr15E位于或基本位于反射光学系统R15E的中心。孔Apr15E旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过孔Apr15E。在图15E所示的实施方式中，反射光学系统R15E是平凸反射镜元件，其具有设置在虹膜相机IC的近端的平坦反射元件M15E以及设置在虹膜相机IC的远端的凸透镜元件L15E。

图15F示出了具有孔Apr15F的反射光学系统R15F。在所示的实施方式中，孔Apr15F位于或基本位于反射光学系统R15F的中心。孔Apr15F旨在相对于虹膜相机IC定位，使得虹膜相机IC的光轴O穿过孔Apr15F。在图15F显示的实施方式中，反射光学系统R15F是平凸反射镜元件，其具有设置在虹膜相机IC的近端的凸反射元件M15F以及设置在虹膜相机IC的远端的平透镜部分L15F。

图16A到16F示出了在设置在具有外部表面(例如，移动电话、膝上型电脑或平板电脑的前表面)的装置外壳内时，结合图13和14更一般性描述的反射光学系统的特定的、非限制性实施方式。在一个优选的实施方式中，装置外壳的外表面可以光学透明(或透明)或基本光学透明(或基本透明)。在所示的实施方式中，反射光学系统和虹膜相机均设置在装置外壳内并且与外壳的外表面邻接(或基本邻接)。

图16A示出了结合图15A上面讨论的反射光学系统和虹膜相机，其中，反射光学系统R16A是凹面反射镜并且具有非反射部分NR16A。在所显示的实施方式中，反射光学系统R16A设置为与外壳的平坦表面S16A邻接(或基本邻接)，该平坦表面是透明的或者被配置为允许可见的以及红外线波长透射穿过。在一个优选的实施方式中，反射光学系统R16A放置成与平坦表面S16A齐平，以提高空间效率，其在具有狭窄宽度轮廓的装置(例如，移动电话或平板电脑)内实现本发明时，显示了优点。

图16B示出了结合图16A更一般性地讨论的本发明的一个优选的实施方式。优选的实施方式进一步包括设置在反射光学系统R16B与平面S16B之间的角度选择反射元件AS16B。

图16C示出了结合图15B讨论的反射光学系统和虹膜相机，其中，反射光学系统R16C是凹面反射镜并且具有孔Apr16C。进一步确定孔Apr16C的尺寸，以便虹膜相机IC(或其一部分)可以位于或者容纳在孔内。在所示的实施方式中，反射光学系统R16C设置为与外壳的平面S16C邻接(或基本邻接)，该平坦表面是透明的或者被配置为允许可见的以及红外线波长透射穿过。在一个优选的实施方式中，反射光学系统R16C放置成与平坦表面S16C齐平，用于提高空间效率。

图16D示出了结合图16C更一般性地讨论的本发明的一个优选的实施方式。优选的实施方式进一步包括设置在反射光学系统R16D与平坦表面S16D之间的角度选择反射元件AS16D。如图16D中所示，在反射光学系统R16D内的孔Apr16D的尺寸被确定以便在其内容纳虹膜相机IC。在图16D中显示的本发明的实施方式中，角度选择反射元件AS16D另外具有孔Apr16D'，配置并且确定孔Apr16D'的尺寸，以便在其内容纳至少一部分虹膜相机IC。通过将(i)外壳的平坦表面、(ii)角度选择反射元件以及(iii)反射光学系统放置成彼此相邻并且提供孔以便在反射光学系统和角度选择反射元件内容纳一部分虹膜相机IC，本发明提供了减小装置尺寸或宽度轮廓的明显提高空间效率。

图16E示出了结合图15D讨论的反射光学系统和虹膜相机，其中，反射光学系统R16E是平凸元件。在所显示的实施方式中，反射光学系统R16E的凸面反射部分位于装置外壳的平坦表面S16E的远端，而反射光学系统R16E的平透镜部分设置在平坦表面S16E的近端。孔Apr16E进一步确定尺寸，使得虹膜相机IC(或其一部分)可以位于或者容纳在孔内。平坦表面S16E可以是透明的或者被配置为允许可见的以及红外波长透射穿过。在一个优选的实施方式中，反射光学系统R16E放置成与平坦表面S16E齐平，用于提高空间效率。

图16F示出了结合图16E讨论的本发明的一个优选的实施方式。优选的实施方式进一步包括设置在反射光学系统R16F与平面S16F之间的角度选择反射元件AS16F。如图16F中所示，在反射光学系统R16F内的孔Apr16F的尺寸被确定以便在其内容纳虹膜相机IC。在图16F中所示的本发明的实施方式中，角度选择的反射元件AS16F另外具有孔Apr16F'，配置并且确定该孔的尺寸，以便在其内容纳至少一部分虹膜相机IC。

在本发明的一个实施方式中，其中在主体的眼睛与反馈对象之间的距离小于近点距离，并且光学元件在与眼睛相距的距离大于或等于近点距离处形成反馈对象的影响像，在主体的眼睛位于虹膜相机的景深内时，合适的光学元件的选择可以是(i)近点距离以及(ii)在主体的眼睛与光学元件之间的距离的函数。在本发明的一个实施方式中，其中反馈对象并非主体的眼睛的映像，光学元件的选择还是在光学元件与反馈对象之间的距离的函数。

在一个优选的实施方式中，(近似)根据薄透镜公式，选择光学系统的焦距长度：

$\frac{1}{F}=\frac{1}{U}+\frac{1}{V}$

其中，

F＝光学系统的焦距；

U＝物距；并且

V＝像距。

在薄透镜公式的第一实现方式中，涉及用于形成反馈对象的影像的反射元件：

(i)物距U是当主体的眼睛位于虹膜相机的景深内时，主体的眼睛与光学元件之间的距离；以及

(ii)像距V是当主体的眼睛位于虹膜相机的景深内时，大于或等于眼睛的近点与物距U之间的距离的距离。

随后，可以应用薄透镜公式，能够选择具有焦距F的反射元件。

在薄透镜公式的另一个实现方式中，涉及用于形成反馈对象的影像的透镜元件：

(i)物距U是在反馈对象与光学元件之间的距离；以及

(ii)像距V是当主体的眼睛位于虹膜相机的景深内时，大于或等于眼睛的近点与光学元件之间的距离的距离。

随后，可以应用薄透镜公式，能够选择具有适当的焦距F的透镜元件。

要理解的是，薄透镜公式假设具有可忽略的厚度的光学元件。对于涉及设置在具有狭窄轮廓的装置(例如，移动电话、智能电话、平板电脑或其他手持式通信装置)内的成像设备的本发明的实现方式，成像设备的狭窄轮廓需要使用具有相应较小厚度的光学元件，从而确保薄透镜公式适合于选择合适的光学系统。

然而，要理解的是，薄透镜公式可以适当地修改，以考虑具有明显厚度的透镜。

同样，本发明预期其他函数的实现方式，所述函数能够基于上面讨论的变量来计算光学元件的焦距长度。

本发明进一步预期用于组装设备的套件(kit)，所述设备用于使得能够适当地定位虹膜，用于图像捕捉，其中，该设备使用反馈对象，该反馈对象定位，使得在图像获取期间，在反馈对象与主体的眼睛的位置之间的距离小于眼睛的近点距离。

本发明的套件至少包括具有图像传感器的相机以及光学系统。套件的相机具有视场FOV区域和景深DOF区域，用于虹膜图像获取，这两个区域的交叉确定主体的虹膜的适当位置，以便具有充足的清晰度和细节的图像获取。在一个实施方式中，相机的图像获取距离小于25cm，并且在本发明的一个优选的实施方式中，可以小于12.5cm。

基于(i)与预期提供反馈对象的位置一致的第一点以及(ii)与主体的眼睛预期定位的位置一致的第二点(当主体的眼睛位于由相机的视场和景深的交叉限定的图像捕捉区域内时)，选择光学系统。

选择套件的光学系统，以具有焦距长度，该焦距长度是以下距离的函数：(i)近点距离以及(ii)图像获取期间第二点与光学系统的预期位置之间的距离。

在本发明的一个特定的实施方式中，光学系统的选择还是以下距离的函数：(i)第一点与(ii)图像获取期间光学系统的预期位置之间的距离。

通过以上方式选择光学系统，确保在主体的眼睛与反馈对象之间的距离小于近点距离时，将光学元件插在第一点与第二点之间，使得反馈对象的影像在主体眼睛的前面并且在位于或超过眼睛的近点距离处笔直地形成。

如上所述，根据用于选择套件的光学系统的任何具体方法，可以选择或配置套件的光学系统。另外，要理解的是，所选择的光学系统可以包括反射元件或透镜元件(或其组合)，非限制性地包括前面讨论的光学系统、反射光学系统、反射元件或透镜元件的任何具体实施方式。

在本发明的一个实施方式中，其中期望反馈对象是主体的眼睛本身的映像，反射光学系统可以包括角度选择的反射元件。在一个实施方式中，可以配置角度选择的反射元件，使得这种反射元件的表面仅仅在与虹膜相机的视场对应的入射角内反射，从而确保在主体的眼睛位于虹膜相机的视场内时，主体仅仅能够查看其眼睛的映像。在另一个实施方式中，出于改进装置的外观的目的，可以仅仅包括角度选择反射元件。

在一个优选的实施方式中，套件的光学系统可以包括反射光学系统，其被配置为插在虹膜相机与第二点之间，使得在预期用于成像的眼睛位于第二点上时，主体看到直立的清晰的影像。

在某些实施方式中，插入在虹膜相机与第二点之间的反射光学系统可以(i)包括能够选择性反射某些波长的辐射的滤光片、带通滤光片、或冷光镜，或者(ii)具有孔或非反射的透明部分，以允许从主体的虹膜中散射的辐射到达虹膜相机，用于图像获取，同时提供主体眼睛的一部分的映像，作为眼睛定位的可见指示。

在反馈对象是真实物体并且透镜元件被设置在第一点与第二点之间的本发明的实施方式中，套件可以包含限光器结构(例如，不透明的、半透明的或非透明的掩膜)，其可以设置在光学元件与眼睛的可能查看位置之间并且定位成部分挡住反馈对象的虚像使其不可见，除非眼睛位于用于图像捕捉的最佳位置。限光器可以包括掩膜(或其他不透明或基本非透明的元件)，其具有在其内提供的孔或窗口。限光器的非限制性实例涉及在基本非透明的元件内具有窗口或孔的环形结构、狭缝、管、筒、圆柱体、锁眼或其他结构，从而限光器的窗口或孔完全、基本或部分包围反馈对象，并且允许来自至少一个查看位置的反馈对象的不受阻挡的影像。

套件可以另外包括至少一个反馈对象，该反馈对象包括上面讨论的任何真实物体(非限制性地包括数字、字符、文本、插图、图像或照明源)。在另一个实施方式中，套件可以进一步包括显示器，用于在第一点上生成反馈对象，该显示器可以是机械、电气或电子的(例如包括电子屏幕、视觉显示单元、LED显示器或具有光源背景的屏幕)。

在一个具体的实施方式中，套件可以包括至少一个照明源，用于从主体的眼睛或者从反馈对象散射光，以使主体能够看到其眼睛的虚像或者反馈对象，用于定位眼睛。在一个实施方式中，这个照明源可以生成具有可见波长的辐射，并且可包括能够生成可见辐射的LED或白炽灯光源。

在另一个实施方式中，套件可以包括至少一个照明源，用于从主体的眼睛中散射光，用于相机的图像获取的目的。在一个实施方式中，这个照明源可以生成具有红外线波长的辐射，并且可包括能够生成红外线辐射的LED或白炽灯。

在一个优选的实施方式中，套件由单个照明源构成，该照明源预期用于双重目的：提供可见辐射，以使主体能够看到反馈对象，并且提供红外线辐射，以使相机能够进行图像获取。在一个实施方式中，这个单个照明源可以包括白炽灯光源。

套件可以包括紧固件，用于将光学系统固定地或者可移除地插在第一点与第二点之间。在一个实施方式中，套件可以包括套管或外壳，其能够将光学系统插在相机与第二点之间。

在本发明的一个实施方式中，套件的相机是设置在手持式通信装置或移动计算装置(例如，移动电话、智能电话、个人数字助理、平板电脑或膝上型装置)内的相机，。

本发明另外最小化或补偿在比较的两个图像之间的，虹膜围绕虹膜相机的光轴的旋转。

如前所述，在预期图像捕捉时，并且更尤其在虹膜图像捕捉期间，主体易于将其头部(以及因此其虹膜)自然放在基本垂直的方向(即，相对于水平和垂直轴没有明显的角度偏差)。由于虹膜相机无意中倾斜，在主体的虹膜与虹膜相机之间旋转偏差(并且从而是在比较的两个图像之间的旋转偏差)因此易于出现。

本发明通过以下步骤解决了这个问题：通过偏差传感器，检测在虹膜相机的当前定向与虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差；然后，响应于所检测的偏差，实现校正，以补偿所检测的偏差。

在一个实施方式中，本发明使用传感器，来检测虹膜相机的倾斜，所述倾斜作为作为图像传感器相对于水平和垂直轴的角度偏差而测量。在这个实例中，传感器检测和测量相机或者包括相机的装置围绕相机的光轴的旋转程度。基于所测量的旋转，可以采取一个或多个以下措施：

a、在允许图像捕捉之前，可以引导主体旋转相机，直到实现图像捕捉的最佳定向；

b、通过旋转图像，补偿所检测的旋转；

c、在比较期间，利用用于确定两个图像之间的相对旋转的图像记录旋转，其中，比较函数可以补偿这个。

用于检测倾斜的传感器可以包括加速计、陀螺仪、倾斜传感器、或者任何其他装置或机构，其能够检测物体至少相对于水平和垂直轴的角度偏差。

在成像设备的一个特定的实施方式中，可以提供照明源，用于将可见或红外线辐射导向主体的虹膜上，该辐射从虹膜散射并且在图像传感器接收用于图像获取。要理解的是，照明源可以位于能够将照明辐射导向主体的虹膜上的任何位置，从而辐射被散射，然后在图像传感器接收。然而，在一个优选的实施方式中，照明源应位于相机的旁边或之下，以防止眉毛产生阴影。

在这个优选的实施方式中，照明源可以包括LED或其他光源，其与透镜水平相邻或者位于透镜之下的任何位置，通过该透镜，辐射在成像传感器上入射。在本发明的一个实施方式中，如果成像设备旋转使得照明源现在位于比透镜(其中通过该透镜，辐射入射在图像传感器上)更高的位置，那么用于检测图像传感器的倾斜的传感器可以被配置为警告主体。主体可以响应于这个警告，在x-y平面内旋转成像装置，以确保在图像获取的时间，照明源与透镜相邻或者位于透镜之下(通过该透镜，辐射入射在图像传感器上)。

在一个特定的实施方式中，使用用于检测倾斜的具有相机和传感器的装置，实现用于最小化或消除在主体的虹膜与图像传感器之间的旋转偏差的方法。由于手持式通信装置和移动计算装置(包括移动电话、智能电话、个人数字助理、平板电脑以及膝上型装置)配置有相机和加速计或其他倾斜传感器，所以可以使用任何所述装置实现该方法。

在一个实施方式中，该方法用于在虹膜图像捕捉期间校正虹膜成像设备的倾斜，其中，虹膜成像设备至少包括虹膜相机和偏差传感器。该方法通过偏差传感器，检测在虹膜相机的定向与虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差。响应于所检测的偏差，实现对虹膜相机的倾斜的校正

在方法的一个实施方式中，虹膜相机的预定最佳定向包括在虹膜相机内的参考平面沿着垂直平面的对准或基本对准。在方法的另一个实施方式中，虹膜相机的预定最佳定向是虹膜相机分别沿着水平和垂直轴对准或基本对准的定向。在这个实施方式中，从预定最佳定向中检测的偏差由虹膜相机至少相对于水平和垂直轴的角度偏差构成。

在另一个实施方式中，虹膜相机的预定最佳定向包括在虹膜相机内的参考平面与由重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴限定的平面对准或基本对准。在这个实施方式中，与预定最佳定向的偏差由虹膜相机的参考平面至少相对于重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴的角度偏差构成。在一个实施方式中，在其内设置虹膜相机的图像传感器的平面用作参考平面。

响应于相对于水平和垂直轴的检测的角度偏差，通过对所测量的角度偏差实现校正，可以校正虹膜相机的倾斜。在一个实施方式中，通过警告操作人员减少虹膜相机相对于水平和垂直轴的角度偏差，校正虹膜相机的倾斜。在另一个实施方式中，通过充分旋转由虹膜相机获取的虹膜图像，以补偿相对于水平和垂直轴的所测量的角度偏差，可以校正虹膜相机的倾斜。在一个具体的实施方式中，偏差传感器可以包括加速计或倾斜传感器。

在方法的另一个具体实施方式中，虹膜成像设备可以另外包括照明源，并且虹膜相机可以包括图像传感器和相机透镜。在这种实施方式中，对应于虹膜成像设备的任何定向，可以识别偏差，其中，相机透镜放在比照明源更低的位置。

除了在上文中公开的本发明的设备和装置限制以外，根据在上文中的公开内容，本发明另外包括方法，用于配置虹膜成像设备并且用于在虹膜图像捕捉期间，校正虹膜成像设备的倾斜。

图18示出了可以实现本发明的各种实施方式的示例性计算机系统。

计算机系统1802包括至少一个处理器1804和至少一个存储器1806。处理器1804执行程序指令并且可以是真实处理器。处理器1804还可以是虚拟处理器。计算机系统1802并非用于暗示所描述的实施方式的使用范围或功能具有任何限制。例如，计算机系统1802可以包括但不限于能够构成实现本发明的方法的步骤的通用计算机、程序微处理器、微控制器、外围集成电路元件、以及其他装置或装置的设置中的一个或多个。在本发明的一个实施方式中，存储器1806可以储存软件，用于实现本发明的各种实施方式。计算机系统1802可以具有附加元件。例如，计算机系统1802包括一个或多个通信信道1808、一个或多个输入装置1810、一个或多个输出装置1812以及存储器1814。互连机构(未显示)(例如，总线、控制器或网络)使计算机系统1802的元件互连。在本发明的各种实施方式中，操作系统软件(未显示)为在计算机系统1802内执行的各种软件提供操作环境，并且管理计算机系统1802的元件的不同功能。

通信信道1808允许通过通信介质传送给各种其他计算实体的通信。通信介质提供信息，诸如程序指令或通信介质内的其他数据。通信介质包括但不限于通过电气、光学、RF、红外线、听觉、微波、蓝牙或其他传输介质实现的有线或无线方法。

输入装置1810可以包括但不限于触摸屏、键盘、鼠标、笔、操纵杆、轨迹球、语音装置、扫描装置、或者能够给计算机系统1802提供输入的任何其他装置。在本发明的实施方式中，输入装置1810可以是声卡或相似的装置，其接受具有模拟或数字形式的音频输入。输出装置1812可以包括但不限于在CRT或LCD上的用户接口、打印机、扬声器、CD/DVD刻录机、或者提供计算机系统1802的输出的任何其他装置。

存储器1814可以包括但不限于磁盘、磁带、CD-ROM、CD-RW、DVD、闪存驱动、或者任何其他暂时性或永久性介质，其可以用于储存信息并且可以由计算机系统1802访问。在本发明的各种实施方式中，存储器1814包含程序指令，用于实现所描述的实施方式。

在本发明的实施方式中，计算机系统1802是分布式网络的一部分，其中，实现本发明的各种实施方式，用于快速开发端对端软件应用。

本发明可以通过多种方式实现，包括作为系统、方法或计算机程序产品，例如，计算机可读储存介质或计算机网络，其中，从远程位置中传送编程指令。

本发明可以适当地体现为供计算机系统1802使用的计算机程序产品。本文中描述的方法，通常实现为计算机程序产品，包括由计算机系统1802或任何其他相似的装置执行的一组程序指令。这组程序指令可以是一系列计算机可读代码，其储存在有形介质上，诸如，计算机可读储存介质(存储器1814，例如，磁盘、CD-ROM、ROM、闪存盘或硬盘)，并且通过任一个有形介质(包括但不限于光学或模拟通信信道1808)，经由调制解调器或其他接口装置，可传输给计算机系统1802。使用无线技术，包括但不限于微波、红外线、蓝牙或其他传输技术，本发明作为计算机程序产品的实现方式可以具有无形的形式。这些指令可以预先载入系统内或者记录在储存介质(例如，CD-ROM)上，或者可用于通过互联网或移动电话网络等网络下载。这系列计算机可读指令可以在本文中体现先前描述的所有或一部分功能。

虽然在本文中描述和显示了本发明的示例性实施方式，但是要理解的是，这些实施方式仅仅具有说明性。本领域的技术人员要理解的是，在不背离或违反由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改。

Claims (17)

1.一种在虹膜图像捕捉期间补偿虹膜成像设备的次佳定向的方法，所述虹膜成像设备包括虹膜相机和偏差传感器，所述方法包括：

通过偏差传感器，检测在所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差；

响应于所检测的偏差，实现校正，以补偿所检测的偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，实现校正包括确定需要施加到捕捉的虹膜图像的相应旋转，以补偿所检测的偏差。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，实现所述校正包括以所确定的旋转量旋转获取的虹膜图像。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，实现校正包括重新定向所述虹膜相机从而与所述虹膜相机的所述预定最佳定向基本对应。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虹膜相机的所述预定最佳定向包括在所述虹膜相机内的参考平面与垂直平面的基本对准。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述虹膜相机的预定最佳定向包括在所述虹膜相机内的参考平面与由重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴限定的平面的基本对准。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测的偏差是所述虹膜相机的参考平面至少相对于水平和垂直轴的角度偏差。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测的偏差是所述虹膜相机的参考平面至少相对于重力场梯度以及垂直于所述重力场梯度的轴的角度偏差。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在其内设置所述虹膜相机的图像传感器的平面用作参考平面，用于确定所述预定最佳定向或与所述预定最佳定向的偏差。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，重新定向所述虹膜相机包括警告操作人员减少在所述虹膜相机的所述当前定向与所述虹膜相机的所述预定最佳定向之间的偏差。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏差传感器是加速计、陀螺仪或倾斜传感器。

12.一种虹膜成像设备，其被配置用于在虹膜图像捕捉期间补偿虹膜成像设备的次佳定向，所述设备包括：

虹膜相机，包括图像传感器和相机透镜；以及

偏差传感器，被配置为检测所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差；

其中，响应于所检测的偏差，所述设备实现校正，以补偿所检测的偏差。

13.根据权利要求12所述的虹膜成像设备，其中，所述设备配置为确定需要施加到捕捉的虹膜图像的相应旋转，以补偿所检测的偏差。

14.根据权利要求12所述的虹膜成像设备，其中，所述偏差传感器是加速计、陀螺仪或倾斜传感器。

15.根据权利要求12所述的虹膜成像设备，其中，所述设备进一步包括处理器和用户接口中的至少一个。

16.根据权利要求12所述的虹膜成像设备，其中，所述虹膜相机和所述偏差传感器设置在手持式通信装置、移动计算装置、移动电话、智能电话、个人数字助理、平板电脑或膝上型装置中的一个内。

17.一种利用计算机使用的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括永久性计算机可用介质，其具有在其内体现的计算机可读程序代码，用于在虹膜图像捕捉期间校正虹膜成像设备的倾斜，所述虹膜成像设备包括虹膜相机和偏差传感器，所述计算机可读程序代码包括指令，用于：

通过偏差传感器，检测所述虹膜相机的当前定向与所述虹膜相机的预定最佳定向之间的偏差；

响应于所检测的偏差，实现校正，以补偿所检测的偏差。