CN107577057A - 基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法，该身份证包括文字部分和图像部分，所述的图像部分自下而上包括底板、二维人脸照片组合板、折射率均匀的薄膜填充层、微透镜阵列层、折射率均匀的薄膜填充层、薄凹透镜层、折射率均匀的薄膜填充层和上表面。该身份证能实现裸眼在自然光下看到身份证上三维立体的照片，该发明大大提高了身份证的防伪性能，可以广泛的应用于各个需要身份验证的场合。

Description

基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法

技术领域

本发明涉及身份证，特别是一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法，该身份证具有在自然光下裸眼可观察到三维立体人脸的功能。

技术背景

身份证是公民身份的证明工具，在各国都用身份证来证明持有人的身份。然而在大量新技术出现的今天，身份证上的照片仍然为二维平面照片，不仅没有立体感和美感，也没有很好的运用新技术提高防伪性能。使得他人可利用伪装，通过相关场合的检查。

目前集成成像技术已经被广泛的运用到各个领域。然而，集成成像技术并没有运用到身份证上。集成成像技术中每个单元透镜都可以从各个方向记录物体的相对一部分信息。若在身份证上实现三维人脸显示，可以使得身份证更难被伪造。

据发明人所知，前期“三维身份证及其制备方法”(专利号：CN 102848786 A)的专利中，左、右眼图像分别由左、右角度摄像机拍摄得到，记录在三维身份证上，三维身份证表面有一层柱透镜阵列或其它微光学器件，通过双目视差，获得三维人脸照片，其光线并不是真正的将三维人脸像呈现出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法，该身份证具有裸眼在自然光下能观察到三维立体彩色人脸的功能。该身份证可以大大提高身份证的防伪性能，可以广泛的应用于各个需要身份验证的场合。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证，包括文字部分和图像部分，其特征在于所述的图像部分自下而上包含八层：底板、二维人脸照片组合板、折射率均匀的薄膜填充层、微透镜阵列层、折射率均匀的薄膜填充层、薄凹透镜层、折射率均匀的薄膜填充层和上表面，在所述的二维人脸照片组合板上设置多个二维人脸照片，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样；所述的二维人脸照片个数与微透镜个数相统一；所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；所述的单元透镜纵向与横向均无空隙排布；所述的微透镜阵列层中单元透镜的物距大于焦距，所述的薄凹透镜层中的单元透镜的焦距大于物距。

所述的二维人脸照片组合板最佳大小为32mm×26mm。

所述的八层成像系统总厚度最佳不超过1mm。

上述基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证及其制备方法，该方法包括下列步骤：

①用原二代身份证的材料做一底板；

②通过数码相机拍摄或用激光打印技术获得一定大小的二维人脸照片，将该二维人脸照片无间隙地排列成所述的二维人脸照片组合板放置在所述的底板之上，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样，所述的二维人脸照片个数与所述的微透镜阵列中单元透镜的个数相同；

③制备与所述的二维人脸照片组合板大小一样的微透镜阵列层，所述的微透镜阵列层由多个大小相同的单元薄凸透镜组成，所述的单元薄凸透镜成像的物距大于焦距，所述的单元薄凸透镜纵向和横向均无空隙排布，所述的单元薄凸透镜个数与二维人脸照片个数相同；

④在所述的二维照片组合板与微透镜阵列层之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑤制备薄凹透镜层，放大经过微透镜阵列后的像，所述的薄凹透镜层由多个大小相同的单元薄凹透镜无空隙排列而成，所述的单元薄凹透镜的焦距大于物距，所述的单元薄凹透镜前后面均镀有高透膜；

⑥在所述的微透镜阵列层与所述的薄凹透镜之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑦在薄凹透镜与身份证表面间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1。

本发明的技术效果如下：

本发明运用微透镜阵列实现身份证人脸三维显示技术包括：第一是通过集成成像3D显示微透镜阵列技术结合薄凹透镜，实现裸眼在自然光下看到身份证上三维立体的照片；第二是在相关需要检查身份的场合可以直接与当时持有身份证的人进行三维立体比对；第三是在拍摄身份证照片时，相关部门会采集三维人脸数据，通过计算机内三维人脸数据与三维身份证照片的比对，可以高效的判断该人是否是身份证本人。该发明可以大大提高身份证的防伪性能，可以广泛的应用于各个需要身份验证的场合。

附图说明

图1是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证的外观示意图。

图2是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证经光照后成像过程示意图。

图3是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证中二维人脸照片与单元透镜排列方式示意图。

图4是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。所以不应以此限制本发明的保护范围。

请先参阅图1、图4，图1是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证的外观示意图。图4是本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证结构示意图。由图可见，本发明基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证，包括文字部分和图像部分，所述的文字部分包括身份人的姓名、性别、民族、出生日期、住址、公民身份号码、签发机关和有效期限，其特征在于所述的图像部分自下而上包含八层：底板1、二维人脸照片组合板2、折射率均匀的薄膜填充层3、微透镜阵列层4、折射率均匀的薄膜填充层5、薄凹透镜层6、折射率均匀的薄膜填充层7和上表面，在所述的二维人脸照片组合板上设置多个二维人脸照片，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样；所述的二维人脸照片个数与微透镜个数相同；所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；所述的单元透镜纵向与横向均无空隙排布；所述的微透镜阵列层中单元透镜的物距大于焦距，所述的薄凹透镜层中的单元透镜的焦距大于物距。

在技术发展迅速的今天，由于二维成像显示技术缺乏物体深度方向的信息，已经不能够满足人们对视觉感受和美感的追求，而且三维成像技术在医疗、军事等领域已被广泛的应用。另一方面，三维显示技术更难于仿造。所以在相关身份检查的场合可以直接与当时持有身份证的人进行三维立体比对，也可以通过计算机调用办理身份证时录入的三维人脸信息进行比对。大大提高了身份证的防伪性能和美感。

所述的二维人脸照片组合板最佳大小为32mm×26mm。

所述的八层成像系统总厚度最佳不超过1mm。

上述一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证制备方法，该方法包括下列步骤：

①用原二代身份证的材料做一底板；

②通过数码相机拍摄或用激光打印技术获得一定大小的二维人脸照片，将该二维人脸照片无间隙地排列成所述的二维人脸照片组合板放置在所述的底板之上，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样，所述的二维人脸照片个数与所述的微透镜阵列中单元透镜的个数相同；

③制备与所述的二维人脸照片组合板大小一样的微透镜阵列层，所述的微透镜阵列层由多个大小相同的单元薄凸透镜组成，所述的单元薄凸透镜成像的物距大于焦距，所述的单元薄凸透镜纵向和横向均无空隙排布，所述的单元薄凸透镜个数与二维人脸照片个数相同；

④在所述的二维照片组合板与微透镜阵列层之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑤制备薄凹透镜层，放大经过微透镜阵列后的像，所述的薄凹透镜层由多个大小相同的单元薄凹透镜无空隙排列而成，所述的单元薄凹透镜的焦距大于物距，所述的单元薄凹透镜前后面均镀有高透膜；

⑥在所述的微透镜阵列层与所述的薄凹透镜之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑦在薄凹透镜与身份证表面间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1。

所述的通过集成成像3D显示微透镜阵列技术，可以实现身份证上人脸的三维显示。三维人脸显示身份证经光照后成像过程，如图2所示。

其中，二维照片组合板上的照片信息在自然光下通过相对应的透镜，每个单元透镜都可以从各个方向记录物体的相对一部分信息，微透镜阵列可以记录和再现3D场景，照片显示板厚度为56μm。

通过微透镜阵列成实像条件：

g₁＞f₁

即：所显示的3D图像浮现于微透镜阵列前方，为一实像。

满足观察区域尽可能的大条件：

薄透镜高斯成像条件：

薄透镜垂轴放大率条件：

其中：f_i为透镜焦距；g_i为物距；g′_i为像距；D_i为单元透镜孔径大小。结合身份证实际大小(身份证长85.6mm、宽54mm、厚1mm)设计出满足上述条件的微透镜阵列。

例如，当微透镜阵列满足条件为g₁＜f₁时，显示为一虚像，此时3D图像处于微透镜阵列后方，不能适用于此发明中；当微透镜阵列满足g₁＝f₁时，显示为聚焦模式，显示板上的像素经微透镜折射形成平行出射光线，虽然可以得到较大深度范围的3D景深，但由于显示像点尺寸等同于透镜节距，显示分辨率不高，所以在此发明中运用g₁＞f₁实模式。其中通过计算得到：单元透镜孔径大小D₁，单元透镜焦距f₁，单元透镜厚度d₁，单元透镜曲率半径r,单元透镜折射率n(可以用K6或者K9玻璃),微透镜阵列到照片显示板距离g₁，经微透镜后的像距微透镜阵列的像距g′₁,垂轴放大率β₁。具体数据列举如表1所示。以下数据举例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

表1微透镜阵列中单元透镜参数举例

将经过微透镜后的像再一次通过薄凹透镜，使得三维人脸放大。要求薄凹透镜的焦距大于物距，使得经过薄凹透镜的像为放大的、正立的实像，即：

f₂＞g₂

结合薄凹透镜焦距公式：

例如：为得到放大的三维立体彩色人脸，结合微透镜阵列单元透镜参数，薄凹透镜层单元透镜的参数如表2所示。以下数据举例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。薄凹透镜折射率n，曲率半径|R|，薄凹透镜中心厚度d₂,孔径大小D₂,焦距f₂，薄凹透镜到经过微透镜阵列后的像的物距g₂时，经过薄凹透镜再次成像后的像距g′₂,垂轴放大率β₂，薄凹透镜上下厚度d。

表2薄凹透镜层中单元透镜参数举例

例如：综上所述，经过微透镜阵列和薄凹透镜后的三维立体人脸大小数据举例如表3所示。以下数据举例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。其中，β＝β₁×β₂，为成像系统总放大倍率。从举例数据中可以发现，裸眼在自然光下看到的三维立体人脸与二代身份证照片大小相当。

表3经过成像系统后三维立体人脸数据举例

根据透镜成像的分辨率公式：

其中：P为像的像素尺寸；p为物体的像素；r为物体的像素分辨率。

例如：当不考虑像差和相邻图像串扰情况下，经过系统成像后的三维人脸分辨率的大小正比于二维人脸照片的分辨率大小。当二维照片分辨率越高时，人裸眼在自然光下看到的三维人脸分辨率也会越高。

通常观察区域应该尽可能的大，从而使观察者能够看到连续的三维场景视图。观察区域的大小取决于显示透镜的完整出射角θ。通过上述需满足的条件结合身份证证件的实际大小：长85.6mm、宽54mm、厚1mm。可以计算得到每个单元透镜的大小，和单元透镜的个数，横向排布x₁个，纵向排布y₁个。薄凹透镜横向可以排列x₂个，纵向可以排列y₂个。其中x_i和y_i均可根据实际要求变化。三维人脸显示身份证中二维人脸照片与单元透镜排列方式，如图3所示。

例如，由于微透镜阵列包含的单元透镜个数为奇数时，系统的光轴与中心单元透镜光轴一致；单元透镜个数为偶数时，系统的光轴与中心单元透镜光轴分离。所以本发明中单元透镜个数均选取奇数个。二代身份证头像大小为32mm×26mm，所述的微透镜阵列中单元透镜厚度为d₁，单元透镜孔径大小为D₁。所述的薄凹透镜层中单元透镜厚度为d₂，单元透镜孔径大小为D₂，上下边厚度为d。单元透镜具体排布个数举例如表4所示。以下数据举例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。其透镜排布个数可根据实际情况改变。

表4单元透镜具体排布个数举例

然后将集成成像系统和薄凹透镜组合的成像系统放入身份证原二维照片放置位置，其余部分用折射率均匀的薄膜填充。基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证内部设计，如图4所示。

例如，折射率n＝1均匀的薄膜填充材料，不影响二维照片显示板到微透镜传输的光线，通过填充折射率均匀的薄膜材料弥补二维照片显示板到微透镜间的空缺，并且在微透镜阵列前方至身份证表面间填充，使光线不发生偏离。

采用微透镜阵列技术实现身份证中人脸的三维立体显示，在相关需要检查身份的场合可以直接与当时持有身份证的人进行三维立体比对，也可以在拍摄身份证照片时，相关部门采集三维人脸数据，通过计算机内三维人脸数据与三维身份证照片的比对，可以高效的判断该人是否是身份证本人。

该发明可以大大提高身份证的防伪性能，可以广泛的应用于需要身份验证的场合，将大幅度提高身份证的防伪性和美感，对未来身份证的发展具有重要意义。

Claims (4)

1.一种基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证，包括文字部分和图像部分，其特征在于所述的图像部分自下而上包含八层：底板(1)、二维人脸照片组合板(2)、折射率均匀的薄膜填充层(3)、微透镜阵列层(4)、折射率均匀的薄膜填充层(5)、薄凹透镜层(6)、折射率均匀的薄膜填充层(7)和上表面，在所述的二维人脸照片组合板上设置多个二维人脸照片，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样；所述的二维人脸照片个数与微透镜个数相同；所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；所述的单元透镜纵向与横向均无空隙排布；所述的微透镜阵列层中单元透镜的物距大于焦距，所述的薄凹透镜层中的单元透镜的焦距大于物距。

2.权利要求1所述的基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证，其特征在于所述的二维人脸照片组合板最佳大小为32mm×26mm。

3.权利要求1所述的基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证，其特征在于所述的八层成像系统总厚度最佳不超过1mm。

4.权利要求1所述的基于微透镜阵列的三维人脸显示身份证的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①用原二代身份证的材料做一底板；

②通过数码相机拍摄或用激光打印技术获得一定大小的二维人脸照片，将该二维人脸照片无间隙地排列成所述的二维人脸照片组合板放置在所述的底板之上，每个二维人脸照片的大小与所述的微透镜阵列中单元透镜大小一样，所述的二维人脸照片个数与所述的微透镜阵列中单元透镜的个数相同；

③制备与所述的二维人脸照片组合板大小一样的微透镜阵列层，所述的微透镜阵列层由多个大小相同的单元薄凸透镜组成，所述的单元薄凸透镜成像的物距大于焦距，所述的单元薄凸透镜纵向和横向均无空隙排布，所述的单元薄凸透镜个数与二维人脸照片个数相同；

④在所述的二维照片组合板与微透镜阵列层之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑤制备薄凹透镜层，放大经过微透镜阵列后的像，所述的薄凹透镜层由多个大小相同的单元薄凹透镜无空隙排列而成，所述的单元薄凹透镜的焦距大于物距，所述的单元薄凹透镜前后面均镀有高透膜；

⑥在所述的微透镜阵列层与所述的薄凹透镜之间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1；

⑦在薄凹透镜层与身份证表面间填充折射率均匀的薄膜层，所述的折射率均匀的薄膜填充层的折射率为1。