CN107729831A - 一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的识别系统及识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的识别系统及识别方法，所述识别系统包括虹膜识别终端和虹膜信息注册终端，所述虹膜识别终端包括基于Windows操作系统的嵌入式处理器，第一接口模块，人体感应模块和第一图像捕捉模块，基于Windows操作系统的嵌入式处理器可使在Windows操作系统下开发的各种软件和算法方便地移植到本嵌入式系统中，同时该嵌入式虹膜识别系统可连接显示器显示Windows风格的用户界面，便于普通用户使用；且该系统用户在一个虹膜信息注册终端注册的数据可复制到多个虹膜识别终端使用，在需要大量识别终端的场合减少了注册终端的成本。

Description

一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的识别系统及识别方法

技术领域

本发明涉及信息安全认证技术领域。更具体地，涉及一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的识别系统及识别方法。

背景技术

虹膜是位于眼角膜之后,晶状体之前,巩膜和瞳孔之间的环形可视薄膜,包含纹理、血管和斑点等多个细微特征。由于它具有普遍性、唯一性、稳定性、可靠性、非侵犯性等特点,因此虹膜识别技术已成为近年来身份鉴别的热点。

目前，国内外学者对虹膜识别技术进行了深入和广泛的研究,并取得了较大的进展。具有虹膜识别功能的产品层出不穷，其应用场合也越来越多。现在已经面市的虹膜识别产品，主要分为分体式和嵌入式两种类型。分体式虹膜识别产品，包括一个虹膜图像采集设备和虹膜信息处理器架构，处理器架构一般采用Windows操作系统计算机，两者通过一些通信线路实现完整的虹膜识别功能。这种类型的产品因为是由两部分组成，因此常常体积较大，便携性较差。

传统的嵌入式虹膜识别产品一般使用单片机、DSP、ARM、FPGA等作为虹膜信息处理器架构，对其开发需要使用专用的开发工具和开发环境，如Unix，Android等开发平台。因此在Windows操作系统下开发的各种软件和算法等就很难移植到传统嵌入式系统中去，开发人员需要掌握多种开发环境和编程语言，大大增加了开发的工作量。同时，由于目前大多数计算机、服务器等均使用Windows操作系统，当传统嵌入式系统和Windows操作系统计算机组网时过程也较为复杂。

发明内容

为解决以上问题的至少之一，本发明的第一个目的是提供一种嵌入式虹膜识别终端，本发明的第二个目的是提供一种包括所述嵌入式虹膜识别终端的虹膜识别系统，本发明的第三个目的是提供一种利用所述嵌入式虹膜识别终端进行虹膜识别的方法。

为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种嵌入式虹膜识别终端，所述嵌入式虹膜识别终端包括基于Windows操作系统的嵌入式处理器架构，第一接口模块，人体感应模块和第一图像捕捉模块；

所述嵌入式处理器架构用于存储虹膜信息数据库，实现虹膜信息注册算法和虹膜识别算法，与第一接口模块、人体感应模块、第一图像捕捉模块电连接并控制其完成各项功能；

所述第一接口模块用于设备供电，并在所述嵌入式处理器架构与虹膜信息注册终端、输入设备、显示设备或计算机之间进行数据通信；

所述人体感应模块用于感应人体存在并将电压信号传输至处理器架构；

所述第一图像捕捉模块用于识别时获取虹膜图像并传输至处理器架构。

优选地，所述嵌入式处理器架构包括组装在同一块印制电板上并通过印制电路连接的处理器、ROM、RAM、输入/输出接口电路。

优选地，所述第一图像捕捉模块包括与所述处理器连接通信的相机，与所述相机连接的第一光源模块，置于所述相机前的第一镜头和置于所述第一镜头前的第一滤光片；

虹膜识别时，所述第一光源模块用于照亮虹膜区域，所述第一滤光片用于阻挡可见光并使所述第一光源模块在虹膜上的反射光透过，所述第一镜头用于将虹膜图像成像于相机的感光芯片上，所述相机用于获取虹膜图像并传输给所述处理器。

优选地，所述虹膜识别终端还包括与所述嵌入式处理器架构电连接的音频模块和/或指示灯模块；所述音频模块用于在虹膜信息注册和虹膜识别时给出语音提示；所述指示灯模块用于指示设备状态和虹膜识别结果。

一种嵌入式虹膜识别系统，所述嵌入式虹膜识别系统包括所述嵌入式虹膜识别终端。

优选地，所述嵌入式虹膜识别系统还包括虹膜信息注册终端；所述虹膜信息注册终端用于采集用户虹膜信息并注册到虹膜信息数据库。

优选地，所述虹膜信息注册终端包括：控制模块，第二接口模块，第二光源模块和第二图像捕捉模块；

所述控制模块通过第二接口模块与虹膜识别终端进行通信，且与第二光源模块和第二图像捕捉模块均电连接，并控制其完成各项功能；

所述第二接口模块用于设备供电，并与虹膜识别终端进行数据通信；

所述第二光源模块用于注册时对虹膜区域照明；

所述第二图像捕捉模块用于注册时获取虹膜图像。

优选地，所述第二图像捕捉模块包括与所述控制模块连接的图像传感器，置于所述图像传感器前的第二镜头，和置于所述第二镜头前的第二滤光片；

所述图像传感器用于注册时获取虹膜图像；

所述第二镜头用于将虹膜图像成像于图像传感器上；

所述第二滤光片用于阻挡可见光，并使所述第二光源在虹膜上的反射光透过。

一种利用所述嵌入式虹膜识别终端进行虹膜识别的方法，所述虹膜识别方法包括：

步骤401：给出提示：请用户注视虹膜识别终端；

步骤402：判断是否拍摄到清晰虹膜图像，若拍摄到清晰虹膜图像，进入步骤403；若未拍摄到清晰虹膜图像，返回步骤401；

步骤403：将拍摄到的虹膜信息与虹膜信息数据库内的虹膜信息进行匹配验证；

步骤404：判断是否找到匹配的虹膜信息，若找到，则结束本次虹膜识别；若未找到则进入步骤406；

步骤405：给出识别完成提示，控制一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别；

步骤406：给出识别失败提示，控制另一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别。

本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种嵌入式虹膜识别终端及包括该终端的识别系统，该嵌入式虹膜识别系统的虹膜识别终端包括基于Windows操作系统的嵌入式处理器。该虹膜识别系统不仅体积小，便携性强，而且可使在Windows操作系统下开发的各种软件和算法方便地移植到本嵌入式系统中，不依赖于传统的嵌入式开发环境和编程语言；且该系统中的处理器可连接显示器显示Windows风格的用户界面，便于普通用户的使用。

本发明提供的虹膜识别系统分为虹膜信息注册终端和虹膜识别终端，用户在一个虹膜信息注册终端注册的数据可复制到多个虹膜识别终端使用，既可以单独使用一台虹膜识别终端，也可以使用多台虹膜识别终端组网，而虹膜信息注册终端只需要一台即可，在需要大量识别终端的场合减少了注册终端的成本。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明嵌入式虹膜识别系统的虹膜信息注册终端结构框图。

图2示出本发明嵌入式虹膜识别终端结构框图。

图3示出本发明嵌入式虹膜识别系统的虹膜信息注册方法流程图。

图4示出本发明嵌入式虹膜识别系统的虹膜识别方法流程图。

附图标记说明：101、控制模块 102、第二接口模块 103、第二光源模块 1041、图像传感器 1042、第二镜头 1043、第二滤光片 201、处理器架构 202、第一接口模块 203、人体感应模块 204、指示灯模块 205、音频模块 2061、相机 2062、第一镜头 2063、第一滤光片2064、第一光源模块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的识别系统及识别方法，所述识别系统包括：用于采集用户虹膜信息并注册到虹膜信息数据库的虹膜信息注册终端；用于采集用户虹膜信息并与虹膜信息数据库中的信息匹配验证的嵌入式虹膜识别终端。该嵌入式虹膜识别终端采用基于Windows操作系统的嵌入式处理器，体积小，便携性强，便于普通用户的使用。且该识别系统中用户在一个虹膜信息注册终端注册的数据可复制到多个虹膜识别终端使用，在需要大量识别终端的场合大大降低了注册终端的成本。

具体地，如图1和图2所示。图1为本发明的一个实施例中虹膜信息注册终端结构框图，图2为本发明的一个实施例中虹膜识别终端结构框图。

所述虹膜信息注册终端包括：控制模块101、第二接口模块102、第二光源模块103和第二图像捕捉模块。为了采集得到高质量的虹膜图像，优选地，所述第二图像捕捉模块包括图像传感器1041、第二镜头1042、第二滤光片1043。

所述控制模块101通过所述第二接口模块102与虹膜识别终端进行通信，接受虹膜识别终端的各项指令；控制第二光源模块103和图像传感器1041完成各项功能。

所述第二接口模块102用于设备供电，并与虹膜识别终端进行数据通信。第二接口模块102可以为电源接口、USB接口、网络接口或串口；优选地，第二接口模块102只选用一个USB接口，同时起到为虹膜信息注册终端供电和数据通信的作用。

所述第二光源模块103用于注册时对虹膜区域照明，它可以为多个发光中心波长850nm-940nm的红外LED组成，其发光时机受控制模块101控制。在优选的实施例中，为实现对虹膜区域更完全的照亮，第二光源模块103为4个发光中心波长850nm的红外LED组成，左右对称分布于第二镜头1042两侧，每侧各两个LED。所述第二光源模块103还可以由其他可实现对虹膜区域照明的装置组成，在这里不作进一步限定。

第二图像捕捉模块中，所述图像传感器1041用于注册时获取虹膜图像，它可以为CCD或CMOS图像传感器，像素数不低于640×480，其拍摄时机受控制模块101控制。在更优选的实施例中，图像传感器1041为一个像素数为640×480的CMOS图像传感器。所述第二镜头1042用于将虹膜图像成像于图像传感器上，它可以为多透镜组合的光学镜头，在更优选的实施例中，第二镜头1042为多透镜组合构成的焦距16mm的定焦光学镜头。所述第二滤光片1043只允许红外光通过，用于阻挡可见光，并使所述第二光源103在虹膜上的反射光透过。在本实施例中，第二滤光片1043由圆形K9玻璃制成，其规格为直径12mm，厚度为1.5mm，通过在其一面镀膜实现对可见光反射而对红外光透射的特性，其截止波长优选为780nm，即可使大部分波长小于780nm的可见光反射，而使大部分波长大于780nm的红外光透射。所述图像传感器1041、第二镜头1042和第二滤光片1043的优选实施方式均为了达到更优的虹膜图像采集效果。

本实施例中的虹膜识别终端结构框图如图2所示。所述虹膜识别终端包括：处理器架构、第一接口模块202、人体感应模块203和第一图像捕捉模块。优选地，所述第一图像捕捉模块包括相机2061、第一镜头2062、第一滤光片2063和第一光源模块2064。更优选地，所述虹膜识别终端可以包括指示灯模块204和/或音频模块205，所述指示灯模块204用于指示设备状态和虹膜识别结果，所述音频模块205用于在虹膜信息注册和虹膜识别时给出语音提示。

所述处理器架构为基于Windows操作系统的嵌入式处理器架构，其硬件架构是将各个功能体系电路(包括处理器、ROM、RAM、输入/输出接口电路以及其他辅助电路)全部组装在一块印制电板上，再用印制电路将各个功能芯片连接起来。其中的各个部分是独立可拆分更换的，便于对硬件的更新和维护。其中的处理器201采用传统计算机内使用的处理器，而不是一般的嵌入式处理芯片，如单片机、DSP、ARM、FPGA等芯片，这使得其内部可以采用Windows操作系统作为软件开发平台。处理器201用于存储虹膜信息数据库，实现虹膜信息注册算法和虹膜识别算法，与第一接口模块、人体感应模块、指示灯模块、音频模块和相机连接并控制其完成各项功能。

所述第一接口模块202用于设备供电，与虹膜信息注册终端或其他计算机或输入设备或显示设备进行数据通信，优选为电源接口、USB接口、网络接口、串口、VGA接口中的一种或多种；在本实施例中，第一接口模块202由一个12V直流电源接口、一个USB接口、一个RJ45网络接口、一个串口、一个VGA接口组成，其中USB接口可用于和虹膜信息注册终端进行数据通信，或连接鼠标、键盘等输入设备，RJ45网络接口可用于和上位机进行数据通信，串口可用于和门禁或闸机等设备进行数据通信，VGA接口可用于连接显示器设备。

所述人体感应模块203为能够在一定范围内感应人体存在并发出电压变化的电路板模块，用于感应人体存在并将电压信号传输至处理器201。当处理器201在一定时间内没有检测到人体存在的电压信号，则控制相机2061停止工作，当处理器201检测到人体存在的电压信号，则控制相机2061开始工作，以此减少相机2061的无用工作，降低整个系统的功耗并提高相机2061的使用寿命。

所述指示灯模块204用于指示设备状态和虹膜识别结果，其可以由多个不同颜色LED组成，发光时机受处理器201控制；在本实施例中，指示灯模块204由三种不同颜色LED各一个组成。其功能分别是：当相机2061处于工作状态时第一种颜色LED发光，当相机2061处于不工作状态时该颜色LED不发光，当虹膜识别结果符合某种条件时第二种颜色LED发光，当虹膜识别结果不符合某种条件时第三种颜色LED发光，该条件由处理器201内部算法决定。

所述音频模块205用于在虹膜信息注册和虹膜识别时给出语音提示，语音提示的内容由处理器架构内部算法决定。所述音频模块205可以为一个或多个喇叭组成，其发声时机和内容受处理器201控制。

所述相机2061用于识别时获取虹膜图像，优选为拍摄效果更佳的工业相机，其中感光芯片像素数不低于640×480，通过GigE接口或USB接口或Camera Link接口或IEEE1394接口或CoaXPress接口与处理器架构201通信，进行数据传输和指令收发。在本优选的实施例中，相机2061的感光芯片像素数为1280×960，通过USB接口供电并与处理器架构201通信，受处理器架构201控制进行图像采集的开始和停止。

所述第一光源模块2064用于识别时对虹膜区域照明，其可以为多个发光中心波长850nm-940nm的红外LED及其驱动电路组成，优选为100-200个发光中心波长850nm的红外LED，其发光的驱动信号由相机2061产生，经过驱动电路的处理放大，驱动红外LED发光，发光时间与相机2061曝光时间同步。所述第一光源模块2064还可以由其他可实现对虹膜区域照明的装置组成，在这里不作进一步限定。

所述第一镜头2062用于将虹膜图像成像于相机的感光芯片上，其可以为工业相机镜头，优选为与相机2061的镜头接口对应的C或CS接口工业相机镜头，镜头焦距25mm。

所述第一滤光片2063只允许红外光通过，用于阻挡可见光，并使所述第一光源207在虹膜上的反射光透过。优选的，第一滤光片2063由圆形K9玻璃制成，其规格为直径30mm，厚度为1.5mm，通过在其一面镀膜实现对可见光反射而对红外光透射的特性，其截止波长优选为780nm，即可使大部分波长小于780nm的可见光反射，而使大部分波长大于780nm的红外光透射。

如图3所示，本发明提供了一种利用所述虹膜信息注册终端的虹膜信息注册方法，所述方法包括：

步骤301：启动虹膜注册软件；

步骤302：判断是否检测到虹膜信息注册终端，若未检测到则进入步骤303；若检测到则进入步骤304；

步骤303：给出提示1，提示用户连接虹膜信息注册终端，然后返回步骤302；

步骤304：给出提示2，提示用户输入个人信息；

本步骤中，个人信息包括一个由系统自动生成的唯一的编号，还可以包括姓名、性别、身份证号、住址等信息。

步骤305：给出提示3，提示用户注视虹膜信息注册终端；

步骤306：判断是否拍摄到清晰虹膜图像，则返回上一步继续提示用户注视虹膜信息注册终端；

步骤307：若能拍摄到清晰虹膜图像，则将虹膜信息注册到当前用户名下，给出语音提示4，提示已完成注册；

步骤308：结束虹膜信息注册流程。

本方法实现了单眼虹膜信息注册的功能，若需要进行双眼虹膜信息注册，则可以在用户使用一只眼完成步骤305-307后，使用另一只眼重复步骤305-307。给出的提示1、2、3、4可以为语音提示，也可以为用户界面显示的文字提示，用于对用户的操作进行指导或描述系统所处的状态。

如图4所示，本发明提供了一种基于Windows操作系统的嵌入式虹膜识别终端的虹膜识别方法，所述方法包括：

步骤401：给出提示5，提示用户注视虹膜识别终端；

步骤402：判断是否拍摄到清晰虹膜图像，若拍摄到清晰虹膜图像，进入步骤403；若未拍摄到清晰虹膜图像，返回步骤401；

步骤403：将拍摄到的虹膜信息与虹膜信息数据库内的虹膜信息进行匹配验证；

本步骤中，虹膜信息匹配验证的过程包括对拍摄的虹膜图像进行虹膜搜索、图像质量评价、图像预处理、图像归一化和特征提取等步骤。本步骤中拍摄到的虹膜信息优选为一定时间内的多幅虹膜图像，且在一定时间内多次进行匹配验证。

步骤404：判断是否找到匹配的虹膜信息，若找到则进入步骤405；若未找到则进入步骤406；

步骤405：给出识别完成的提示6，控制一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别；

步骤406：给出识别失败的提示7，控制另一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别。

本方法实现了虹膜识别的功能，整个过程循环进行，在一次识别过程结束后进入到下一次识别过程。给出的提示5、6、7可以为语音提示，也可以是在用户界面显示文字提示，用于对用户的操作进行指导或描述系统所处的状态。

综上所述，本发明公开的一种嵌入式虹膜识别终端、包括其的系统及其虹膜识别方法，通过选用基于Windows操作系统的嵌入式处理器架构，可使在Windows操作系统下开发的各种软件和算法方便地移植到本嵌入式系统中，不依赖于传统的嵌入式开发环境和编程语言。可连接显示器显示Windows风格的用户界面，便于普通用户使用；该系统包括分开的虹膜信息注册终端和虹膜识别终端，在大型应用场合，可以将一个虹膜信息注册终端采集的虹膜数据复制到多个虹膜识别终端，大大节省了多个虹膜信息注册终端的费用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种嵌入式虹膜识别终端，其特征在于，包括基于Windows操作系统的嵌入式处理器架构，第一接口模块，人体感应模块和第一图像捕捉模块；

所述嵌入式处理器架构用于存储虹膜信息数据库，实现虹膜信息注册算法和虹膜识别算法，并与第一接口模块、人体感应模块、第一图像捕捉模块电连接，控制其完成各项功能；

所述第一接口模块用于设备供电，并在所述嵌入式处理器架构与虹膜信息注册终端、输入设备、显示设备或计算机之间进行数据通信；

所述人体感应模块用于感应人体存在并将电压信号传输至处理器架构；

所述第一图像捕捉模块用于识别时获取虹膜图像并传输至处理器架构。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式虹膜识别终端，其特征在于，所述嵌入式处理器架构包括组装在同一块印制电板上并通过印制电路通信的处理器、ROM、RAM和输入/输出接口电路。

3.根据权利要求2所述的一种嵌入式虹膜识别终端，其特征在于，所述第一图像捕捉模块包括与所述处理器连接通信的相机，与所述相机连接的第一光源模块，置于所述相机前的第一镜头和置于所述第一镜头前的第一滤光片；

虹膜识别时，所述第一光源模块由相机驱动照亮虹膜区域，所述第一滤光片用于阻挡可见光并使所述第一光源模块在虹膜上的反射光透过，所述第一镜头用于将虹膜图像成像于相机的感光芯片上，所述相机用于获取虹膜图像并传输给所述处理器。

4.根据权利要求1所述的一种嵌入式虹膜识别终端，其特征在于，所述虹膜识别终端还包括由所述嵌入式处理器架构控制的音频模块和/或指示灯模块；所述音频模块用于在虹膜信息注册和虹膜识别时给出语音提示；所述指示灯模块用于指示设备状态和虹膜识别结果。

5.一种嵌入式虹膜识别系统，其特征在于，所述嵌入式虹膜识别系统包括如权利要求1-4任一所述的嵌入式虹膜识别终端。

6.根据权利要求5所述的一种嵌入式虹膜识别系统，其特征在于，所述嵌入式虹膜识别系统还包括虹膜信息注册终端；所述虹膜信息注册终端用于采集用户虹膜信息并注册到虹膜信息数据库。

7.根据权利要求6所述的一种嵌入式虹膜识别系统，其特征在于，所述虹膜信息注册终端包括：控制模块，第二接口模块，第二光源模块和第二图像捕捉模块；

所述控制模块通过第二接口模块与虹膜识别终端进行通信，且与第二光源模块和第二图像捕捉模块均电连接，控制其完成各项功能；

所述第二接口模块用于设备供电，并与虹膜识别终端进行数据通信；

所述第二光源模块用于注册时对虹膜区域照明；

所述第二图像捕捉模块用于注册时获取虹膜图像。

8.根据权利要求7所述的一种嵌入式虹膜识别系统，其特征在于，所述第二图像捕捉模块包括与所述控制模块连接的图像传感器，置于所述图像传感器前的第二镜头，和置于所述第二镜头前的第二滤光片；

所述图像传感器用于注册时获取虹膜图像；

所述第二镜头用于将虹膜图像成像于图像传感器上；

所述第二滤光片用于阻挡可见光，并使所述第二光源在虹膜上的反射光透过。

9.一种利用如权利里要求1-4任一所述的嵌入式虹膜识别终端进行虹膜识别的方法，其特征在于，所述虹膜识别方法包括：

步骤401：给出提示：请用户注视虹膜识别终端；

步骤402：判断是否拍摄到清晰虹膜图像，若拍摄到清晰虹膜图像，进入

步骤403；若未拍摄到清晰虹膜图像，返回步骤401；

步骤403：将拍摄到的虹膜信息与虹膜信息数据库内的虹膜信息进行匹配验证；

步骤404：判断是否找到匹配的虹膜信息，若找到，则结束本次虹膜识别；若未找到则进入步骤406；

步骤405：给出识别完成提示；控制一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别；

步骤406：给出识别失败提示，控制另一种指示灯亮，然后返回步骤401进入下一轮识别。