CN108369338B - 图像采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于采集用于在受试者的生物特征识别中使用的虹膜图像的图像采集系统，所述系统包括光学系统，所述光学系统包括至少2个透镜的群集，所述群集布置在共用图像传感器的前方，每个透镜光轴呈平行间隔开的关系。每个透镜具有固定焦距和不同的光圈以提供相应的角视野。具有最近对焦的所述透镜具有最小光圈，而具有最远对焦的所述透镜具有最大光圈，使得可跨至少200mm至300mm的焦距范围采集虹膜图像。

Description

图像采集系统
技术领域
本发明涉及一种图像采集系统，具体地讲涉及一种包括多个光学组件的系统，每个光学组件被布置成能够捕获用于生物特征识别中的虹膜区域的相应图像。
背景技术
基于虹膜区域的图像的生物特征识别使用虹膜中的各个径向图案。用于这种生物特征识别的图像采集系统需要在虹膜图案内每mm解析至少2行，以便提供对受试者的可靠识别。特别是在移动电话和智能电话中，有两个因素限制了常规透镜系统的直接使用：移动电话市场致力于尽量减少整体相机成本；并使电话外壳尽可能薄。
希望具有专用的图像采集系统，其能够跨一定距离范围以锐聚焦捕获尺寸大致相同的面部虹膜区域的图像，并且适合并入智能电话的形状因数。
更具体地讲，对于诸如智能电话的现代手持设备，希望让用户能够在对其舒适的距离处握持设备，使得设备的面向用户的相机可采集包括虹膜图案的所需图像。该距离可在接近设备15-20cm到远离设备40-45cm及可能更远)的范围内。
并且为了解锁设备，还希望在设备的正常使用期间采集虹膜图像，以连续地或周期性地验证设备的用户—在这种情况下，将不利地迫使用户在其感觉舒适的距离之外的任何距离处握持设备。同样，该距离在例如15cm至45cm以上的范围内。
通常，在740nm直至900nm和甚至1000nm及以上的近红外(NIR)波长范围内采集用于生物特征识别的虹膜区域，并且光学系统需要相应设计和优化。然而，对于此类系统中使用的透镜，实现可接受的大于约10cm的锐聚焦深度可能会存在挑战。因此，在例如20cm具有对焦峰值的定焦透镜只能提供15-25m的可用范围用于虹膜采集。
可使用具有可变焦距的透镜，但这将导致提取的虹膜区域的尺寸发生变化。此外，使用自动对焦机构就空间或成本受限的应用而言可能是不合适的。
参见图1，眼睛之间的平均距离因性别和种族而异在约60-65mm的范围内，并且平均虹膜直径在约10.1-13mm的范围内。另外，由于眼睛可能不完全居中，可能有利的是采集大约100mm宽的矩形区域以确保双眼成像。如果我们考虑相机的视野(FoV)能够在从眼睛区域到面部的d＝15cm的距离处采集合适的图像宽度，我们看到FoV的半角Θ被给定为atan(50mm/150mm)，其提供大约37度的水平视野角度。
对于变焦透镜，当焦点切换到较长距离时，例如40cm，因为面部变得更远，眼睛之间的距离和虹膜瞳孔的尺寸将在像素上变小。可基于3000像素乘以1,800像素的示例性图像传感器(大约500万像素的传感器)进行大致估计(但应当理解，可使用一定范围的传感器尺寸和分辨率)。在15cm处，我们示出这映射到100mm宽度上，因此平均直径为12mm的单个虹膜区域将跨360个像素。然而在30cm处，相同的虹膜区域将减小至180像素并且在40cm处将进一步减小至120像素或更小—在该点虹膜图案的采集图像的质量可能不足以用于识别用途(但一些应用可能需要小于120像素)。还应当理解，在40cm处的虹膜的光照将显著小于15cm处的光照，并且这也可导致在此类距离获得所需图像质量方面的问题。
即使如此，如果需要在每种情况下对虹膜区域进行尺寸调整以在处理之前将在不同距离处采集的虹膜图像归一化至相同尺寸的虹膜区域，则此类归一化可能是基本生物特征识别图案中伪影和错误的潜在来源。
此外，在自动对焦系统中，用户必须将设备保持在固定位置，直到实现焦点锁定为止。这可能需要几秒钟，并且可能提供非最佳焦点，具体取决于对焦机构提供的对焦档位数目。
最后，还应当理解，能够采集围绕虹膜区域周围的面部以及虹膜区域对于跟踪用途可能是有用的。因此，面部检测和跟踪系统可连续采集图像并且定位没有通常用于采集虹膜图案图像的IR光照的虹膜区域。然而，使用单个自动对焦系统将难以在跨15cm至40cm范围内采集虹膜和面部区域的图像。
因此，可以看出，对用于虹膜区域的图像采集系统的设计要能同时并且跨适用于现代手持成像设备(诸如智能电话)的一系列距离捕获两个虹膜区域，这存在一些挑战。
CN101154264公开了基于多个定焦相机的大景深虹膜图像采集和识别系统。该系统将虹膜与定焦相机对准，每个相机具有不同的成像对象距离范围，并产生多路径定焦图像结果。通过距离测量或图像质量评估方法，在执行图像处理以及识别所选合格虹膜图像数据前，选择一个或多个多路径定焦图像结果。然而，所采用的每一个相机包括相同的光学器件，设置为相应的焦距，因此该系统涉及上文强调的许多缺点。
发明内容
根据本发明，提供了一种根据权利要求1所述的图像采集系统。
本发明的实施方案使得能够在大范围的焦距处采集虹膜图像，并且具体地包括对焦范围200-300mm，该对焦范围对于将手持设备(诸如智能电话)定位以采集自拍类型图像的许多用户是舒适的。然而，实施方案允许更大范围的焦距，以在采集用于多种应用的虹膜图像方面提供更大的灵活性。
在实施方案中，每个透镜包括光学元件的组件。每个透镜具有不同的角视野。每个透镜具有不同的对焦范围，使得透镜中的至少一个在图像采集系统的整个操作范围内形成焦距内图像。每个透镜具有不同的光圈，其中最近对焦透镜具有最小光圈，而最远的对焦透镜具有最大光圈。这可确保来自恒定IR闪光灯的曝光可适于相机至虹膜距离，并且具有如下优点：可增大近焦透镜的景深并保持高于所需水平的虹膜采样(透镜分辨率)，例如每mm2行。
透镜可被布置成跨图像传感器的表面的规则或不规则排列。
可使用晶片级技术来制造光学系统。一些实施方案包括透镜，这些透镜具有总共四个表面的两层光学元件。每个透镜的两个层优选地与图像传感器相似地间隔开，并且通过相应调节四个表面的曲率，实现透镜的不同焦距。
在表面为模塑表面的实施方案中，它们可具有非球面形状以使畸变最小化，并且因为只有窄范围的波长(例如750至850nm)相关，可使得每个相机几乎衍射受限。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式来描述本发明的各种实施方案，在附图中：
图1示意性地示出了面部和虹膜区域的标度以及在采集距离d处将此类区域成像所需的视野。
图2示出了根据本发明的第一实施方案的双透镜群集；
图3包括表，该表列出图2的系统的光学元件的光学参数(长度单位为mm)；
图4示出了图2的透镜的虹膜平面内(0…30mm)的MTF曲线和视野；
图5示出了本发明的三个透镜实施方案中的透镜的群集；并且
图6示出了本发明的四个透镜实施方案中的透镜的群集以及它们各自的对焦范围。
具体实施方式
本发明的实施方案包括多光学器件单传感器图像采集系统，该系统包括安装到具有平行间隔开的光轴的图像传感器上的定焦透镜的群集。每个透镜将光引导至传感器的特定区域，其中每个透镜被设计成在不同固定焦距上提供不同视野，使得通过每个透镜捕获的虹膜区域可具有类似的特性，诸如尺寸和分辨率。
群集中的每个透镜可具有不同的入射瞳孔直径AS，以及不同的光圈数F＝AS/f。每个透镜可对焦在不同的距离上。例如，在距离Z上对焦时，近点和远点的衍射公式NP和FP可用于为群集中的每个透镜计算出所需的平均焦距Z。
Figure GDA0002654797130000051
Figure GDA0002654797130000052
其中δ＝2λF2是景深，而λ是波长，对于用于虹膜图像采集的相机该波长通常为0.85微米。
参见图2，在第一实施方案中，光学系统20包括两个几乎相同的空气间隔开的双透镜22,24，它们针对涵盖总体范围180-350mm的眼睛与相机之间的两个不同距离进行了优化。在图2中的前视图中所示的双透镜22,24各自包括前光学元件22A,24A和后光学元件22B,24B。可使用晶片级光学器件(WLO)方法，在同一基底上形成前光学元件22A,24A，如下文更详细地描述。相似地，可使用WLO方法，在同一基底上形成前后光学元件24A,24B，如下文更详细地描述。通常，WLO方法在共用基底上产生大光学元件阵列，然后可将基底切割成板，其中一个光学元件的轮廓28在图2中示出，其包括用于群集的透镜的光学元件。包括群集的透镜的前光学元件和后光学元件的每个板装配在传感器26的前面，并根据需要与传感器间隔开，使得每个透镜在传感器26的独立部分上对焦相应图像。
传感器26可包括常规RGB类型阵列，其中RGB像素的自然IR灵敏度用于采集用IR照明源(未示出)照明的图像，该IR照明源为诸如通常集成在容纳光学系统20的图像采集设备内的LED闪光灯。当由IR照明源照明时，传感器26可用于采集场景的可见图像，并且这些图像可用于例如在IR图像采集之前定位和跟踪虹膜区域。
另选地，传感器26可包括RGBW(其中白色像素也是IR敏感的)或RGB IR阵列(包括仅IR敏感像素)，其中可大体同时采集场景的可见和IR图像。由于其不同的灵敏度，IR敏感像素可能需要与RGB像素不同的曝光时间，因此在不同曝光时间之后，可能需要从传感器26单独地读取可见光和IR图像。
在例示的实施方案中，双透镜22,24的每个光学元件由不同类型的玻璃制成，在该示例中，BK7用于前光学元件22A,24A，而SF5用于后光学元件22B,24B，并在图像采集期间在用于照明虹膜的闪光灯的带宽(800-900nm)内提供色度校正。应当理解，由于双透镜22,24共享它们的基底，因此实现了有成本效益的制造。在另选的实施方案中，前光学元件和/或后光学元件可由塑料材料制成。
后玻璃基底22B,24B安装在距离传感器26 0.8mm处，而前玻璃基底22A,24A安装在距离后玻璃基底2.2mm处。每个基底大约为0.6mm厚，以提供大约4.2mm(TTL)的最大厚度，该厚度将被理解为适于并入典型的智能电话外壳内。
双透镜22和24的光圈直径分别为D＝1.3mm和D＝1.7mm。焦距为f＝4.26mm，其分别提供了F/3.36和F/2.56焦比以及3.28μm和2.5μm的艾里斑半径。
双透镜22,24分别覆盖180-250mm和250-350mm的距离范围，从而提供180-350mm的眼睛到相机的总距离范围。
图2示出了偏轴最高10度的中心光线图案，其等效于虹膜平面中±30mm的线性视野。光线32和34指示每个双透镜22,24在其相应范围采集的10mm虹膜图像的中心和边缘，并且应当注意到这些光跨传感器26的程度是相似的。
空气间隔开的双透镜22,24中的前光学元件和后光学元件均具有非球面后表面，其中的中心曲率半径c＝0(选择平面型表面以便于制造)，而前表面制造为球形。双透镜22,24经优化以在近红外线λ＝800-900nm下工作，各自涵盖特定距离范围：近距离180-250mm和中距离250-350mm，无需重新对焦系统。
图3包括一个表格，列出了图2的系统20的双透镜24的光学参数(长度单位为mm)，以及前和后光学元件24A,24B的背部表面*的非球面系数sag:z＝A.r4+B.r6+C.r8。
除了在图3中的**所指示的后光学元件(SF5板)的中心厚度之外，双透镜22,24中的所有参数均相同。对于较小的D＝1.3mm双透镜22，在距离180-250mm的距离处成像，透镜中心厚度为0.62mm，而对于较长距离250-350mm，则需要有更大光圈D＝1.7mm的双透镜24，以保持角分辨率和来自虹膜的返回光通量，同时为了将焦距重新固定为0.8mm，凹透镜的中心厚度减少至0.5779mm。因此，这些后方元件在厚度上相差0.0421mm，即0.62mm对0.5779mm。
典型的空气间隔开的消色差双透镜仅能在狭窄的视野下操作1-2度。引入两个非球面表面并使用正和负透镜之间的轴向距离作为自由参数，可在相对窄的波长范围λ＝800-900nm内实现最大10度的视野。原则上，可在线性视野±40mm的边缘将两个虹膜成像，但是为了最大化图像质量，优选地在±30mm内视野的中心部分将一个虹膜成像。
主要的妥协是保持高图像质量以实现实用的距离范围，而不用重新对焦。这通过使用较小光圈双透镜22为近距离180-250mm实现，使透镜相当缓慢(F/3.4)，这有助于加长景深。针对光斑大小和MTF曲线进行透镜优化，特别针对中心频率，其对应于虹膜平面中的每mm 2行：v＝2×距离/f，其中f＝4.2mm。
图4呈现了关键距离180、200、250、280、300和350mm的MTF曲线，对应的中频为85.7、95、119、133.3、143和166.7个循环/mm。在距离d＝200mm处实现最佳性能(MTF接近0.6)。在视野的中心部分，在距离180-350mm处，对比度不会下降到0.5以下。需注意，矢状MTF是透镜图像质量更相关的量度，因为虹膜图案在性质上是径向的。
第一实施方案的设计具有若干优点：
1)中央厚度为4.22mm，其易于使光学系统并入智能电话。
2)相对快速的f/2.6透镜在中距离工作而无需重新对焦。
3)在对象空间的30mm视野内的近衍射限图像质量，2行/mm时MTF>0.5。
4)对于双透镜24的2.5μm艾里斑半径，可通过1微米像素大小进行Nyquist采样。
5)每个双透镜22,24内的两个光学元件均包括平面-非球面后表面，
其简化了制造工艺(玻璃或塑料模制)。
6)除了工作光圈和负透镜的中心厚度之外，两个透镜22,24是相同的。
需注意，为了保持景深在近距离处较大，透镜焦比减小至f/3.4。然而，双透镜22,24残余色差不可忽略，甚至对于100nm带宽也是如此，因为虹膜照明不能忽略不计并且可能限制透镜性能。一些实施方案可采用杂散光阻挡布置来防止来自相邻双透镜的不需要的背景。
在传感器26用于采集可见光和IR(虹膜)图像两者的情况下，过滤器(未示出)可插置在透镜与传感器26之间的光学路径中。过滤器可被布置为通过可见光和窄带IR光以防止泄漏。
最长焦距透镜24将对焦在最远距离处，并且焦距f的值由光学设计、所需的总轨迹长度(TTL)以及实现传真照片设计(f>TTL)的程度确定。最长焦距f的实际值为约4.0-5.0mm。然后通过检测器尺寸确定该最长焦距相机的视野。
现在转到图5，该图示出了根据本发明的第二实施方案布置在不规则网格中的三个透镜52,54,56的群集50，每个透镜具有相应的光圈直径。以下示例性参数可用于图5的群集50：
近距离相机(52)：F1.8、f＝1.7mm、d＝0.95mm、焦距177mm(景深133-265mm)
中距离相机(54)：F1.8、f＝3.0mm、d＝1.7mm、焦距316mm(景深265-390mm)
远距离相机(56)：F1.8、f＝4.0mm、d＝2.2mm、焦点450mm(景深390-530mm)
在该示例中，定焦相机的三相机群集涵盖从133到530mm的所有焦距。由于每个相机的焦距不同，此透镜群集可能不像本文所述的其他实施方案的那些透镜那样容易地制造。
在图6的第三实施方案中，群集60包括4个元件，第一元件62布置成具有中心焦物距例如18cm，第二元件64的中心焦距为24cm，第三元件66的中心焦距为32cm，并且第四元件68的中心焦距为42cm。在该实施方案中，可用景深对于最近对焦的相机62至少为例如6cm，而对于透镜64至68中的每个增大至8cm、10cm和12cm。因此，第一相机可跨15-21cm的范围，第二相机为20-28cm，第三相机为27-37cm，并且第四相机为36-48cm。在这些范围内，虹膜区域将处于充分锐聚焦，以通过图像采集系统进行高质量采集。
同样，每个相机62至68的视野不同，并且在该示例性实施方案中为跨眼部区域的10cm宽度确定。因此，对于第一相机62，其将具有18cm主焦距确定的31度的视野。对于第二相机，其为24度；对于第三相机为18度，对于第四相机为14度。
需注意，例如在第一实施方案和第二实施方案中，所有透镜62…68均布置在单个图像传感器上。为了比较，我们假设这与问题陈述中所述的500万像素(3000×1800像素)传感器相同，使得每个光学元件将其图像导向到传感器的1500×900像素区域上。
让我们把最近的光学元件作为范例。在最近距离15cm处，这只会在1500像素传感器上跨8.3cm的眼睛至眼睛的距离，得到跨虹膜的1.2×(1500/8.3)＝216像素的虹膜直径。在该第一单元的另一个末端处，以21cm的距离采集虹膜，其中视野将横跨约11.5cm，并且平均虹膜将为1.2×(1500/11.5)＝156像素。在15cm的中心点处，虹膜将为180像素。对于第二光学元件64，我们的相应虹膜尺寸的对应范围为：214-152像素；对于第三光学元件为210-152像素，并且第四光学元件与第三光学元件相似。
在所有图像均从同一传感器采集的情况下，图像数据可由单个处理元件引导和处理。通常，这可能是ISP(图像信号处理器)，但鉴于本发明的专业性质，可能将使用专用的硬件处理单元。此类单元可提供专门的寻址方案，以将图像数据从单个图像传感器引导至2、3或4个独立处理流中，每个处理流对应于与特定透镜相关联的传感器的一部分。这允许使用常规批量制造的500万像素传感器。
另选的实施方案可采用定制传感器，该定制传感器具有每个象限的单独寻址/漂移电路。
当从传感器卸载数据时，可以在卸载过程中获得一些统计数据。这可提供关于每个采集图像的锐度及其动态范围的信息。继而该统计数据可用于确定哪个透镜提供最佳对焦图像—每个图像中的图像形式将包括面部的不同部分，因此全局统计、纹理等在2、3或4个图像区域中的每一个中有所不同。也可在设备中提供关于眼睛的位置和注视的信息。
在一些实施方案中，图像采集系统将具有可用的附加信息，例如，面部尺寸和位置的指示，从而能够估计受试者与设备的近似距离。该附加信息可提供输入以确定为虹膜区域提取保留图像中的哪一个图像。
在另一个实施方案中，光学元件中的一个光学元件可具有非常大的视野，捕捉整个面部以及可捕捉的部分头部和/或肩部。
如果受试者位于与相邻透镜重叠焦距的区域内，则选择的图像通常将默认为采集较大虹膜图案的透镜。然而在一些实施方案中，两个区域均可被处理。在其他实施方案中，该决定可采用区域锐度(更高的锐度意味着更好的对焦)和针对每个区域的附加统计信息两者。
一旦选择图像，则将虹膜区域分段并进行一般的虹膜分析和处理，确定虹膜区域是否与设备用户或其他授权人员的注册虹膜图案匹配，如WO2011/124512(参考：FN-458)中所公开。
如所指出的那样，一些实施方案将被布置为选择提供最佳图像质量(对焦/分辨率)的单只眼，并且将以足够的置信水平通过该单只眼图像来验证用户。
上述2、3和4透镜实施方案中的每一个可使用晶片级光学器件(WLO)技术制备，诸如“All-glass wafer-level lens technology for array cameras”(阵列相机全玻璃晶片级透镜技术)中所公开(AAC Technologies公司数字化X线摄影部Palle GeltzerDinesen著，由Nitin Sampat、Radka Tezaur等人编辑，Proc.of SPIE-IS&T ElectronicImaging，SPIE Vol.9023,902303)。
用于提供用于上述类型的图像采集系统的光学组件的其他可用技术公开于“Wafer-level packaging of micro-optics Miniaturized imaging systems”(晶片级封装微型光学器件微型化成像系统)(R.Volkel、M.Eisner、K.J.Weible，MicroelectronicEngineering 67-68(2003)461-472)；“Rapid fabrication of semi-ellipsoidmicrolens using thermal reflow with two different photoresists”(使用具有两种不同光致抗蚀剂的热回流快速制造半椭圆型微透镜)(Zhen-Jie Lian、Shih-Yu Hung、Ming-Ho Shen、Hsiharng Yang，Microelectronic Engineering 115(2014)46-50)；“Wafer-level manufacturing technology of glass microlenses”(玻璃微透镜的晶片级制造技术)(U.Gossner、T.Hoeftmann、R.Wieland、W.Hansch、Appl.Phys.A(2014)116:415-425)；US6096155，其公开了一种切割晶片级集成多光学元件的方法；US6649008，其公开了一种批量生产和封装集成子系统的方法；US2014/375866，AAC，其公开了集成的透镜叠堆；以及US 2014/0192252，AAC，其公开了一种阵列相机。
类似于上文提及的AAC提供的那些的WLO方法也可购自DigitalOpticsCorporation of San Jose,CA；或Heptagon Micro Optics Pte Ltd,Singapore。
WLO的一种变体称为“玻璃上的聚合物”，使用母模工具来产生临时反相(压模)。母模工具通常由金属形成，并且使用金刚石车削来制造，其中透镜设计与母模工具中可切割的透镜形状和尺寸的类型非常紧密地相关。
一旦提供临时印模，将聚合物滴或渍分配到玻璃载体上，然后将临时压模暂时粘合到玻璃载体上以形成透镜。在粘结和固化之后，移除印模以提供填充有可能数千个小透镜的玻璃载体。可在玻璃载体的另一侧上应用相同的方法以产生另一透镜表面。在这种情况下，需要对齐步骤以确保顶部小透镜与底部小透镜对齐。
如果需要，可通过掩模、金属涂层和剥离工艺将孔添加到阵列的各个小透镜中。
在WLO的另一个变体中，将熔融玻璃在一对母模之间注入以填充工具之间的腔体，然后固化和释放模具。使用此类方法，必须小心确定适当的体积、压力和温度以确保所有腔体均被完全填充。同样，透镜设计非常紧密地与母模工具和制造工艺关联。
同样，虽然在上述实施方案中使用了玻璃，但也可以从塑料材料生产前光学元件或后光学元件中的一者或两者。
尽管上述实施方案被描述为针对波长范围λ＝800-900nm进行优化，但应当理解，也可采用适用于在λ＝740nm到1000nm以上的范围内工作的光学器件。
在任何情况下，通常使用WLO技术提供均一化光学器件阵列，然而，通过形成具有重复单元阵列的母模工具，每个单元包括对应于群集的相应透镜形状的多个不同形式，这些工具可用于制备用于上述实施方案的所需光学器件组。
虽然就适合并入智能电话描述了上述实施方案，但应当理解，图像采集系统可并入任何数目的设备，包括平板电脑、膝上型电脑或甚至是专用的生物特征识别设备。

Claims (17)

1.一种用于采集用于在受试者的生物特征识别中使用的虹膜图像的图像采集系统(20)，所述系统包括光学系统，所述光学系统包括至少2个透镜(22,24；52,54,56；62,64,66,68)的群集，所述群集布置在共用图像传感器(26)的前方，每个透镜光轴呈平行间隔开的关系，其中每个透镜包括一对光学元件：单个前会聚光学元件(22A,24A)和设置在所述前会聚光学元件和所述图像传感器之间的单个后发散光学元件(22B,24B)，每个透镜在所述图像传感器上形成原图像，群集的每个透镜的所述前会聚光学元件形成在共用基底(28；50；60)上，并且群集的每个透镜的所述后发散光学元件形成在共用基底(28；50；60)上，每个透镜具有固定焦距和不同的光圈以提供相应的角视野，具有最近对焦的所述透镜具有最小光圈，而具有最远对焦的所述透镜具有最大光圈，使得可跨至少200mm至300mm的焦距范围采集虹膜图像。
2.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述群集包括：2个(22,24)、3个(52,54,56)或4个(62,64,66,68)透镜。
3.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中每个透镜具有介于大约4.0mm和5.0mm之间的焦距。
4.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中每个透镜包括光学组件，所述光学组件具有小于约4.22mm的总轨迹长度。
5.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述群集包括至少2个透镜并且具有从约180mm至350mm的对焦范围；或者所述群集包括至少3个透镜并且具有从约150mm至480mm的对焦范围；或者所述群集包括至少3个透镜并且具有从约133mm至530mm的对焦范围。
6.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述群集中的每个透镜具有大约等于4.26mm的焦距f。
7.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述群集包括2个透镜，所述2个透镜分别具有大约1.3mm和1.7mm的光圈直径。
8.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述后发散光学元件与所述图像传感器间隔开0.8mm，并且其中所述前会聚光学元件与所述后发散光学元件间隔开2.2mm。
9.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中被包括在所述至少2个透镜的所述群集中的成对的光学元件的光学特性仅在相应的后发散光学元件的厚度上不同。
10.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述前会聚光学元件和所述后发散光学元件中的每一者均为空气间隔的。
11.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述前会聚光学元件包含模塑玻璃。
12.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中面向所述图像传感器的所述前会聚光学元件和所述后发散光学元件的表面具有非球面特性。
13.根据权利要求1所述的图像采集系统，还包括红外光闪光灯。
14.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中所述图像传感器包括：RGB传感器；或RGB-IR传感器。
15.根据权利要求1所述的图像采集系统，其中群集中的透镜被布置成规则或不规则排列。
16.根据权利要求11所述的图像采集系统，其中所述后发散光学元件包含不同于形成所述前会聚光学元件的材料的模塑玻璃。
17.一种智能电话，所述智能电话包括根据权利要求1所述的图像采集系统。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10223838B2 (en) * 2013-03-15 2019-03-05 Derek A. Devries Method and system of mobile-device control with a plurality of fixed-gradient focused digital cameras
WO2016177914A1 (en) 2015-12-09 2016-11-10 Fotonation Limited Image acquisition system
US20170180614A1 (en) * 2015-12-17 2017-06-22 Intel Corporation Iris imaging
US9940519B2 (en) 2016-06-24 2018-04-10 Fotonation Limited Image processing method and system for iris recognition
US10571654B2 (en) * 2017-01-10 2020-02-25 Omnivision Technologies, Inc. Four-surface near-infrared wafer-level lens systems
US10701277B2 (en) 2017-05-31 2020-06-30 Fotonation Limited Automatic exposure module for an image acquisition system
CN116723738A (zh) * 2018-10-03 2023-09-08 群创光电股份有限公司 显示装置
US11121280B2 (en) * 2018-10-03 2021-09-14 Innolux Corporation Display device with image sensor
US10554918B1 (en) * 2018-12-06 2020-02-04 Alibaba Group Holding Limited High definition, large capture volume, camera array system
JP7355213B2 (ja) 2020-02-28 2023-10-03 日本電気株式会社 画像取得装置、画像取得方法および画像処理装置
CN111693147A (zh) * 2020-06-12 2020-09-22 北京百度网讯科技有限公司 温度补偿的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN114765661B (zh) * 2020-12-30 2022-12-27 杭州海康威视数字技术股份有限公司 一种虹膜识别方法、装置及设备

Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03109031A (ja) * 1989-09-22 1991-05-09 Canon Inc 視線検出装置
CN1350750A (zh) * 1999-05-17 2002-05-22 纽约大学 显示器及显示方法
CN1379647A (zh) * 1999-10-21 2002-11-13 泰思诺拉斯眼科系统公司 用于光学治疗的虹膜识别和跟踪
US6542624B1 (en) * 1998-07-17 2003-04-01 Oki Electric Industry Co., Ltd. Iris code generating device and iris identifying system
CN1635536A (zh) * 2003-12-31 2005-07-06 上海乐金广电电子有限公司 虹膜识别装置
CN1856735A (zh) * 2003-09-24 2006-11-01 精工爱普生株式会社 照明装置、图像显示装置和投影机
CN1894719A (zh) * 2003-12-19 2007-01-10 松下电器产业株式会社 虹膜摄像装置和虹膜识别系统
CN101021901A (zh) * 2007-03-13 2007-08-22 杭州电子科技大学 双眼虹膜的采集方法和装置
CN101154264A (zh) * 2006-09-27 2008-04-02 中国科学院自动化研究所 基于多个定焦摄像头的大景深虹膜图像获取系统及方法
CN100426041C (zh) * 2005-11-14 2008-10-15 富士能株式会社 变焦透镜
CN101520838A (zh) * 2008-02-27 2009-09-02 中国科学院自动化研究所 自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法
CN100556076C (zh) * 2004-10-01 2009-10-28 利兰·斯坦福青年大学托管委员会 成像装置及其方法
CN201397419Y (zh) * 2009-03-04 2010-02-03 中山联合光电科技有限公司 小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统
CN102119361A (zh) * 2008-08-14 2011-07-06 泰塞拉技术爱尔兰有限公司 以高精度检测眼睛缺陷的基于相机的方法
CN202221576U (zh) * 2011-07-19 2012-05-16 昆山维信诺显示技术有限公司 一种虹膜识别采集装置
CN102510449A (zh) * 2011-11-18 2012-06-20 北京理工大学 一种基于非均匀透镜阵列的类人眼图像传感器
CN102855471A (zh) * 2012-08-01 2013-01-02 中国科学院自动化研究所 远距离虹膜智能成像装置及方法
CN102959969A (zh) * 2010-06-29 2013-03-06 富士胶片株式会社 单眼立体摄像装置
WO2014023344A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verbesserter chromatischer sensor und verfahren
CN103748599A (zh) * 2011-05-20 2014-04-23 爱福露恩斯公司 用于测量头部、眼睛、眼睑和瞳孔的反应的系统和方法
CN104520745A (zh) * 2012-08-06 2015-04-15 富士胶片株式会社 摄像装置
CN104516113A (zh) * 2013-09-27 2015-04-15 松下电器产业株式会社 图像显示装置
CN105093492A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 宁波舜宇光电信息有限公司 一种摄像光学镜组及虹膜摄像模组

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6096155A (en) 1996-09-27 2000-08-01 Digital Optics Corporation Method of dicing wafer level integrated multiple optical elements
US6235141B1 (en) 1996-09-27 2001-05-22 Digital Optics Corporation Method of mass producing and packaging integrated optical subsystems
US7028899B2 (en) * 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
DE102004003013B3 (de) * 2004-01-20 2005-06-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bilderfassungssystem und dessen Verwendung
US7535966B2 (en) 2004-08-17 2009-05-19 Adaptive Spectrum And Signal Alignment, Inc. DSL data collection system
US7936392B2 (en) * 2004-10-01 2011-05-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Imaging arrangements and methods therefor
WO2006105094A2 (en) * 2005-03-29 2006-10-05 Duke University Sensor system for identifying and tracking movements of multiple sources
US8577094B2 (en) 2010-04-09 2013-11-05 Donald Martin Monro Image template masking
US20130258044A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Zetta Research And Development Llc - Forc Series Multi-lens camera
WO2013176750A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 Security Pacific Capital Corporation Methods, systems and apparatus for automated authentication
US9077879B2 (en) 2013-01-09 2015-07-07 Aac Acoustic Technologies (Shenzhen) Co., Ltd. Array camera
US9405124B2 (en) * 2013-04-09 2016-08-02 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for light field projection
CN103323927A (zh) 2013-06-25 2013-09-25 瑞声声学科技(苏州)有限公司 集成镜头模组
WO2016177914A1 (en) 2015-12-09 2016-11-10 Fotonation Limited Image acquisition system

Patent Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03109031A (ja) * 1989-09-22 1991-05-09 Canon Inc 視線検出装置
US6542624B1 (en) * 1998-07-17 2003-04-01 Oki Electric Industry Co., Ltd. Iris code generating device and iris identifying system
CN1350750A (zh) * 1999-05-17 2002-05-22 纽约大学 显示器及显示方法
CN1379647A (zh) * 1999-10-21 2002-11-13 泰思诺拉斯眼科系统公司 用于光学治疗的虹膜识别和跟踪
CN1856735A (zh) * 2003-09-24 2006-11-01 精工爱普生株式会社 照明装置、图像显示装置和投影机
CN1894719A (zh) * 2003-12-19 2007-01-10 松下电器产业株式会社 虹膜摄像装置和虹膜识别系统
CN1635536A (zh) * 2003-12-31 2005-07-06 上海乐金广电电子有限公司 虹膜识别装置
CN100556076C (zh) * 2004-10-01 2009-10-28 利兰·斯坦福青年大学托管委员会 成像装置及其方法
CN100426041C (zh) * 2005-11-14 2008-10-15 富士能株式会社 变焦透镜
CN101154264A (zh) * 2006-09-27 2008-04-02 中国科学院自动化研究所 基于多个定焦摄像头的大景深虹膜图像获取系统及方法
CN101021901A (zh) * 2007-03-13 2007-08-22 杭州电子科技大学 双眼虹膜的采集方法和装置
CN101520838A (zh) * 2008-02-27 2009-09-02 中国科学院自动化研究所 自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法
CN102119361A (zh) * 2008-08-14 2011-07-06 泰塞拉技术爱尔兰有限公司 以高精度检测眼睛缺陷的基于相机的方法
CN201397419Y (zh) * 2009-03-04 2010-02-03 中山联合光电科技有限公司 小体积、大光圈、快对焦、低成本的高倍率变焦光学系统
CN102959969A (zh) * 2010-06-29 2013-03-06 富士胶片株式会社 单眼立体摄像装置
CN103748599A (zh) * 2011-05-20 2014-04-23 爱福露恩斯公司 用于测量头部、眼睛、眼睑和瞳孔的反应的系统和方法
CN202221576U (zh) * 2011-07-19 2012-05-16 昆山维信诺显示技术有限公司 一种虹膜识别采集装置
CN102510449A (zh) * 2011-11-18 2012-06-20 北京理工大学 一种基于非均匀透镜阵列的类人眼图像传感器
CN102855471A (zh) * 2012-08-01 2013-01-02 中国科学院自动化研究所 远距离虹膜智能成像装置及方法
CN104520745A (zh) * 2012-08-06 2015-04-15 富士胶片株式会社 摄像装置
WO2014023344A1 (de) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Verbesserter chromatischer sensor und verfahren
CN104516113A (zh) * 2013-09-27 2015-04-15 松下电器产业株式会社 图像显示装置
CN105093492A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 宁波舜宇光电信息有限公司 一种摄像光学镜组及虹膜摄像模组

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biometric iris image acquisition system with wavefront coding technology;Sheng-Hsun Hsieh et,al;《Proc.SPIE》;20130911;全文 *
高精度虹膜识别光学镜头的研制;刘雅丽等;《应用光学》;20120515;全文 *

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Publication number Publication date
CN108369338A (zh) 2018-08-03
US10310145B2 (en) 2019-06-04
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