CN110532858A - 微型双目虹膜识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种微型双目虹膜识别装置，属于虹膜识别技术领域。包括：虹膜识别ASIC芯片、图像采集单元及红外照明单元；图像采集单元，用于采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传输至虹膜识别ASIC芯片；红外照明单元，用于辅助图像采集单元进行虹膜图像的采集；虹膜识别ASIC芯片，用于对采集到的虹膜图像进行虹膜识别处理。由于只需图像采集单元及红外照明单元即可实现虹膜采集编码识别功能，从而硬件拓扑更加简单。其次，由于所有图像处理操作均由虹膜识别ASIC芯片来完成，不占用应用系统任何硬件资源，而在软件应用部分，所有图像操作的计算和分析均已固化在虹膜识别ASIC芯片内部，从而资源利用率较高。

Description

微型双目虹膜识别装置
技术领域
本发明涉及虹膜识别技术领域，尤其涉及一种微型双目虹膜识别装置。
背景技术
随着科技的发展，基于生物特征的识别技术逐渐成为了用户识别技术发展的重要方向，其中生物识别技术是指，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高等技术手段的密切结合，利用人体固有的生理特性(如指纹、脸相、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的识别和鉴定。相对于通过文字编码的识别技术来说，基于生物特征的识别技术的安全性更好，尤其是基于虹膜的识别技术，其利用人体虹膜特征的唯一性的特点，在理论上具有其他生物识别技术无可比拟的优点。目前，虹膜识别模组均是基于FPGA硬件平台开发的，虽然能够实现虹膜识别功能，但依然存在如下缺陷：
(1)是由于FPGA平台为通用开发芯片，依据FPGA开发出的虹膜识别模组只用到了FPGA的部分资源，还有大量资源处于空置状态，从而资源利用率低。另外，FPGA平台资源众多，会导致虹膜识别模组整体功耗较大。
(2)是FPGA虽然是硬件算法实现虹膜识别功能，相较于软件算法安全级别更高，但依旧存在程序烧写，相较于专用虹膜识别ASIC芯片设计，依旧不够安全。
(3)是由于FPGA选型需要满足功能，往往要有大量空闲的走线，这就导致了FPGA封装尺寸大，外围电路复杂，导致整个模组体积无法小型化。
(4)是由于FPGA电路结构复杂，对于电路板布局布线存在很多限制，比如，FPGA的管脚间距决定了电路板都需要6层甚至8层结构才能完成走线，大大增加了设计难度和设计成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的微型双目虹膜识别装置。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种微型双目虹膜识别装置，包括：
虹膜识别ASIC芯片、图像采集单元及红外照明单元；图像采集单元，用于采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传输至虹膜识别ASIC芯片；红外照明单元，用于辅助图像采集单元进行虹膜图像的采集；虹膜识别ASIC芯片，用于对采集到的虹膜图像进行虹膜识别处理。
可选地，图像采集单元包括：图像传感器模组和光学镜头部件；图像传感器模组与光学镜头部件之间机械连接，图像传感器模组的像素中心点与光学镜头部件的机械中心点对齐，图像传感器模组与虹膜识别ASIC芯片之间电连接；
图像传感器模组，用于接收虹膜识别ASIC芯片传输的采集指令，根据采集指令，通过光学镜头部件采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传送至虹膜识别ASIC芯片。
可选地，红外照明单元包括：红外驱动模块及至少两组红外LED；红外驱动模块与至少两组红外LED之间电连接；至少两组红外LED与图像采集单元处于同一水平线，并分布在图像采集单元的两侧；红外驱动模块与虹膜识别ASIC芯片之间电连接。
可选地，虹膜识别ASIC芯片包括：图像接收单元、图像分析单元、虹膜图像处理单元、通信单元、图像输出单元及存储单元；
图像接收单元，用于接收图像采集单元传输的虹膜图像；图像分析单元，用于从接收到的虹膜图像中筛选符合预设条件的虹膜图像；虹膜图像处理单元，用于对筛选出的虹膜图像进行虹膜识别处理；通信单元，用于与主控装置进行实时通信；图像输出单元，用于将对虹膜图像进行实时回显；存储单元，用于存储加密虹膜模板。
可选地，图像接收单元与图像采集单元之间电连接，图像分析单元分别与图像采集单元及红外照明单元之间电连接。
可选地，图像分析单元，还用于对接收到的虹膜图像进行分析，并根据分析结果实时对图像采集单元及红外照明单元进行参数调整。
可选地，虹膜图像处理单元包括：图像预处理单元、特征提取与编码单元、模板比对单元及加密单元；
图像预处理单元，用于按照预设方式对虹膜图像进行预处理；特征提取与编码单元，用于将经过预处理的虹膜图像进行编码，以提取虹膜信息；模板比对单元，用于将虹膜信息与存储单元存储的加密虹膜模板进行匹配，若匹配成功，则确定虹膜信息通过识别；加密单元，用于在虹膜识别过程中对虹膜信息进行加密。
可选地，预设方式至少包括人眼定位、虹膜切割及图像优化。
本发明实施例提供的微型双目虹膜识别装置，由于除了虹膜识别ASIC芯片之外，只需图像采集单元及红外照明单元即可实现虹膜采集编码识别功能，从而硬件拓扑更加简单。
其次，由于所有图像处理操作均由虹膜识别ASIC芯片来完成，不占用应用系统任何硬件资源，如主控系统的CPU资源及存储资源等，而在软件应用部分，所有图像操作的计算和分析均已固化在虹膜识别ASIC芯片内部，在使用过程中仅需要通过通信端口操作部分寄存器即可获取虹膜比对结果，从而资源利用率较高，所需外部资源少。
另外，由于外部资源较少，从而相较于现有技术中的方案其功耗也有大幅降低。再者，由于其专用的ASIC设计，虹膜识别算法已经固化到芯片内部，从而具有不可修改及不可复制的特性，进而安全性更高。
最后，由于整个装置可以设计的很小，如23mm×27mm×68mm，从而相较于FPGA基板更适合进行小型化设计集成。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术提供的一种基于FPGA开发的虹膜模组的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微型双目虹膜识别装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种微型双目虹膜识别装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种虹膜识别ASIC芯片的内部结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种虹膜图像处理单元的内部结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在相关技术中，主要是基于FPGA开发的虹膜模组，如图1所示。针对相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种微型双目虹膜识别装置，参见图2，该装置包括：虹膜识别ASIC芯片201、图像采集单元202及红外照明单元203；图像采集单元202，用于采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传输至虹膜识别ASIC芯片201；红外照明单元203，用于辅助图像采集单元202进行虹膜图像的采集；虹膜识别ASIC芯片201，用于对采集到的虹膜图像进行虹膜识别处理。
需要说明的是，该装置可以作为从设备与主控系统结合使用，以用于不同的应用场景，如主控系统可以为门禁系统，本发明实施例提供的微型双目虹膜识别装置可以用于门禁开启场景。另外，虹膜识别ASIC芯片201的封装尺寸可以为10mm×10mm，功耗可以小于200mw，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例提供的装置，由于除了虹膜识别ASIC芯片201之外，只需图像采集单元202及红外照明单元203即可实现虹膜采集编码识别功能，从而硬件拓扑更加简单。
其次，由于所有图像处理操作均由虹膜识别ASIC芯片201来完成，不占用应用系统任何硬件资源，如主控系统的CPU资源及存储资源等，而在软件应用部分，所有图像操作的计算和分析均已固化在虹膜识别ASIC芯片201内部，在使用过程中仅需要通过通信端口操作部分寄存器即可获取虹膜比对结果，从而资源利用率较高，所需外部资源少。
另外，由于外部资源较少，从而相较于现有技术中的方案其功耗也有大幅降低。再者，由于其专用的ASIC设计，虹膜识别算法已经固化到芯片内部，从而具有不可修改及不可复制的特性，进而安全性更高。
最后，由于整个装置可以设计的很小，如23mm×27mm×68mm，从而相较于FPGA基板更适合进行小型化设计集成。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图像采集单元202包括：图像传感器模组和光学镜头部件；图像传感器模组与光学镜头部件之间机械连接，图像传感器模组的像素中心点与光学镜头部件的机械中心点对齐，图像传感器模组与虹膜识别ASIC芯片201之间电连接；图像传感器模组，用于接收虹膜识别ASIC芯片201传输的采集指令，根据采集指令，通过光学镜头部件采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传送至虹膜识别ASIC芯片201。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，红外照明单元203包括：红外驱动模块及至少两组红外LED；红外驱动模块与至少两组红外LED之间电连接；至少两组红外LED与图像采集单元202处于同一水平线，并分布在图像采集单元202的两侧；红外驱动模块与虹膜识别ASIC芯片201之间电连接。
需要说明的是，实际实施过程中红外LED的组数也可以不止为两组，本发明实施例对此不作具体限定。红外照明单元203用于辅助虹膜图像采集，虹膜纹理的生理特征对近红外光束是反射的，所以红外照明单元203能帮助图像传感器模组快速高效低采集到虹膜图像。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，虹膜识别ASIC芯片201包括：图像接收单元、图像分析单元、虹膜图像处理单元、通信单元、图像输出单元及存储单元；
图像接收单元，用于接收图像采集单元传输的虹膜图像；图像分析单元，用于从接收到的虹膜图像中筛选符合预设条件的虹膜图像；虹膜图像处理单元，用于对筛选出的虹膜图像进行虹膜识别处理；通信单元，用于与主控装置进行实时通信；图像输出单元，用于将对虹膜图像进行实时回显；存储单元，用于存储加密虹膜模板。
其中，图像接收单元可以图像传感器模组的信号，以获取虹膜图像，并可支持Parallel数据格式。预设条件可以为清晰度的限制，也即图像分析单元可以对虹膜图像进行筛选，以筛选掉清晰度不符合规范的虹膜图像。通信单元可以支持SPI/UART/IIC三种通信模式，还可以直接操作虹膜识别ASIC芯片201内部的专用寄存器，以实现相关指令。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图像接收单元与图像采集单元202之间电连接，图像分析单元分别与图像采集单元202及红外照明单元203之间电连接。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，图像分析单元，还用于对接收到的虹膜图像进行分析，并根据分析结果实时对图像采集单元202及红外照明单元203进行参数调整。通过图像分析单元对虹膜图像进行分析，可以实时对用于拍摄虹膜图像的图像采集单元202进行参数调整，还可以实时对用于辅助照明的红外照明单元203进行参数调整，以便虹膜图像处理单元可获取最优原始虹膜图像。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，虹膜图像处理单元包括：图像预处理单元、特征提取与编码单元、模板比对单元及加密单元；图像预处理单元，用于按照预设方式对虹膜图像进行预处理；特征提取与编码单元，用于将经过预处理的虹膜图像进行编码，以提取虹膜信息；模板比对单元，用于将虹膜信息与存储单元存储的加密虹膜模板进行匹配，若匹配成功，则确定虹膜信息通过识别；加密单元，用于在虹膜识别过程中对虹膜信息进行加密。
结合上述实施例的内容，实际在实施本发明实施例时，微型双目虹膜识别装置的结构可参考图3。在图3中，IIC及DVP均表示通信单元的通信模式。图4为虹膜识别ASIC芯片201的内部结构示意图。图5为虹膜图像处理单元的内部结构示意图。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种微型双目虹膜识别装置，其特征在于，包括：虹膜识别ASIC芯片、图像采集单元及红外照明单元；所述图像采集单元，用于采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传输至所述虹膜识别ASIC芯片；所述红外照明单元，用于辅助所述图像采集单元进行虹膜图像的采集；所述虹膜识别ASIC芯片，用于对采集到的虹膜图像进行虹膜识别处理。
2.根据权利要求1所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述图像采集单元包括：图像传感器模组和光学镜头部件；所述图像传感器模组与所述光学镜头部件之间机械连接，所述图像传感器模组的像素中心点与所述光学镜头部件的机械中心点对齐，所述图像传感器模组与所述虹膜识别ASIC芯片之间电连接；
所述图像传感器模组，用于接收所述虹膜识别ASIC芯片传输的采集指令，根据所述采集指令，通过所述光学镜头部件采集虹膜图像，并将采集到的虹膜图像传送至所述虹膜识别ASIC芯片。
3.根据权利要求1所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述红外照明单元包括：红外驱动模块及至少两组红外LED；所述红外驱动模块与所述至少两组红外LED之间电连接；所述至少两组红外LED与所述图像采集单元处于同一水平线，并分布在所述图像采集单元的两侧；所述红外驱动模块与所述虹膜识别ASIC芯片之间电连接。
4.根据权利要求1所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述虹膜识别ASIC芯片包括：图像接收单元、图像分析单元、虹膜图像处理单元、通信单元、图像输出单元及存储单元；
所述图像接收单元，用于接收所述图像采集单元传输的虹膜图像；所述图像分析单元，用于从接收到的虹膜图像中筛选符合预设条件的虹膜图像；所述虹膜图像处理单元，用于对筛选出的虹膜图像进行虹膜识别处理；所述通信单元，用于与主控装置进行实时通信；所述图像输出单元，用于将对虹膜图像进行实时回显；所述存储单元，用于存储加密虹膜模板。
5.根据权利要求4所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述图像接收单元与所述图像采集单元之间电连接，所述图像分析单元分别与所述图像采集单元及所述红外照明单元之间电连接。
6.根据权利要求4所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述图像分析单元，还用于对接收到的虹膜图像进行分析，并根据分析结果实时对所述图像采集单元及所述红外照明单元进行参数调整。
7.根据权利要求4所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述虹膜图像处理单元包括：图像预处理单元、特征提取与编码单元、模板比对单元及加密单元；
所述图像预处理单元，用于按照预设方式对所述虹膜图像进行预处理；所述特征提取与编码单元，用于将经过预处理的虹膜图像进行编码，以提取虹膜信息；所述模板比对单元，用于将所述虹膜信息与所述存储单元存储的加密虹膜模板进行匹配，若匹配成功，则确定所述虹膜信息通过识别；所述加密单元，用于在虹膜识别过程中对所述虹膜信息进行加密。
8.根据权利要求7所述的微型双目虹膜识别装置，其特征在于，所述预设方式至少包括人眼定位、虹膜切割及图像优化。
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