CN110728184B - 一种可消除成像区域光影的多光源虹膜图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可消除成像区域光影的多源虹膜图像采集装置，包括引导镜片、光源板和虹膜图像采集摄像头模组，引导镜片是以光学板材为基底通过和印墨方式制得的具有部分遮光功能的组件，光源板提供对称光源以及镜头安装孔，虹膜图像采集摄像头模组具有两个摄像头，分别用于采集左右眼虹膜图像，本发明中的虹膜图像采集装置在不增加外部繁重结构、不增加设备整体体积和总功耗的情况下，有效的解决了虹膜图像采集过程中光影和椭圆形光斑导致的虹膜图像采集不准确的问题。

Description

一种可消除成像区域光影的多光源虹膜图像采集装置

技术领域

本发明涉及本发明涉及新型生物识别技术领域，特别涉及一种可消除成像区域光影的多源虹膜图像采集装置。

背景技术

目前（单）双摄虹膜图像采集设备，为了增强虹膜纹理、提高虹膜图像采集质量，常需要外置波段在800-1000nm的红外光源。且为了满足不同采集距离的要求，红外光源的数量至少在两颗或两颗以上，但是这样的设计又引出了新的问题：

（1）多颗光源辐射的光线在采集者面部产生多次强光反射，尤其是在面部高鼻梁区域反射形成的反射光可直接进入虹膜区域产生反射光斑，形成光影，掩盖了虹膜本身的纹理，降低了虹膜成像质量。

（2）多光源同时使用常会在采集者的瞳孔区域形成多个或者单个椭圆形光斑，椭圆形光斑与采集者由于运动造成的光斑一致，使虹膜图像采集算法误识为由于运动模糊而形成质量不良的虹膜图像，从而错误判断，舍弃了清晰的采集图像，降低了虹膜识别的效率。

为了解决上述问题，目前大多会采用在设备外侧（相比于摄像头模组）设计两组或多组阵列光源，最大程度的扩大各组阵列光源间距，每组阵列光源内部间隙在1-5mm之间，在使用距离内，每组阵列光源可在采集者眼睛形成单个圆形光斑，多组阵列光源采用分批点亮的方式，即可控制采集者瞳孔的光斑为圆形，同时，外接套筒，此套筒内置可遮挡鼻梁区域的挡板，一方面确定了设备最短使用距离，保证图像成像质量。另一方面内置可遮挡鼻梁区域的挡板，有效地解决虹膜区域光影的问题。

上述方案效果十分显著，但是存在以下问题：

（1）套筒边缘多出一块中间结构，容易折断或者进灰，外观且体验不好。同时，采集者紧贴套筒去采集虹膜时面部区域易接触到套筒的挡板区域，用户体验感不好。

（2）采用光源外侧设计（相对应摄像头模组），降低了光源的光学利用效率，设备的整体功耗增加。此外为了实现目标区域的补光，需要将光源板设计一定的倾斜角度，与将光源内侧设计（相对于摄像头模组）相比，增大了采集设备的体积。

发明内容

为了有效的解决现有技术中多光源虹膜图像采集装置在成像区域形成光影和椭圆形光斑的问题，本发明的目的在于提供一种可消除成像区域光影的多源虹膜图像采集装置。

本发明提供的虹膜图像采集装置如下：

一种虹膜图像采集装置，包括：

引导镜片，以光学板材为基底材料制得，包括镀膜镜片和反射镜片，所述镀膜镜片和反射镜片通过胶合的方式连接在一起，所述反射镜片朝向使用者，所述镀膜镜片朝向装置内部；和光源板，由左至右依次分布左镜头安装孔、左红外补光光源、右红外补光光源、图像采集状态指示灯、右镜头安装孔，所述图像采集状态指示灯位于所述光源板正中间位置；以及虹膜图像采集摄像头模组，包括左摄像头模组和右摄像头模组；

所述镀膜镜片表面可分为遮光区域和镜面反射区域；所述遮光区域不透光，宽度为16.3-17.1mm，所述镜面反射区域透红外光，反射可见光；

所述反射镜片透红外光，反射可见光，整体呈镜面效果；

所述光源板安装在所述引导镜片的下层，所述左红外补光光源和所述右红外补光光源对称地置于所述图像采集状态指示灯两侧，所述左红外补光光源和所述右红外补光光源的水平中心与遮光区域的水平中心相同，与所述虹膜识别装置水平中心、使用者面部中心重合。

上述引导镜片和红外补光光源的结构及左右对称的布局，很好地解决了光影和光斑问题，遮光区域在中间位置对称的遮挡了左右红外补光光源的部分光源，当使用者使用设备时，首先，这样可以有效的降低使用者鼻梁区域的亮度，减少鼻梁区域的反射光进入虹膜区域，解决的虹膜图像中的光影问题，同时，这样只有相对于眼睛的同侧光源进入眼睛瞳孔区域形成光斑，解决了椭圆形光斑的问题。

进一步地，所述遮光区域位于所述镀膜镜片纵向中间位置，纵向贯穿所述镀膜镜片，遮光区上部具有凹口；

所述镜面反射区域为所述镀膜镜片上除所述遮光区域以外的区域，左右对称的位于所述遮光区域两侧以及凹口处；

进一步地，所述遮光区光透过率参数为：T（380-1000nm）＜0.01％

所述镜面反射区域光透过率参数为：T（380-690nm）<1％，T（800-1100nm）>92％；

所述反射镜片光透过率参数为：T（380-690nm）<1％，T（800-1100nm）>92％。

进一步地，所述引导镜片的形状根据所述虹膜图像采集装置的整体形状需要而定，为对称形状；

所述光源板形状与引导镜片形状相同，但是尺寸大于引导镜片的尺寸，且所述光源板边缘根据安装需要制有任意个带孔凸出部分，用于所述虹膜图像采集装置的固定。

进一步地，所述光学板材为白玻璃或透明亚克力板中的一种。

进一步地，所述左红外补光光源和右红外补光光源均为800-1000nm波长的近红外光源。

进一步地，所述图像采集状态指示灯为RGB三色光源，通过显示三种颜色，表示设备使用的三种状态。R--采集失败、G--采集成功、B--正在采集。

进一步地，所述左摄像头模组和右摄像头模组分别与所述左镜头安装孔和右镜头安装孔相对应安装，分别用于采集使用者左眼和右眼的虹膜图像。

本发明提供的一种可消除成像区域光影的多源虹膜图像采集装置通过光学板材镀膜和印墨以及对称布局的方式，对光源进行有效的遮挡，在没有增加繁重的外接结构，无需增加设备整体功耗，又可以控制设备体积尺寸的情况下，有效的解决了虹膜成像过程中光影和椭圆形光斑影响虹膜图像采集不准确的问题，同时引导镜片的双面构造可以有效的保持镀膜镜片的洁净度，并保护其镀膜不受磨损。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示出本发明实施例中虹膜图像采集装置结构图；

图2示出本发明实施例中虹膜图像采集装置中引导镜片各结构图；

图3示出本发明实施例中虹膜图像采集装置中光源板的布局图；

图4示出本发明一个实施方式中利用光学仿真软件Tracepro进行光学仿真的照度图；

图5a为普通内置光源设备所采集的虹膜图像，图5b为使用本发明实施例中虹膜图像采集装置所采集的虹膜图像。

附图标记：

01-引导镜片、01A-镀膜镜片、01A1-遮光区域、01A2-镜面反射区域、01B-反射镜片、02-光源板、02A-左镜头安装孔、02B-左红外补光光源、02C-右红外补光光源、02D-图像采集状态指示灯、02E-右镜头安装孔、03-虹膜图像采集摄像头模组、03A-左摄像头模组、03B-右摄像头模组。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

根据本发明，本实施例中提供一种可消除成像区域光影的多源虹膜图像采集装置的实施方式，如图1所示，该虹膜图像采集装置包括：引导镜片01、光源板02和虹膜图像采集摄像头模组03。

其中，如图2所示，引导镜片01呈圆角矩形，包括形状相同的镀膜镜片01A和反射镜片01B，二者通过胶合的方式组合成为引导镜片01的前后面，反射镜片01B为正面，朝向使用者，镀膜镜片01A为反面，朝向装置内部，本实施方式中，镀膜镜片01A和反射镜片01B均由白玻璃为基底材料制得。

镀膜镜片01A整体又可以划分为遮光区域01A1和镜面反射区域01A2，遮光区域01A1呈“凹”字形，是通过在白玻璃上丝印黑色油墨制得，不透光，透过率参数为：T（380-1000nm）＜0.01％，遮光区域01A1位于所述镀膜镜片01A纵向中间位置，纵向贯穿所述镀膜镜片01A，横向宽度为16.3mm。

镜面反射区域01A2为镀膜镜片01A上除遮光区域01A1以外的部分，通过在白玻璃上镀光学膜制得，包括遮光区域01A1两侧对称的区域以及“凹”字形凹口区域，镜面反射区域01A2透红外光，反射可见光，透过率参数为：T（380-690nm）<1％，T（800-1100nm）>92％。

反射镜片01B整体通过白玻璃镀光学膜制得，透红外光，反射可见光，透过率参数为：T（380-690nm）<1％，T（800-1100nm）>92％，整体呈镜面效果。

如图3所示，本实施例中光源板02整体呈圆角矩形，尺寸略大于引导镜片01，在光源板02边缘制有5个中间带孔的安装凸起，其中四个安装凸起分别位于圆角矩形直边和曲边的交界处，另一个安装凸起位于光源板02左侧边缘顶点处。

光源板02正中间安装有图像采集状态指示灯02D，图像采集状态指示灯02D为可见光指示灯，为RGB三色光源，通过三种颜色切换表示图像采集状态，R表示采集失败、G表示采集成功、B表示正在采集，灯光通过遮光区域01A1的凹口处显示；

图像采集状态指示灯02D两侧对称的安装有左红外补光光源02B和右红外补光光源02C，二者的水平中心与遮光区域01A1的水平中心相同，与设备水平中心、采集者面部中心重合，左红外补光光源02B和右红外补光光源02C均为800-1000nm波长的近红外光源。

左红外补光光源02B的左侧和右红外补光光源02C的右侧分别设置有左镜头安装孔02A和右镜头安装孔02E，左镜头安装孔02A和右镜头安装孔02E对称放置，位于镜面反射区域01A2下方，不被遮光区域01A1遮挡。

如图1所示，本实施方式中虹膜图像采集摄像头模组03包括左摄像头模组03A和右摄像头模组03B，分别与左镜头安装孔02A和右镜头安装孔相对应安装，分别用于对使用者左眼和右眼虹膜图像的采集。

当设备通过本实施方式中的虹膜采集装置进行虹膜图像采集时，使用者位于反射镜片01B前，通过具有镜面效果的反射镜片01B调整自己双眼位置，根据环境光线亮度，左红外补光光源02B和右红外补光光源02C分别发出近红外光进行补光，遮光区域01A1对称地遮挡了红外补光光源02B和02C的部分光源，这使得使用者鼻梁区域的亮度降低，减少了鼻梁区域反射光进入虹膜区域，不会在虹膜区域形成光阴，如图4所示，利用光学仿真软件Tracepro进行光学仿真的照度图。从图可以很清楚的看到，采集者鼻梁区域光照度低。同时，根据人眼视度可知，单眼的有效采集范围为60°，此时，遮光区域01A1阻挡了左侧光源进入右眼和右侧光源进入左眼，只有眼同侧光源进入瞳孔区域的情况下，在瞳孔区域形成的光斑为圆形，避免了椭圆形光斑的产生，这样左摄像头模组03A，和右摄像头模组03B分别可获取无光影、具有圆形光斑的清晰的虹膜图像，在采集虹膜图像的过程中，图像采集状态指示灯02D根据图像采集状态显示不同的颜色，图像正在采集的时候指示灯显示蓝色，当指示灯显示绿色时说明图像采集成功，使用者双眼可以离开虹膜采集装置，若指示灯显示红色则说明图像采集失败，使用者应从新进行虹膜图像采集，直到指示灯显示绿色为止。

如图5所示，其中图5a为使用普通内置光源设备所采集的虹膜图像，可以清晰的看到瞳孔中的椭圆形光斑和虹膜区域的光影，虹膜区域的光影会掩盖部分虹膜纹理，降低虹膜呈像质量，椭圆形的光斑会干扰图像处理时算法对图像质量的判断，降低了虹膜采集效率，与此相对比的图5b为使用本实施方式提供的虹膜采集装置获得的虹膜图像，可以清晰的看到，瞳孔区域的光斑为圆形，虹膜区域不再有光影，由此可以看出，本实施方式提供的虹膜采集装置可以有效的解决现有技术中存在的虹膜成像存在光影和椭圆形光斑的问题，同实施方式中提供的虹膜采集装置不需要外接套筒等繁重的装置，不会引发积尘、增加体积等新的问题。

本实施例还提供了另一个实施方式，其中引导镜片01使用的光学板材为亚克力板，其余部分均与上一实施方式相同。

本实施例还提供了另一个实施方式，其中遮光区域01A1宽度为17.1mm，其余部分均与第一实施方式相同。

本实施例还提供了另一个实施方式，其中遮光区域01A1宽度为16.7mm，其余部分均与上一实施方式相同。

分别使用上述实施方式提供的虹膜成像设备采集使用者虹膜图像，均可得到清晰、虹膜处无光影、瞳孔处圆形光斑的虹膜图像。结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种虹膜图像采集装置，其特征在于，包括：

引导镜片(01)，以光学板材为基底材料制得，包括镀膜镜片(01A)和反射镜片(01B)，所述镀膜镜片(01A)和反射镜片(01B)通过胶合的方式连接在一起，所述反射镜片(01B)朝向使用者，所述镀膜镜片(01A)朝向装置内部；和

安装在所述引导镜片(01)的下层的光源板(02)，以及虹膜图像采集摄像头模组(03)，包括左摄像头模组(03A)和右摄像头模组(03B)；

所述镀膜镜片(01A)表面可分为遮光区域(01A1)和镜面反射区域(01A2)；所述遮光区域(01A1)不透光，宽度为16.3-17.1mm，所述镜面反射区域(01A2)透红外光，反射可见光，所述反射镜片(01B)透红外光，反射可见光，整体呈镜面效果；

所述光源板(02)包括左红外补光光源(02B)、右红外补光光源(02C)；所述左红外补光光源(02B)和所述右红外补光光源(02C)的水平中心与遮光区域(01A1)的水平中心相同，与所述虹膜图像采集装置水平中心、使用者面部中心重合；所述左红外补光光源(02B)和所述右红外补光光源(02C)分别位于光源板(02)正中间位置的左右两侧成左右对称布局；

所述遮光区域(01A1)位于所述镀膜镜片(01A)纵向中间位置，纵向贯穿所述镀膜镜片(01A)，遮光区上部具有凹口，遮光区域在中间位置对称的遮挡了左右红外补光光源的部分光源。

2.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述光源板(02)还包括左镜头安装孔(02A)、图像采集状态指示灯(02D)、右镜头安装孔(02E)，所述图像采集状态指示灯(02D)位于所述光源板(02)正中间位置。

3.根据权利要求2所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述左红外补光光源(02B)和所述右红外补光光源(02C)对称地置于所述图像采集状态指示灯(02D)两侧。

4.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述镜面反射区域(01A2)为所述镀膜镜片(01A)上除所述遮光区域(01A1)以外的区域，左右对称的位于所述遮光区域(01A1)两侧以及凹口处。

5.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述遮光区域(01A1)光透过率参数T在波长380-1000nm下透过率小于0.01％；

所述镜面反射区域(01A2)光透过率参数T在波长380-690nm下小于1％，T在波长800-1100nm下大于92％；

所述反射镜片(01B)光透过率参数T在波长380-690nm下小于<1％，T在波长800-1100nm下大于92％。

6.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述引导镜片(01)的形状根据所述虹膜图像采集装置的整体形状需要而定，为对称形状；

所述光源板(02)形状与引导镜片(01)形状相同，但是尺寸大于引导镜片(01)的尺寸，且所述光源板(02)边缘根据安装需要制有任意个带孔凸出部分，用于所述虹膜图像采集装置的固定。

7.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述光学板材为白玻璃或透明亚克力板中的一种。

8.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述左红外补光光源(02B)和右红外补光光源(02C)均为800-1000nm波长的近红外光源。

9.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，图像采集状态指示灯(02D)为RGB三色光源，通过显示三种颜色，表示设备使用的三种状态，R--采集失败、G--采集成功、B--正在采集。

10.根据权利要求1所述的虹膜图像采集装置，其特征在于，所述左摄像头模组(03A)和右摄像头模组(03B)分别与左镜头安装孔(02A)和右镜头安装孔(02E)相对应安装，分别用于采集使用者左眼和右眼的虹膜图像。