CN202533963U - 单图像传感器双眼虹膜识别设备 - Google Patents

Abstract

一种中远距离的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其包括面板、光学镜头、摄像头模组、处理器板、存储介质、电源接口以及网口，处理器板与摄像头模组、存储介质、电源接口以及网口相连接，且光学镜头、摄像头模组、处理器板和存储介质嵌入在面板的前部和后部之间所限定的空间中，其特征在于，该面板的前部上设置有自动定位的滤光片、该光学镜头设置在滤光片远离用户的一侧，且该光学镜头拍摄距离为大于30cm，并具有仰俯可调机构，以适应不同身高的用户并进行非接触式虹膜识别。该嵌入式虹膜识别设备具有更远的识别距离和更宽的活动范围，且同时使用三色灯和语音的人机交互方式，实现了设备的智能化、友好化。

Description

单图像传感器双眼虹膜识别设备

技术领域

本实用新型涉及一种基于单图像传感器的双眼虹膜识别设备，属于生物特征识别和身份认证技术领域。

背景技术

随着对安全安全性、先进性、稳定性、网络化等方面的要求不断提高，各种生物特征识别和安全认证方法和设备纷纷出现，生物特征识别和安全认证技术是通过利用人体所固有的生物特征或行为特征来进行个人身份安全认证，这些生物或行为特征包括人脸、指纹、虹膜、掌纹、笔迹和语音，其中虹膜是身体面对外界最复杂的组织，且具有生物活性、非接触性、唯一性、稳定性、防伪性等生物特性，因而虹膜识别被广泛认为是最具有前途的生物特征识别和安全认证技术之一，是具有高精度、非侵犯性、简单易用的生物特征识别和安全认证方法。

当前的虹膜识别方法和装置都采用单摄像头进行单眼虹膜采集、采用双摄像头进行双眼虹膜采集；前者由于用户存在主视和副视眼差异的问题，造成眼睛不易对准采集摄像头，对用户在采集虹膜图像时的配合程序提出了较高的要求。而后者则对于制作工艺的精度要求较高，且装置结构比较复杂、成本较高。且无论前者和后者，都要求用户在30cm内的范围进行验证识别，且活动范围较窄，用户有限制感。

专利文献1(CN101894401A)公开了一种虹膜识别门禁，其通过单摄像头对单眼虹膜进行采集和识别，并设置红外测距装置及指示灯来方便用户处于适合采集的范围，这种虹膜识别门禁采用直板式的终端设备且拍摄角度固定，显然对于使用者的配合要求较高，且由于近距离采集而无法适合各种身高的用户使用，其用户便利性并不理想。专利文献2(CN101877061A)公开了一种基于单摄像头的双眼虹膜图像采集方法及装置，其摄像头采用中心对称式的俯仰平台，半反半透滤镜与液晶屏相结合的双重反馈机制，还采用了双反差镜面引导用户实现，三色LED指示采集距离，并具有闪烁刺激瞳孔收缩的功能，但是由于其仅通过距离指示灯提示而不便于各种人群，且由于近距离虹膜采集识别而对于用户的动作和姿态配合要求较高。专利文献3(CN101533473A)公开了一种单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备，设备仅有一个USB接口，设备通过该USB接口与计算机连接即可实现图像实时并行获取及前期处理；虽然其对于获取及处理设备与计算机的交互进行了改进，但是并未具体公开对于如何使用整幅双眼图像进行虹膜识别，而且这种获取及处理设备拍摄角度固定且近距离拍摄，显然仍旧未改善虹膜识别装置的用户便利性。专利文献4(CN201204614Y)也公开了一种虹膜身份识别终端，其通过通用输入输出接口和通用异步收发接口与系统多媒体处理单元连接，克服了由于各种因素断网导致不能工作的情况，且通过集成通用接口易于扩展更多控制功能，但是其也并未对虹膜识别装置的用户便利性进行改进。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是针对现有近距离虹膜识别系统用户体验差的局限，实用新型一种实现中远距离识别的虹膜识别设备，其具有更远的识别距离和更宽的活动范围，识别距离大于30cm，所覆盖的成像面积大于40cm(纵向)x50cm(横向)。

为实现该目的，本实用新型提供了一种单图像传感器双眼虹膜识别设备，其包括面板、光学镜头、摄像头模组、处理器板、存储介质、电源接口以及网口，处理器板与摄像头模组、存储介质、电源接口以及网口相连接，且光学镜头、摄像头模组、处理器板和存储介质嵌入在面板的前部和后部之间所限定的空间中，其特征在于，该面板的前部上设置有定位的滤光片、该光学镜头设置在滤光片远离用户的一侧，且该光学镜头有效拍摄距离为大于30cm，并具有仰俯可调机构，以适应不同身高的用户并进行非接触式虹膜识别。

优选地，该面板的前部设置有测距模块、距离指示灯以及扬声器，该测距模块可设置在单图像传感器的四周，用于测量镜头或单图像传感器与用户之间的距离，所测量信息反馈到片上系统进行控制，以便距离指示灯和扬声器对距离进行指示；该距离指示灯设置在滤光片的四周且为三色LED距离指示灯，以实现对用户的距离反馈；该扬声器用于距离的语音指示和验证通过与否的语音指示。

优选地，该面板的前部还设置有红外LED光源模块和限高柱以及限角度装置，该红外LED光源模块为多组(优选为两组)，分别位于光学镜头两侧，且每个红外LED光源波段在700nm～980nm之间，限高柱用于固定红外LED灯的水平高度，限角度装置用于限定该红外LED灯的倾斜角度使其以角度照明，以确保双眼虹膜均能获得均匀的红外照明，同时通过不同角度限制来交叉成像实现对佩戴眼镜的用户进行光斑去除获得有效虹膜图像。

优选地，该嵌入式虹膜识别设备还包括与处理器板相连接的门禁接口，其用于输出数据或指令来控制门禁控制器，实现电锁的开门或关门。

优选地，该摄像头模组包括CMOS或CCD图像传感器，该CMOS或CCD图像传感器构成为该单图像传感器，与光学镜头配合实现对人的整个双眼区域进行成像，且可实现对双眼虹膜图像的处理，该对双眼虹膜图像的处理包括预处理、图像质量筛选、特征提取、模板比对、加密和门禁接口传输，该CMOS或CCD图像传感器的横向有效像素大于1600个像素。

优选地，该存储介质用于存储虹膜模板，该虹膜模板用于与该虹膜识别设备所采集处理后的虹膜数据进行比较而对用户身份进行验证，该存储介质为2GB以上的电子盘。

优选地，该电源接口用于5V-12V电源输入，该网口用于进行虹膜图像、模板、身份信息、数据信息以及日志的传输与同步。

优选地，该面板前部还设置有LOGO灯，其用于显示该嵌入式虹膜识别设备是否上电。

优选地，该门禁接口为标准USB2.0或Wiegand 26/34或RS485或RS232。

优选地，该面板的后部上设置有复位键，其用于在紧急时启动系统复位。

本实用新型实现了一种单图像传感器双眼虹膜识别设备，该单图像传感器双眼虹膜识别设备能够同时并行获取双眼的虹膜图像，且具备一定的图像处理能力，并直接将获取的双眼虹膜图像通过网口传送给后端计算机进行处理识别，或者在设备内部对获取的双眼虹膜图像与存储在本机上的用户加密双眼的虹膜模板进行比对识别，该虹膜模板仅需用户在注册端注册一次后同步到本机即可。该嵌入式虹膜识别设备具有以下优点：

1.本实用新型公开了单摄像头采集条件下，对双眼图像进行采集，同时识别范围与距离有突破和创新，其识别距离达到大于30cm，优选为45～65cm，用户在较宽松的物距内使用识别，极大提升了用户的非接触式的视觉体验。

2.本实用新型同时使用三色灯和语音的人机交互方式，实现了设备的智能化、友好化。

3.本实用新型采用了CMOS或CCD传感器，其的横向(H方向)有效像素大于1600个像素，可以实现同一时间拍下双眼图像的信息，相较以往的虹膜设备，处理器的运算速度更快更高。

4.本实用新型采用2GB的存储电子盘，可以存储百万以上的虹膜图片，即可以容纳百万以上的用户数量，丰富了本产品的市场涵盖面。

5.本实用新型通过已集成的通用接口，可以扩展更多的控制功能，能够在完成用户身份验证之后相应地执行更多的控制动作。

6.本实用新型在摄像头端采用了俯仰机构，该设计不仅可以获得更大的俯仰角度，以便适应不同身高的用户。

附图说明

通过下面结合附图对本实用新型的一个优选实施例进行的描述，本实用新型的技术方案及其技术效果将变得更加清楚，且更加易于理解。其中：

图1示出了本实用新型的虹膜识别设备的面板的正视图；

图2示出了本实用新型的虹膜识别设备的内部结构图。

具体实施方式

以下将结合所附的附图对本实用新型的一个优选实施例进行描述。

如图1-2所示，该虹膜识别设备包括面板、光学镜头202、摄像头模组203、处理器板204、存储介质205、门禁接口206、电源接口207以及网口208。

图1示出了本实用新型的虹膜识别设备的面板的正视图，该面板包括面板前部和面板后部，此处所指的″前部″、″后部″分别表示面板在靠近用户一侧的部分和面板在远离用户一侧的部分。

面板前部设置有滤光片101、红外LED光源模块102、距离指示灯103、测距模块104(优选为红外测距模块)、LOGO灯105以及扬声器106，如图1面板的正视图中所示，面板后部设置有复位键107，其在面板后部中的位置如图1中的虚线所示，为便于说明面板后部的该复位键107所处的相应位置，将其在图1中示出，需要指出的是，图1中所示复位键107仅仅是对复位键在面板后部的相应位置进行描述，并不表示其设置在面板的前部。

滤光片101为自定位滤光片，用户识别时目视该滤光片镜片，从镜片中可以看见自己双眼的成像，实现双眼的自定位功能。该滤光片为760～940nm的带通滤光片，峰值透过率在95％以上，同时反射截止420～680nm波长范围的可见光，从而保证了获取到清晰的双眼虹膜图像。

红外LED光源模块102。该红外LED光源模块为2组，分别位于光学镜头两侧，且每个红外LED光源模块均包括700-980nm(优选为850nm和760nm)波长的红外LED灯、限高柱(未示出)以及限角度装置(未示出)，限高柱用于将红外LED灯与光学镜头限制在同一水平高度，限角度装置可以限定该红外LED灯以设定的角度照明，从而确保双眼虹膜都能获得均匀的红外照明。

距离指示灯103为三色LED距离指示灯，其位于滤光片下方，实时发出红绿蓝三种色光，实现对用户的距离反馈，如红色表示距离过近，蓝色表示距离过远，绿色表示距离适中。

测距模块104设置于滤光片的下方，其用于测量光学镜头与用户鼻梁之间的距离，以便距离指示灯对距离进行指示。

LOGO灯105用于提示设备上电工作，并点亮LOGO。

扬声器106设置在LOGO灯105的下方，其用于距离的语音提示和验证通过与否的语音提示，前者即为当距离灯为红色时提示″距离过近″或者″用户向后移动″，蓝灯时提示″距离过远″或″用户向前移动″，绿色时提示″距离适中请等待拍摄″或″已进入拍摄范围，请保持不动″等，后者即为当用户身份识别成功会发出″验证通过″提示音，设备执行相关的开通动作；失败时发出″验证失败″提示音，期待用户重复验证。

复位键107设置在该虹膜识别设备的面板后部的右下方，用于在紧急时启动系统复位，而且由于该复位键并未设置在面板前部而使得用户无法从正面直接看到，即将该复位键进行隐藏设置。

图2示出了本实用新型的虹膜识别设备的结构图

光学镜头202、摄像头模组203、处理器板204、存储介质205分别嵌入在面板前部与后部之间所限定的空间中，门禁接口206、电源接口206以及网口208用于使得本实用新型的虹膜识别设备与外界进行控制操作、电力供应以及数据传输等。

光学镜头202为一个，其设置在滤光片远离用户的一侧并用于同时拍摄左右眼虹膜图像，识别距离大于30mm，其该光学镜头设置有俯仰机构，用于适用于不同身高的用户。

摄像头模组203包括CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器优选为一个，其对应于整个双眼区域，且可实现双眼虹膜图像的各种处理，该处理包括预处理、图像质量筛选、特征提取、模板比对、加密和门禁接口传输等功能。该CMOS图像传感器优选为型号是Micron公司500万像素传感器，优选地该图像传感器的横向有效像素大于1600个像素。该图像传感器还可以是CCD图像传感器。

处理器板204，其与摄像头模组203、存储介质205、门禁接口206、电源接口207以及网口208相连接，用于图像处理和运算控制，是图像处理和运算控制的核心单元，该处理器板优选为基于500MHz以上的处理器，主频为1.6GHz的开发主板。

存储介质205，用于存储虹膜模板，该虹膜模板用于与该虹膜识别设备所采集处理后的虹膜数据进行比较而对用户身份进行验证，该存储介质优选为2GB以上的电子盘，其可存储百万以上的虹膜模板。

门禁接口206，其用于输出数据或指令到韦根模块来控制门禁控制器，实现电锁的开门或关门。该门禁接口优选为标准USB2.0接口。

电源接口207，其用于为虹膜识别设备提供电力，其优选为输入12V电源。

网口208，其用于进行虹膜图像的传输与同步。

如图所示，本实用新型的虹膜识别设备的测距模块104对用户的距离进行检测，通过距离指示灯103或扬声器106提示用户的精确位置，如距离指示灯103的红灯表示距离过近或用户向后移动，蓝灯表示距离过远或用户向前移动，绿色表示距离适中或进入拍摄范围，此时用户在该位置保持不动，双眼直视滤光片101，可以在该滤光片中看见自己的双眼成像，此时摄像头模组203开始启动，并点亮红外LED光源模块102，通过光学镜头202拍摄人的双眼虹膜图像，并将采集到的虹膜图像信息传输到处理器板204，处理器板204从存储介质205中提取已存储的虹膜模板，进行数据分析和比对，如果身份匹配，则会通过扬声器106发出″验证通过″提示音，否则会发出″验证失败″的声音。当身份验证通过后，处理器板204会通过门禁接口206输出控制信号给后端的门禁设备，开启相应的放行通道，否则需要用户重复对准设备进行验证。

用户在注册端注册完成后，该虹膜识别设备将采集到的虹膜模板通过网口208同步保存到与处理器板204相连的存储介质205。

当本实用新型的虹膜识别设备通过电源接口207供应+12V电源后，设备开始上电工作，LOGO灯105开始点亮。当用户进入拍摄范围，距离指示灯103变绿后，整个虹膜识别设备启动运行；当无用户使用时，距离指示灯103熄灭，该虹膜识别设备处于低功耗状态。该复位键107仅在该虹膜识别设备已上电但无法正常工作时使用，对系统进行复位。

对于所属技术领域的技术人员而言，随着技术的发展，本实用新型构思可以不同方式实现。本实用新型的实施方式并不仅限于以上描述的实施例，而且可在权利要求的范围内进行变化。

Claims (10)

1.一种单图像传感器双眼虹膜识别设备，其包括面板、光学镜头、摄像头模组、处理器板、存储介质、电源接口以及网口，处理器板与摄像头模组、存储介质、电源接口以及网口相连接，且光学镜头、摄像头模组、处理器板和存储介质嵌入在面板的前部和后部之间所限定的空间中，其特征在于，该面板的前部上设置有定位的滤光片、该光学镜头设置在滤光片远离用户的一侧，且该光学镜头有效拍摄距离为大于30cm，并具有仰俯可调机构，以适应不同身高的用户并进行非接触式虹膜识别。

2.如权利要求1所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该面板的前部设置有测距模块、距离指示灯以及扬声器，该测距模块可设置在单图像传感器的四周，用于测量镜头或单图像传感器与用户之间的距离，所测量信息反馈到片上系统进行控制，以便距离指示灯和扬声器对距离进行指示；该距离指示灯设置在滤光片的四周且为三色LED距离指示灯，以实现对用户的距离反馈；该扬声器用于距离的语音指示和验证通过与否的语音指示。

3.如权利要求2所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该面板的前部还设置有红外LED光源模块和限高柱以及限角度装置，该红外LED光源模块为多组，分别位于光学镜头两侧，且每个红外LED光源波段在700nm～980nm之间，限高柱用于固定红外LED灯的水平高度，限角度装置用于限定该红外LED灯的倾斜角度使其以角度照明，以确保双眼虹膜均能获得均匀的红外照明，同时通过不同角度限制来交叉成像实现对佩戴眼镜的用户进行光斑去除获得有效虹膜图像。

4.如权利要求3所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该嵌入式虹膜识别设备还包括与处理器板相连接的门禁接口，其用于输出数据或指令来控制门禁控制器，实现电锁的开门或关门。

5.如权利要求4所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该摄像头模组包括CMOS或CCD图像传感器，该CMOS或CCD图像传感器构成为该单图像传感器，与光学镜头配合实现对人的整个双眼区域进行成像，且可实现对双眼虹膜图像的处理，该对双眼虹膜图像的处理包括预处理、图像质量筛选、特征提取、模板比对、加密和门禁接口传输，该CMOS或CCD图像传感器的横向有效像素大于1600个像素。

6.如权利要求5所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该存储介质用于存储虹膜模板，该虹膜模板用于与该虹膜识别设备所采集处理后的虹膜数据进行比较而对用户身份进行验证，该存储介质为2GB以上的电子盘。

7.如权利要求6所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该电源接口用于5V-12V电源输入，该网口用于进行虹膜图像、模板、身份信息、数据信息以及日志的传输与同步。

8.如权利要求7所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该面板前部还设置有LOGO灯，其用于显示该嵌入式虹膜识别设备是否上电。

9.如权利要求4所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该门禁接口为标准USB2.0或Wiegand 26/34或RS485或RS232。

10.如权利要求9中所述的单图像传感器双眼虹膜识别设备，其中，该面板的后部上设置有复位键，其用于在紧急时启动系统复位。

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