專利名稱：便攜式虹膜圖像采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種虹膜圖像采集裝置，尤其是能遠距離非接觸并可方便攜帶的虹膜圖像采集裝置。
背景技術(shù)：
虹膜作為重要的身份鑒別特征，具有非接觸性、唯一性、穩(wěn)定性(特征固定不變)、非侵犯性等優(yōu)點，同時，據(jù)統(tǒng)計，虹膜識別的錯誤率是各種生物特征識別中最低的?；诤缒さ纳矸蓁b別系統(tǒng)主要由四部分組成虹膜圖像獲取、圖像預(yù)處理、虹膜特征提取、匹配與識別。
虹膜圖像的獲取是虹膜識別中的第一步，同時也是比較困難的步驟。虹膜是一個很小的器官，直徑約十幾毫米，而且不同人種的虹膜顏色有著很大的差別，白種人的虹膜顏色豐富，黃種人的虹膜則多為深褐色。虹膜的這些特征使得普通的攝像頭無法拍攝出可以用于識別的清晰虹膜圖像?，F(xiàn)有的虹膜采集設(shè)備由于采用變焦系統(tǒng)，多為體積較大、結(jié)構(gòu)復雜且價格昂貴；也出現(xiàn)了一些采用定焦鏡頭的小型設(shè)備，但這些設(shè)備或為接觸式，采集距離較近，應(yīng)用不方便，或為非接觸遠距離設(shè)備，用戶很難找到合適的定位點使用戶準確位于合適成像處，以采集清晰有效的虹膜圖像。所以在應(yīng)用上受到一定的限制。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于實現(xiàn)一種體積小巧、便于攜帶、使用方便、成本低廉的遠距離虹膜圖像采集裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是提供一種便攜式虹膜圖像采集裝置，包括冷鏡、紅外發(fā)光二極管、照明電路、成像鏡頭、圖像傳感器、成像處理電路、外殼和USB連接線，其外殼為封閉的容體；
在外殼的正面上鑲嵌有冷鏡，至少一個紅外發(fā)光二極管均勻分布在冷鏡周圍；外殼的正面內(nèi)側(cè)有一塊照明電路，與至少一個紅外發(fā)光二極管電連接，以保證紅外發(fā)光二極管的工作；照明電路的中心部分有一孔，該孔位于冷鏡后方；外殼內(nèi)腔設(shè)有光學鏡頭，光學鏡頭的后部與圖像傳感器固連，圖像傳感器設(shè)于成像處理電路上，成像處理電路與外殼后側(cè)內(nèi)壁固連；成像處理電路與圖像傳感器電連接；照明電路分別與成像處理電路、紅外發(fā)光二極管和距離感應(yīng)模塊電連接；成像處理電路設(shè)有一USB連接線，連接線可與計算機相連；冷鏡、照明電路的中心孔、圖像傳感器和光學鏡頭共一中心軸。
所述的裝置，其還包括距離感應(yīng)模塊，設(shè)于外殼的正面，位于冷鏡一側(cè)，與照明電路電連接。
所述的裝置，其所述冷鏡，透過虹膜在冷鏡上所成鏡像，直觀反映用戶的虹膜位置，提示用戶虹膜居中，并可遠距離拍攝虹膜圖像。
所述的裝置，其所述圖像傳感器，配合光學鏡頭和成像處理電路可直接實現(xiàn)數(shù)字圖像的采集。
所述的裝置，其所述成像處理電路，包括處理器、控制接口、存儲器、USB設(shè)備控制器和時鐘，以上各部件與圖像傳感器同位于一塊電路板上，該電路板與外殼后側(cè)內(nèi)壁固連，其中，處理器分別與控制接口、存儲器、USB設(shè)備控制器和時鐘電連接，控制接口還分別與圖像傳感器、時鐘電連接，USB設(shè)備控制器通過USB連結(jié)線與計算機電連接。
所述的裝置，其所述照明電路，包括電源升壓模塊和選擇控制開關(guān)，二者電連接，其中，電源升壓模塊與成像處理電路電連接，選擇控制開關(guān)分別與紅外發(fā)光二級管、距離感應(yīng)模塊電連接。
所述的裝置，其所述USB連接線，與計算機相連后，可同計算機通訊并獲得電源。
所述的裝置，其所述紅外發(fā)光二極管，為700-900nm紅外波段的發(fā)光二極管。
所述的裝置，其所述距離感應(yīng)模塊，當用戶靠近時，可觸發(fā)照明電路開始工作，照明電路的紅外發(fā)光二極管能夠遠距離對虹膜進行均勻照明，使圖像傳感器直接從光學鏡頭攝取數(shù)字圖像；當用戶離去時，可關(guān)閉照明電路，使裝置暫時休眠，減小能源消耗。
所述的裝置，其所述當用戶靠近時，是指用戶位于有效成像范圍內(nèi)，虹膜位置居中時，距離感應(yīng)模塊可觸發(fā)照明電路開始工作。
便攜式虹膜圖像采集裝置主要由成像裝置配合相應(yīng)照明光源組成。所述的成像裝置包括光學鏡頭組、可用于用戶自定位的及提高成像質(zhì)量的冷鏡、CMOS圖像傳感器及其相應(yīng)圖像處理傳輸電路。所述的照明部分主要通過使用近紅外波段(700-900nm)的發(fā)光二極管(LED)配合相應(yīng)電路組成，同時有一個距離感應(yīng)模塊在有用戶靠近時觸發(fā)照明光源。距離感應(yīng)模塊可以使設(shè)備在無用戶的狀態(tài)下關(guān)閉照明，使設(shè)備暫時休眠，減小能源消耗，當有用戶靠近時，喚醒照明及設(shè)備，開始工作。由于采用了數(shù)字成像傳感器，該方法省卻了圖像采集卡，并通過USB接口同電腦連接。該設(shè)備體積小，包含外殼，長不超過12cm，寬和高均不超過7cm，便于攜帶，而且無需其它外接設(shè)備(如圖像采集卡)，通過USB接口，可直接在不同的計算機上面進行工作。
本實用新型的優(yōu)點在于1、結(jié)構(gòu)簡單、輕便易攜；2、可實現(xiàn)遠距離無接觸虹膜圖像采集；3、可以全自動拍攝虹膜圖像序列；4、配合后端算法，可實現(xiàn)用戶眼鏡的自定位和虹膜的居中拍攝；5、自動感應(yīng)用戶，觸發(fā)照明模塊，虹膜照明均勻，圖像四周與中心同樣清晰；6、無需配置圖像采集卡及外界電源，直接通過USB接口即可實現(xiàn)整個裝置的供電及圖像的采集傳輸。


圖1為虹膜圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2為虹膜圖像采集裝置正面顯示圖；圖3為成像處理電路原理框圖；
圖4為照明電路原理框圖；圖5為基于虹膜的身份鑒別的工作流程示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
便攜式虹膜圖像采集裝置包括成像裝置及相應(yīng)照明模塊。整個采集裝置由冷鏡1、紅外發(fā)光二極管(LED)2、照明電路3、成像鏡頭4、圖像傳感器5、成像處理電路9、外殼6、距離感應(yīng)模塊8和USB連接線7等構(gòu)成。各部件的組合如圖1、圖2所示，外殼6為封閉的容體，在外殼6的正面上鑲嵌有冷鏡1，6個紅外發(fā)光二極管(LED)2均勻分布在冷鏡1周圍的圓圈上，距離感應(yīng)模塊8位于冷鏡1一側(cè)。外殼6的正面內(nèi)側(cè)有一塊照明電路3，與6個紅外發(fā)光二極管(LED)2電連接，以保證每個紅外發(fā)光二極管(LED)2的工作。照明電路3的中心部分有一孔，該孔位于冷鏡1后方。外殼6內(nèi)腔設(shè)有光學鏡頭4，光學鏡頭4的后部與圖像傳感器5固連，圖像傳感器5設(shè)于成像處理電路9上，成像處理電路9與外殼6后側(cè)內(nèi)壁固連。成像處理電路9與圖像傳感器5電連接。照明電路3分別與成像處理電路9、紅外發(fā)光二極管(LED)2和距離感應(yīng)模塊8電連接。成像處理電路9設(shè)有一USB連接線7，連接線7可與計算機相連。
冷鏡1、照明電路3的中心孔、圖像傳感器5和光學鏡頭4共一中心軸。
圖3為本實用新型的成像處理電路9的原理框圖，成像處理電路9包括處理器91、控制接口92、存儲器93、USB設(shè)備控制器94和時鐘95，以上各部件與圖像傳感器5同位于一塊電路板上，該電路板與外殼6后側(cè)內(nèi)壁固連，其中，處理器91分別與控制接口92、存儲器93、USB設(shè)備控制器94和時鐘95電連接，控制接口92還分別與圖像傳感器5、時鐘95電連接，USB設(shè)備控制器94通過USB連結(jié)線7與計算機電連接。
成像處理電路9工作流程如下圖像傳感器5輸出的圖像信號首先經(jīng)過控制接口92進入到主處理器91中，并與存儲器93之間通訊存儲圖像信號，處理好的圖像信號通過USB設(shè)備控制器94后，可與計算機通過USB連結(jié)線7通訊，整個電路需要一個時鐘95產(chǎn)生信號控制圖像采集、處理與傳輸?shù)耐健?br> 圖4為本實用新型的照明電路3的原理框圖，照明電路3包括電源升壓模塊31和選擇控制開關(guān)32，二者電連接，其中，電源升壓模塊31與成像處理電路9電連接，選擇控制開關(guān)32分別與紅外發(fā)光二級管2、距離感應(yīng)模塊8電連接。電路電源是從成像處理電路9接入，通過一個電源升壓模塊31和一個選擇控制開關(guān)32提供所有紅外發(fā)光二級管(LED)2工作所需的電源，選擇控制開關(guān)32根據(jù)距離感應(yīng)模塊8輸出的信號控制紅外發(fā)光二級管2的工作狀態(tài)開或關(guān)。
便攜式虹膜圖像采集裝置的工作方式為該冷鏡1可用于用戶自定位及提高成像質(zhì)量，能反射人眼圖像并讓用戶直觀地知道自己的位置，并調(diào)整使虹膜成像居中；同時透過人眼虹膜反射的紅外線，使得CMOS圖像傳感器5只接受紅外波段的光并進行成像，以免受外界雜光干擾。進入外殼6的紅外光首先經(jīng)過特殊設(shè)計制作的光學鏡頭4，然后成像在CMOS圖像傳感器5上，并經(jīng)過與后端成像處理電路9配合實現(xiàn)有效的成像。整個裝置通過USB連接線7同計算機相連，該連接線7可傳輸數(shù)字圖像、提供成像及照明所需電源。
本實用新型的便攜式虹膜圖像采集裝置，其照明部分主要通過使用近紅外波段(700-900nm)的發(fā)光二極管(LED)2配合相應(yīng)照明電路3組成，同時有一個距離感應(yīng)模塊8在有用戶靠近時觸發(fā)照明光源。距離感應(yīng)模塊8可以使設(shè)備在無用戶的狀態(tài)下關(guān)閉照明電源，使設(shè)備暫時休眠，減小能源消耗，當有用戶靠近時，喚醒照明及設(shè)備，開始工作。
由于采用了數(shù)字成像傳感器，該方法省卻了圖像采集卡，并通過USB接口同電腦連接。
實施例本實用新型可用于基于虹膜的身份識別系統(tǒng)中。結(jié)合圖5描述使用過程如下用戶位于距采集裝置一定距離處，并通過采集裝置的冷鏡1中的像知道自己的位置是否居中，此時，距離感應(yīng)模塊8判斷用戶是否位于有效成像范圍內(nèi)，如合適，距離感應(yīng)模塊8通過照明電路3的選擇控制開關(guān)32啟動照明紅外發(fā)光二極管(LED)2發(fā)光，經(jīng)虹膜反光至光學鏡頭4和圖像傳感器5，此時采集裝置的成像處理電路9已經(jīng)從圖像傳感器5采集圖像并由USB連接線7送至計算機分析，計算機會根據(jù)分析結(jié)果提示用戶向特定方向移動，以便使用戶虹膜位于清晰成像范圍。當采集的圖像清晰可用時，會將圖像送至相應(yīng)算法進行特征提取，隨后完成匹配與識別。該過程并不需要人工干預(yù)，完全是設(shè)備及計算機自動完成的。
權(quán)利要求1.一種便攜式虹膜圖像采集裝置，包括冷鏡、紅外發(fā)光二極管、照明電路、成像鏡頭、圖像傳感器、成像處理電路、外殼和USB連接線，其特征在于外殼為封閉的容體；在外殼的正面上鑲嵌有冷鏡，至少一個紅外發(fā)光二極管均勻分布在冷鏡周圍；外殼的正面內(nèi)側(cè)有一塊照明電路，與至少一個紅外發(fā)光二極管電連接，以保證紅外發(fā)光二極管的工作；照明電路的中心部分有一孔，該孔位于冷鏡后方；外殼內(nèi)腔設(shè)有光學鏡頭，光學鏡頭的后部與圖像傳感器固連，圖像傳感器設(shè)于成像處理電路上，成像處理電路與外殼后側(cè)內(nèi)壁固連；成像處理電路與圖像傳感器電連接；照明電路分別與成像處理電路、紅外發(fā)光二極管和距離感應(yīng)模塊電連接；成像處理電路設(shè)有一USB連接線，連接線可與計算機相連；冷鏡、照明電路的中心孔、圖像傳感器和光學鏡頭共一中心軸。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括距離感應(yīng)模塊，設(shè)于外殼的正面，位于冷鏡一側(cè)，與成像處理電路電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述成像處理電路，包括處理器、控制接口、存儲器、USB設(shè)備控制器和時鐘，以上各部件與圖像傳感器同位于一塊電路板上，該電路板與外殼后側(cè)內(nèi)壁固連，其中，處理器分別與控制接口、存儲器、USB設(shè)備控制器和時鐘電連接，控制接口還分別與圖像傳感器、時鐘電連接，USB設(shè)備控制器通過USB連結(jié)線與計算機電連接。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述照明電路，包括電源升壓模塊和選擇控制開關(guān)，二者電連接，其中，電源升壓模塊與成像處理電路電連接，選擇控制開關(guān)分別與紅外發(fā)光二級管、距離感應(yīng)模塊電連接。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述紅外發(fā)光二極管，為700-900nm紅外波段的發(fā)光二極管。
專利摘要一種便攜式的虹膜圖像采集裝置，包括冷鏡、紅外發(fā)光二極管、照明電路、成像鏡頭、圖像傳感器、成像處理電路、外殼和USB連接線，冷鏡后方順序有照明電路、成像鏡頭、圖像傳感器、成像處理電路，且冷鏡、照明電路、成像鏡頭和圖像傳感器共一中心軸。該采集裝置無需外接電源，通過USB接口同計算機進行連接，實現(xiàn)虹膜圖像采集與傳輸。本實用新型實現(xiàn)了遠距離眼睛自定位和虹膜居中拍攝，當有用戶靠近時，能自動觸發(fā)設(shè)備工作并采集圖像序列。本裝置可用于虹膜身份識別系統(tǒng)及虹膜圖像數(shù)據(jù)庫的建立。該采集裝置體積小，便于攜帶，無需外接其它設(shè)備(如圖像采集卡)，直接可通過USB接口與計算機相連即能工作，因此可直接在不同的計算機上面進行工作。
文檔編號A61B5/117GK2768661SQ20042009283
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者王陽生, 何玉青, 屈俊 申請人:中國科學院自動化研究所