用於移動終端的虹膜識別成像模組及圖像獲取方法

2023-09-21 00:22:10 6

用於移動終端的虹膜識別成像模組及圖像獲取方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於移動終端的虹膜識別成像模組，包括由移動終端主板、集成安全功能的處理器晶片、近紅外LED電流驅動器驅動器、安全讀寫訪問功能的內存、安全讀寫訪問功能的存儲器、電源管理模塊以及顯示屏構成的虹膜識別成像模組；虹膜識別成像模組由近紅外LED照明光源和虹膜識別成像模組光學部件構成；虹膜識別成像模組光學部件包括前置和/或後置近紅外光學濾光器、光學成像透鏡、圖像成像傳感器連接線；集成安全功能的處理器晶片分別與近紅外LED電流驅動器和虹膜識別成像模組通過連接線相互連接實現反饋控制；近紅外LED電流驅動器驅動控制虹膜識別成像模組的近紅外LED照明光源輻射強度和輻射周期。
【專利說明】用於移動終端的虹膜識別成像模組及圖像獲取方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於移動終端的虹膜識別成像模組及圖像獲取方法，屬生物識別 光電領域。

【背景技術】
[0002] 移動終端包括智慧型手機、平板、可穿戴設備等，現在的信息技術移動化發展趨勢來 看，移動終端設備必然是未來適用最廣泛的設備。
[0003] 目前，現實應用中的移動終端在移動安全支付、帳戶安全登陸、網上銀行方面運用 已經極其的廣泛了，如餘額寶（APP)、微信（APP)、信用卡管理（APP)等方面的運用，雖然在 其使用過程中，為生活帶來了極大的便利，但是一種新型的通過移動終端安全性能薄弱等 特點進行的經濟犯罪逐漸的興起。
[0004] 而移動終端中，現有技術進行身份確認的慣用手段就是密碼輸入，但是這種身份 確認的手段安全性能十分的低，只需要在移動終端上植入簡單的病毒程序，就能將該密碼 洩露，造成相應的損失。為了解決這個問題，國際上還是用生物識別的方式進行移動終端安 全身份認證；如蘋果公司提出的基於AuthenTec公司開發的指紋識別技術，該技術運用在 手機終端上，極大的提高了移動終端的身份確認安全性；但是，指紋技術識別的過程中，由 於指紋是靜態的，雖然具有唯一性，但是也極其容易被獲取指紋信息，甚至被仿製等，所以， 隨著指紋技術在移動終端上的運用越來越廣泛，其安全性也會相應的呈下降趨勢，所以，在 安全性方面更加具有優勢的虹膜識別是解決移動終端安全身份認證過程中非常有效的方 法，而虹膜識別系統是現有的生物識別中安全活體防偽特徵最為安全的。
[0005] 目前所有虹膜識別系統技術和產品中，最典型的都使用在大型門禁或通關應用， 功耗異常高達10瓦以上，控制異常複雜，體積異常龐大20cm*20cm*10cm以上，成本極高 1000美金以上，基本特點上都不能滿足移動終端上的使用標準。
[0006] 更進一步的，應用於移動終端需要解決以下嚴重的問題：
[0007] 1、在移動終端應用中虹膜識別系統需要一整套微型化的虹膜識別成像模組，滿足 移動終端日益薄的趨勢，其體積控制在內。
[0008] 2、在移動終端應用中虹膜識別系統需要一整套微功耗的虹膜識別成像模組，滿足 移動終端日益薄對低功耗的要求，在識別過程工作時功耗控制300mW內。
[0009] 3、在移動終端應用中虹膜識別系統需要一整套簡化高效的圖像獲取方法，滿足在 1秒時間內完成高質量的虹膜圖像獲取。
[0010] 4、用於移動終端的的虹膜識別成像模組，各個組成部分及參數需要被優化組合配 置。
[0011] 5、在移動終端應用中虹膜識別成像模組需要極大降低成本，成本降低至10美金 以內才能大規模得到應用。
[0012] 解決以上問題是目前在移動終端中應用虹膜識別系統技術面臨的最大挑戰。


【發明內容】

[0013] 本發明要解決的技術問題是提供一種用於移動終端安全身份認證的虹膜識別成 像模組及圖像獲取方法。
[0014] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種用於移動終端的虹膜識別成像模組，包 括設置在移動終端上的虹膜識別成像模組；該移動終端包括移動終端主板、集成安全功能 的處理器晶片、近紅外LED電流驅動器驅動器、安全讀寫訪問功能的內存、安全讀寫訪問功 能的存儲器、電源管理模塊以及顯示屏；所述處理器晶片用於執行PKI加密和數字籤名算 法保護虹膜識別代碼和虹膜模板及虹膜識別結果；所述處理器晶片還分別與內存和存儲器 連接，完成執行虹膜識別代碼和虹膜模板的安全計算以及執行虹膜識別代碼和虹膜模板的 安全存儲功能；所述虹膜識別成像模組由近紅外LED照明光源和虹膜識別成像模組光學部 件構成；所述虹膜識別成像模組光學部件包括進行成像波長過濾的前置和/或後置近紅外 光學濾光器，對近紅外光學濾光器過濾後的成像波長光線進行聚焦的光學成像透鏡、對通 過光學成像透鏡聚焦的成像波長光線成像的圖像成像傳感器，以及將圖像成像傳感器的圖 像進行信號傳輸的連接線；所述處理器晶片分別與近紅外LED電流驅動器和虹膜識別成像 模組通過連接線相互連接實現反饋控制；所述近紅外LED電流驅動器驅動控制虹膜識別成 像模組的近紅外LED照明光源輻射強度和輻射周期。
[0015] 作為對本發明所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組的改進：所述圖像成像傳 感器與近紅外LED照明光源被組合配置如下：近紅外LED照明光源和圖像成像傳感器實現 同步的脈衝周期輻射/曝光模式和/或同步的連續周期輻射/曝光模式；所述的近紅外光 學濾光器與近紅外LED照明光源以及光學成像透鏡組合被配置如下：近紅外光學濾光器的 中心峰值波長等於近紅外LED照明光源的中心峰值波長和光學成像透鏡的中心色差校正 波長；近紅外光學濾光器的半峰值透射波長帶寬FWHM有效匹配或覆蓋近紅外LED照明光 源的半峰值輻射波長帶寬FWHM和光學成像透鏡的色差校正波長範圍；所述的圖像成像傳 感器和光學成像透鏡被組合配置如下：相互匹配的主光線入射角CRA > 20度；所述近紅 外LED照明光源和光學成像透鏡與圖像成像傳感器被組合配置如下：近紅外LED照明光源 的亮度半峰值輻射角大於等於光學成像透鏡的視場角，光學成像透鏡的視場角大於等於圖 像成像傳感器的像面物理尺度。
[0016] 作為對本發明所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組的進一步改進：所述近紅 外LED照明光源輻射與圖像成像傳感器圖像幀曝光的脈衝周期同步和/或近紅外LED照 明光源輻射與圖像成像傳感器圖像幀曝光的連續周期同步；所述輻射/曝光周期T被配 置為：3. 33ms毫秒< T < 33. 33ms毫秒；所述近紅外LED照明光源輻射強度I被配置為： I 30fps幀每秒；所述 近紅外LED照明光源中心峰值波長範圍750-880nm，半峰值帶寬FWHM為10-60nm ;所述近紅 外光學濾光器中心峰值波長範圍750-880nm，半峰值帶寬FWHM為10-60nm ;所述光學成像透 鏡的色差校正波長範圍750-880nm ;所述近紅外光學濾光器為反射可見光和透射用於成像 波長的近紅外光，或者吸收可見光和透射用於成像波長的近紅外光；所述近紅外光學濾光 器為窄帶近紅外光學濾光器或者帶通近紅外光學濾光器中的任意一種；所述圖像成像傳感 器的像面物理尺度SOI被配置為：SOI = D0I*S0P ;所述DOI為圖像成像傳感器的像面對角 線像素數量；SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度；所述光學成像透鏡的視場角FOV 被配置為：FOV > 2*arctan((S0lV(2*EFL)) ;EFL為光學成像透鏡的等效焦距值；所述近 紅外LED照明光源亮度半峰值輻射角AOR被配置為：AOR > FOV ;所述FOV為光學成像透鏡 的視場角。
[0017] 作為對本發明所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組的進一步改進：所述虹膜 識別成像模組光學部件配置由鋼化玻璃或藍寶石玻璃構成的外表面保護窗口，所述外表面 設置有防外部雜質汙染的表面保護塗層；所述虹膜識別成像模組的引導指示被配置如下： 近紅外光學濾光器反射可見光進行鏡面視覺反饋和可見光引導指示燈形成的引導指示，和 /或顯示屏顯示成像圖像反饋形成的引導指示。
[0018] 作為對本發明所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組的進一步改進：所述圖像 成像傳感器被配置為RAW RGB Bayer像素輸出格式，使用RGB通道補償增益或RGB通道平 衡增益，

【權利要求】
1. 一種用於移動終端的虹膜識別成像模組，包括設置在移動終端上的虹膜識別成像模 組；該移動終端包括移動終端主板、集成安全功能的處理器晶片、近紅外LED電流驅動器驅 動器、安全讀寫訪問功能的內存、安全讀寫訪問功能的存儲器、電源管理模塊以及顯示屏； 其特徵是：所述處理器晶片用於執行PKI加密和數字籤名算法保護虹膜識別代碼和虹膜模 板及虹膜識別結果；所述處理器晶片還分別與內存和存儲器連接，完成執行虹膜識別代碼 和虹膜模板的安全計算以及執行虹膜識別代碼和虹膜模板的安全存儲功能； 所述虹膜識別成像模組由近紅外LED照明光源和虹膜識別成像模組光學部件構成； 所述虹膜識別成像模組光學部件包括進行成像波長過濾的前置和/或後置近紅外光 學濾光器，對近紅外光學濾光器過濾後的成像波長光線進行聚焦的光學成像透鏡、對通過 光學成像透鏡聚焦的成像波長光線成像的圖像成像傳感器，以及將圖像成像傳感器的圖像 進行信號傳輸的連接線； 所述處理器晶片分別與近紅外LED電流驅動器和虹膜識別成像模組通過連接線相互 連接實現反饋控制； 所述近紅外LED電流驅動器驅動控制虹膜識別成像模組的近紅外LED照明光源輻射強 度和輻射周期。
2. 根據權利要求1所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組，其特徵是：所述圖像成 像傳感器與近紅外LED照明光源被組合配置如下： 近紅外LED照明光源和圖像成像傳感器實現同步的脈衝周期輻射/曝光模式和/或同 步的連續周期輻射/曝光模式； 所述的近紅外光學濾光器與近紅外LED照明光源以及光學成像透鏡組合被配置如下： 近紅外光學濾光器的中心峰值波長等於近紅外LED照明光源的中心峰值波長和光學 成像透鏡的中心色差校正波長；近紅外光學濾光器的半峰值透射波長帶寬FWHM有效匹配 或覆蓋近紅外LED照明光源的半峰值輻射波長帶寬FWHM和光學成像透鏡的色差校正波長 範圍； 所述的圖像成像傳感器和光學成像透鏡被組合配置如下： 相互匹配的主光線入射角CRA彡20度； 所述近紅外LED照明光源和光學成像透鏡與圖像成像傳感器被組合配置如下： 近紅外LED照明光源的亮度半峰值輻射角大於等於光學成像透鏡的視場角，光學成像 透鏡的視場角大於等於圖像成像傳感器的像面物理尺度。
3. 根據權利要求2所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組，其特徵是：所述近紅外 LED照明光源輻射與圖像成像傳感器圖像幀曝光的脈衝周期同步和/或近紅外LED照明光 源輻射與圖像成像傳感器圖像幀曝光的連續周期同步； 所述福射/曝光周期T被配置為：3. 33ms毫秒< T < 33. 33ms毫秒； 所述近紅外LED照明光源輻射強度I被配置為：I 30fps幀每秒； 所述近紅外LED照明光源中心峰值波長範圍750-880nm，半峰值帶寬FWHM為10-60nm ; 所述近紅外光學濾光器中心峰值波長範圍750-880nm，半峰值帶寬FWHM為10-60nm ; 所述光學成像透鏡的色差校正波長範圍750-880nm ; 所述近紅外光學濾光器為反射可見光和透射用於成像波長的近紅外光，或者吸收可見 光和透射用於成像波長的近紅外光； 所述近紅外光學濾光器為窄帶近紅外光學濾光器或者帶通近紅外光學濾光器中的任 意一種； 所述圖像成像傳感器的像面物理尺度SOI被配置為： SOI = D0I*S0P ;所述DOI為圖像成像傳感器的像面對角線像素數量；SOP為圖像成像 傳感器單位像素的物理尺度； 所述光學成像透鏡的視場角FOV被配置為：FOV彡2*arctan((S0lV(2*EFL)) ;EFL為 光學成像透鏡的等效焦距值； 所述近紅外LED照明光源亮度半峰值輻射角AOR被配置為：AOR > FOV ;所述FOV為光 學成像透鏡的視場角。
4. 根據權利要求1所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組，其特徵是：所述虹膜識 別成像模組光學部件配置由鋼化玻璃或藍寶石玻璃構成的外表面保護窗口，所述外表面設 置有防外部雜質汙染的表面保護塗層； 所述虹膜識別成像模組的引導指示被配置如下： 近紅外光學濾光器反射可見光進行鏡面視覺反饋和可見光引導指示燈形成的引導指 示，和/或顯示屏顯示成像圖像反饋形成的引導指示。
5. 根據權利要求1所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組，其特徵是： 所述圖像成像傳感器被配置為RAW RGB Bayer像素輸出格式，使用RGB通道補償增益 或RGB通道平衡增益，
以G通道補償或平衡增益為規範化標準，G_CGC = I. 0 ; R通道補償或平衡增益R_CGC = G/R ; B通道補償或平衡增益B_CGC = G/B ; 所述λ為近紅外LED照明光源峰值波長，Λ λ為近紅外LED照明光源峰值波長半峰 值帶寬FWHM，gU)，r(X)，b(A)分別為圖像成像傳感器RGB通道的光電量子轉換效率或 光譜敏感度函數，f ( λ )為波長分布函數； 所述圖像成像傳感器的模擬和/或數字增益GAIN的最大值被配置為：GAIN最大值產 生的圖像成像傳感器信噪比SNR彡36db ; 所述圖像成像傳感器的圖像解析度ROI被配置為：ROI彡1920pixels*1080pixels。
6. 根據權利要求1所述的用於移動終端的虹膜識別成像模組，其特徵是：所述光學成 像透鏡的光學畸變DOL絕對值被配置為：DOL絕對值< 1% ; 所述光學成像透鏡的EFL等效焦距值被配置為： S0P*1000pixel 彡 EFL 彡 3*S0P*1000pixel ; 所述SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度，單位um/pixel ; 所述pixel為像素單位； 所述光學成像透鏡的相對照明率IOR被配置為：I〇R彡50% ; 所述IOR為光學成像透鏡的邊緣視場亮度/光學成像透鏡的中心視場亮度； 所述光學成像透鏡的固定常數光圈或相對孔徑倒數F被配置為：F = EFL/D ; 0. 5*S0P/ (1. 22* λ ) ^ F ^ 2. 0*S0P/ (I. 22* λ )； 所述D為光學成像透鏡的光瞳或通光孔徑的直徑，EFL為光學成像透鏡的等效焦距值， SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度，λ為近紅外LED照明光源峰值波長； 所述光學成像透鏡採用塑料非球面光學鏡片注塑成型工藝，採用3-5P鏡片校正全部 像差。
7. -種用於移動終端的虹膜識別的圖像獲取方法：包括以下步驟： ① 虹膜識別成像模組初始化配置； ② 近紅外LED電流驅動器和圖像成像傳感器進入關機Shutdown或待機standby的低 功耗模式，以節省絕大部分功耗； ③ 處理器晶片檢測是否需要獲取虹膜圖像，是轉步驟4,否繼續步驟3 ; ④ 近紅外LED電流驅動器和圖像成像傳感器從關機Shutdown或待機standby低功耗 模式轉入正常工作模式，近紅外LED電流驅動器開啟近紅外LED照明光源； ⑤ 圖像成像傳感器輸出與近紅外LED照明光源同步的脈衝周期輻射/曝光和/或同步 的連續周期輻射/曝光後的圖像數據； ⑥ 處理器晶片根據虹膜圖像數據，反饋控制虹膜識別成像模組直至採集獲取高質量虹 膜圖像； ⑦ 結束獲取虹膜圖像，返回步驟2循環。
8. 根據權利要求7所述的用於移動終端的虹膜識別圖像獲取方法，其特徵是： 所述的虹膜識別成像模組初始化配置，包括以下步驟： ⑴近紅外LED電流驅動器復位reset,圖像成像傳感器復位reset ; ⑵近紅外LED電流驅動器模式被配置同步的脈衝周期輻射和/或連續周期輻射模式； ⑶圖像成像傳感器配置MIPI或並行接口，配置數據輸出位寬度8/10/12bit，圖像成像 傳感器配置時鐘PLL和幀讀出速率R，圖像成像傳感器配置圖像解析度ROI ; ⑷圖像成像傳感器配置RAW RGB Bayer像素輸出格式，圖像成像傳感器配置RGB通道 補償增益或RGB通道平衡增益，圖像成像傳感器配置模擬和/或數字增益GAIN ; (5)圖像成像傳感器配置與近紅外LED照明光源輻射模式同步的脈衝周期曝光模式和/ 或同步的連續周期曝光模式。
9. 根據權利要求7所述的用於移動終端的虹膜識別圖像獲取方法，其特徵是：所述處 理器晶片根據虹膜圖像數據，反饋控制虹膜識別成像模組直至採集獲取高質量虹膜圖像， 包括用於虹膜識別圖像獲取的近紅外LED照明光源控制，包括以下步驟： ㈠ 集成安全功能的處理器晶片根據虹膜圖像數據獲得虹膜圖像光源照射的亮度分布 均勻性和鏡面反射幹擾程度； (二)判斷當前亮度分布均勻性和鏡面反射幹擾程度是否滿足虹膜圖像質量；是轉步驟 1，否轉步驟3 ; ㈢選擇切換雙側或左右任一側近紅外LED照明光源； (四)返回步驟1循環。
10. 根據權利要求7所述的用於移動終端的虹膜識別圖像獲取方法，其特徵是：所述處 理器晶片根據虹膜圖像數據，反饋控制虹膜識別成像模組直至採集獲取高質量虹膜圖像， 包括用於虹膜識別圖像獲取的引導指示控制，包括以下步驟： i、判斷引導指示方式是鏡面視覺反饋還是顯示屏顯示成像圖像反饋； 11、 當引導指示為鏡面視覺反饋，顯示狀態提示可見光VSLED引導指示燈，指示用戶使 用合適範圍，指示識別失敗，指示識別成功； iii、 當引導指示為顯示屏顯示成像圖像反饋，在顯示屏上指示用戶使用合適範圍，指示 識別失敗，指示識別成功； iv、 返回步驟1循環。
11.根據權利要求7所述的用於移動終端的虹膜識別圖像獲取方法，其特徵是：所述處 理器晶片根據虹膜圖像數據，反饋控制虹膜識別成像模組直至採集獲取高質量虹膜圖像， 包括用於虹膜識別圖像獲取的可見光VSLED指示燈和/或顯示屏的亮度控制，包括以下步 驟： I、 處理器晶片根據虹膜圖像數據獲得瞳孔與虹膜直徑比率值P ; II、 判斷當前瞳孔與虹膜直徑比率值是否在預定上下限[Ph，Pl]範圍內，是轉步驟 1，否轉步驟3 ; III、 判斷當P > Ph，可見光VSLED指示燈和/或顯示屏的亮度增大，更進一步亮度增 大程度與P _ P h成線性關係； 判斷當P < Pl，可見光VSLED指示燈和/或顯示屏的亮度減小，更進一步亮度減小程 度與p Ι-p成線性關係； IV、 返回步驟1循環。
12.根據權利要求7所述的用於移動終端的虹膜識別圖像獲取方法，其特徵是：所述的 集成安全功能的處理器晶片根據虹膜圖像數據，反饋控制虹膜識別成像模組直至採集獲取 高質量虹膜圖像，包括用於虹膜識別圖像獲取的自動圖像亮度控制，包括如下步驟： a、定義虹膜圖像原始的單位像素亮度值Yraw的光電信號； Yraw = C*T*GAIN*I*(1/F)2 ; T為圖像成像傳感器與近紅外LED照明光源同步的脈衝輻射/曝光周期和/或同步的 連續輻射/曝光周期； F為光學成像透鏡固定光圈或相對孔徑倒數的常數； I為近紅外LED照明光源輻射強度； GAIN為圖像成像傳感器的模擬和/或數字增益； C為虹膜識別成像模組固定光電信號轉化率常數； 所述同步的圖像成像傳感器輸曝光周期T與近紅外LED照明光源輻射周期T滿足： 3. 33ms毫秒彡T彡33. 33ms毫秒； 所述近紅外LED照明光源輻射強度I 36db ; 所述的F = EFL/D滿足： 0· 5*S0PAl. 22* λ )彡 F 彡 2. 0*S0PAl. 22* λ )， 所述D為光學成像透鏡的光瞳或通光孔徑的直徑，EFL為光學成像透鏡的等效焦距值， SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度，λ為近紅外LED照明光源峰值波長； b、 定義虹膜圖像區域像素亮度統計評估值Ysp ; 所述Ysp = S(Yraw);所述的S(Yraw)為虹膜圖像區域像素亮度統計評估函數，所述像 素亮度統計評估函數採用的方法包括像素亮度直方圖統計、像素亮度頻譜統計、像素亮度 平均值、像素亮度加權平均值或者像素亮度中值等； c、 通過光電信號反饋控制實現虹膜圖像區域像素亮度統計評估值Ysp在預設的 [Π 1，Yhl]亮度範圍； 所述通過T、I和GAIN的光電信號反饋控制，虹膜圖像區域像素亮度統計評估值Ysp預 設的[Yll，Yhl]亮度範圍為：Yll彡Ysp彡Yhl ;所述Π 1為虹膜圖像區域像素亮度下限， Yhl為虹膜圖像區域像素亮度上限；所述的光電信號處理反饋控制為根據步驟1中的公式 線性乘積控制關係，反饋控制改變光電信號，實現原始的單位像素亮度值Yraw改變，使相 應的虹膜圖像區域像素亮度統計評估值Ysp滿足ΠΚ Ysp < Yhl的預設條件。
【文檔編號】H04N9/04GK104394311SQ201410466682
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】沈洪泉, 金城 申請人:沈洪泉