一種基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置製造方法
2023-05-26 06:55:31 1
一種基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於單傳感器及及光譜控制的圖像捕捉裝置，包括外殼，照明器，物鏡，準直鏡，照明器開關控制模塊，聚焦透鏡，圖像傳感器，連接器及圖像處理器；外殼為密閉式空腔結構，其內部空腔被分隔成照明空腔和圖像捕捉空腔，所述圖像捕捉空腔從左至右依次被隔板分隔成物鏡空腔，聚焦空腔和傳感器空腔；照明器設置於照明空腔內部，在物鏡空腔內部設置有物鏡和準直鏡，聚焦空腔內部設置有聚焦透鏡，傳感器空腔內部設置有圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端經過連接器與所述圖像處理器電連接。本發明可以使用多種光源，通過照明器開關控制模塊改變選用的光源組合，可以擴展應用到不同的場合，滿足自動虹膜識別系統的要求。
【專利說明】—種基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及一種虹膜圖像採集裝置，特別涉及一種基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置。
【背景技術】
[0002]生物識別是用生物特徵識別個人身份的一種技術。虹膜因其唯一性、穩定性和安全性，逐漸成為一個最有效的生物識別特徵。由於高效可用和準確的虹膜識別算法的出現，基於虹膜的自動身份識別和驗證系統在過去幾年越來越受歡迎。虹膜識別過程大體上分為6步:採集虹膜圖片；圖片模式轉換；虹膜內外邊界的定位與分割；虹膜規範化；虹膜編碼的特徵提取；特徵匹配。其中，第三步虹膜內外邊界的定位與分割是最重要的一步，因為這一步的好壞將直接影響虹膜識別系統的噪聲容量，並最終導致對虹膜識別系統應用領域的限制。
[0003]多數虹膜識別方法依靠理想虹膜圖像來實現準確的識別，比如，人須直視鏡頭以得到低噪聲的虹膜圖像；再或者，採用大型複雜而昂貴的精密裝置獲取高質量的虹膜圖像。但是，第一種虹膜識別系統的性能受到眼瞼，睫毛，光照的變化，或平面外旋轉等幹擾的嚴重影響；第二種虹膜識別系統的價格太高，不利於系統的推廣應用。對輸入圖像的約束必然導致在圖像採集期間過程中對用戶的約束，從而限制了該項技術的普及性和應用領域。
[0004]人眼的不同部位對同一種光譜的反射率是不一樣的。比如，亞洲人的虹膜對近紅外光的反射率比可見光的反射率高，但是鞏膜剛好相反。這主要是由構成了人類虹膜色素的兩個分子的光學性能造成的:褐黑真色素(超過90%)和黃紅色素。真色素大部分在可見光譜輻射螢光，這樣能捕獲到更高級別的細節，但也得到更多的嘈雜的工件，包括鏡面反射，漫反射和陰影。虹膜的光譜輻射就其色素沉積的水平在可見光譜中比近紅外光譜變化更明顯。相反，鞏膜的光譜反射在可見光譜中比在近紅外光中高得多。因此，傳統的基於模板和邊界的虹膜分割方法由於邊緣檢測或擬合剛性外形困難將可能失敗。用不同的光譜照射人眼得到灰度值不同的兩幅圖像，再對這兩幅圖像進行直方圖匹配，圖像做差，差值二值化，區域分割四步處理，就可以快速精確地分割出虹膜部分。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種通過控制照明器的開關來得到近紅外光和可見光兩種光譜下的虹膜圖像的基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，包括外殼，照明器，物鏡，準直鏡，照明器開關控制模塊，聚焦透鏡，圖像傳感器，連接器及圖像處理器；
[0007]所述外殼為密閉式空腔結構，其內部空腔被分隔成位於上部的照明空腔和位於下部的圖像捕捉空腔，所述圖像捕捉空腔從左至右依次被隔板分隔成物鏡空腔，聚焦空腔和傳感器空腔，所述照明空腔中左側的側壁設置有出光孔，所述隔板上均設置有通光孔；[0008]所述照明器設置於位於物鏡空腔上部的照明空腔內部，所述物鏡空腔的左側設置有入光孔，在物鏡空腔內部從左至右依次設置有物鏡和準直鏡，所述聚焦空腔內部設置有聚焦透鏡，所述傳感器空腔內部設置有圖像傳感器，所述物鏡的焦點、準直鏡的焦點、聚焦透鏡的焦點位於同一直線上，照明器發出的光經過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經過入光孔被物鏡捕捉、經過準直鏡變平行後、穿過通光孔經過聚焦透鏡聚焦後進入圖像傳感器，所述圖像傳感器的輸出端經過連接器與所述圖像處理器電連接，圖像傳感器將光信號轉化為電信號後將該電信號經過連接器傳遞給圖像處理器，所述照明器開關控制模塊的控制端與照明器連接，所述圖像處理器的輸出端與照明器開關控制模塊的輸入端連接。
[0009]本發明的有益效果是:本發明結構簡單、輕便，可獲得高質量的虹膜紋理圖像；使用簡單，不需要對使用者進行訓練；應用範圍廣泛:可以使用多種光源，改變選用的光源組合，可以擴展應用到不同的場合。使用可見光譜和近紅外光譜，使用者不會有任何不適感。算法計算量小，精確度高，能夠快速精確的分割出虹膜。能檢測出瞳孔在光強變化下的縮放變化，從而能有效的進行活體檢測；裝置成本低。。
[0010]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0011]進一步，所述照明器為近紅外光源。
[0012]進一步，所述照明器為中等紅外線光源，遠紅外線光源、紫外線光源、X射線光源、伽馬射線光源。
[0013]進一步，所述圖像傳感器為CXD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器。
[0014]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明裝置結構圖。
[0016]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0017]1、外殼，2、照明器，3、物鏡，4、準直鏡，5、照明器開關控制模塊，6、聚焦透鏡，7、圖
像傳感器，8、連接器，9、圖像處理器。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0019]如圖1所示，為本發明裝置結構圖。
[0020]實施例1
[0021]一種基於單傳感器及及光譜控制的圖像捕捉裝置，包括外殼1，照明器2，物鏡3，準直鏡4，照明器開關控制模塊5，聚焦透鏡6，圖像傳感器7，連接器8及圖像處理器9 ；
[0022]所述外殼I為密閉式空腔結構，其內部空腔被分隔成位於上部的照明空腔和位於下部的圖像捕捉空腔，所述圖像捕捉空腔從左至右依次被隔板分隔成物鏡空腔，聚焦空腔和傳感器空腔，所述照明空腔中左側的側壁設置有出光孔，所述隔板上均設置有通光孔；
[0023]所述照明器2設置於位於物鏡空腔上部的照明空腔內部，所述物鏡空腔的左側設置有入光孔，在物鏡空腔內部從左至右依次設置有物鏡3和準直鏡4，所述聚焦空腔內部設置有聚焦透鏡6，所述傳感器空腔內部設置有圖像傳感器7，所述物鏡3的焦點、準直鏡4的焦點、聚焦透鏡6的焦點位於同一直線上，照明器發出的光經過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經過入光孔被物鏡3捕捉、經過準直鏡4變平行後、穿過通光孔經過聚焦透鏡6聚焦後進入圖像傳感器7，所述圖像傳感器7的輸出端經過連接器8與所述圖像處理器9電連接，圖像傳感器7將光信號轉化為電信號後將該電信號經過連接器8傳遞給圖像處理器9，所述照明器開關控制模塊5的控制端與照明器2連接，所述圖像處理器9的輸出端與照明器開關控制模塊的輸入端連接。
[0024]所述照明器2為近紅外光源。所述照明器或者為中等紅外線光源，遠紅外線光源、紫外線光源、X射線光源、伽馬射線光源。所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器。
[0025]照明器2發出的光波波長為700?900nm，即近紅外光波。當照明器關閉時，虹膜被可見光照亮，當照明器打開時，虹膜被近紅外光波照亮。首先，照明器處於關閉狀態，物鏡3捕捉圖像；準直鏡4對準物鏡傳播過來的光束，使其變平行；平行光束通過空腔的通光孔，到達聚焦透鏡6 ;聚焦透鏡6將光線聚焦到圖像傳感器7表面；圖像傳感器7獲取可見光下的圖像，由連接器8交給圖像處理器9 ;圖像傳感器7收到第一幅圖像時，觸發照明器開關控制模塊5 ;照明器開關控制模塊5被觸發後，將點亮照明器2，重複上述流程，圖像傳感器7獲取近紅外光下的圖像，並將該圖像由連接器8傳給圖像處理器9 ;圖像處理器9接收到第二幅圖像後，不會再觸發照明器開關控制模塊5，而是將先後兩次得到的圖像進行對比度、亮度調整，圖像做差，差值圖像二值化，區域分割這些處理，最終獲取虹膜邊界、睫毛和斑點。
[0026]圖像傳感器9需要對可見光譜和近紅外光譜都有足夠的光譜響應，來保證捕捉到的兩幅圖像的背景區域如鞏膜的灰度等級大致相等。但實際上，很難保證它們是完全相同的。然而大多數圖像傳感器通過自動增益控制(AGC)，都基本能達到這個要求，它們的靈敏度微細調節後能滿足條件。
[0027]該裝置對移動狀態下的虹膜(IOM)以及遠距離虹膜(IID)系統(這兩種系統得到的圖像噪聲多，變形嚴重)是非常適用的。在條件極端狀況緊急的戰場中使用的手持虹膜識別設備，快速準確得到虹膜信息是非常重要的。該裝置對這樣的設備同樣有很大的優勢。
[0028]一種利用如權利要求1所述的圖像捕捉裝置提取虹膜邊界、睫毛及光斑的方法，包括以下步驟:
[0029]步驟1:將圖像捕捉裝置中的照明器2設置為近紅外光源和可見光源時，利用圖像捕捉裝置中的圖像傳感器7採集人眼圖像，得到可見光人眼圖像和近紅外人眼圖像；
[0030]步驟2:分別對可見光人眼圖像和近紅外人眼圖像做直方圖匹配處理，得到可見光匹配圖像和近紅外光匹配圖像；
[0031]步驟3:計算可見光匹配圖像和近紅外光匹配圖像中相同位置的像素點的像素差值，得到差值圖像；
[0032]步驟4:將差值圖像進行二值化處理，得到二值圖像；
[0033]步驟5:按照像素值的不同分割二值圖像，得到虹膜區域圖像、睫毛圖像及光斑圖像。
[0034]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於單傳感器及及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特徵在於:包括外殼(1)，照明器(2)，物鏡(3)，準直鏡(4)，照明器開關控制模塊(5)，聚焦透鏡(6)，圖像傳感器(7)，連接器(8)及圖像處理器(9); 所述外殼(I)為密閉式空腔結構，其內部空腔被分隔成位於上部的照明空腔和位於下部的圖像捕捉空腔，所述圖像捕捉空腔從左至右依次被隔板分隔成物鏡空腔，聚焦空腔和傳感器空腔，所述照明空腔中左側的側壁設置有出光孔，所述隔板上均設置有通光孔； 所述照明器(2)設置於位於物鏡空腔上部的照明空腔內部，所述物鏡空腔的左側設置有入光孔，在物鏡空腔內部從左至右依次設置有物鏡(3)和準直鏡(4)，所述聚焦空腔內部設置有聚焦透鏡(6)，所述傳感器空腔內部設置有圖像傳感器(7)，所述物鏡(3)的焦點、準直鏡(4)的焦點、聚焦透鏡(6)的焦點位於同一直線上，照明器發出的光經過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經過入光孔被物鏡(3)捕捉、經過準直鏡(4)變平行後、穿過通光孔經過聚焦透鏡(6 )聚焦後進入圖像傳感器(7 )，所述圖像傳感器(7 )的輸出端經過連接器(8)與所述圖像處理器(9)電連接，圖像傳感器(7)將光信號轉化為電信號後將該電信號經過連接器(8)傳遞給圖像處理器(9)，所述照明器開關控制模塊(5)的控制端與照明器(2)連接，所述圖像處理器(9)的輸出端與照明器開關控制模塊的輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特徵在於:所述照明器(2)為近紅外光源。
3.根據權利要求1所述的基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特徵在於:所述照明器為中等紅外線光源，遠紅外線光源、紫外線光源、X射線光源、伽馬射線光源。
4.根據權利要求2所述的基於單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特徵在於:所述圖像傳感器為CXD圖像傳感器或者CMOS圖像傳感器。
【文檔編號】G06K9/20GK103605954SQ201310533356
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月1日 優先權日:2013年11月1日
【發明者】高俊雄, 易開軍 申請人:武漢虹識技術有限公司