一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置製造方法
2023-04-23 02:48:26 2
一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，該裝置主要由虹膜採集鏡頭、紅外發光二極體、電腦和不透明圓筒（4）組成，所述虹膜採集鏡頭（8）固定在不透明圓筒（4）後側，所述紅外發光二極體均布在虹膜採集鏡頭（8）周圍，所述不透明圓筒（4）前側的上下方固定有圓環，所述不透明圓筒（4）的後側上下方還分別固定有長方體作為標尺，兩標尺上分別塗有醒目長方形標記，所述電腦（10）分別通過USB連接線與虹膜採集鏡頭（8）、觸發開關（9）和蜂鳴器（11）相連接。本發明可有效的克服衛生方面的隱患、設備價格高、不易將虹膜定位於鏡頭的最佳成像距離範圍內、獲取清晰的虹膜圖像時間長等方面不足的問題。
【專利說明】一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種虹膜圖像採集裝置，更具體地說，本發明涉及一種具有主動性、快速性對焦的虹膜圖像採集裝置。
【背景技術】
[0002]虹膜識別技術作為身份識別的生物識別技術之一，其穩定性、非接觸性、安全性、唯一性已得到各國學者的廣泛認可。虹膜圖像的清晰度，直接影響著虹膜定位、特徵匹配、特徵識別的效果，是影響利用虹膜特徵進行身份識別的關鍵因子。為保障採集到清晰的虹膜圖像，目前國內外已出現了各種虹膜圖像採集系統，按定位輔助裝置類型劃分，主要有接觸式定位輔助裝置和非接觸式定位輔助裝置。
[0003]接觸式定位輔助裝置只需要在鏡頭前固定一個類似於筒狀腔體，其中筒狀腔體的長度為鏡頭的最佳成像距離。接觸式定位輔助裝置費用低、方法簡單、定位準確，但每次採集時，需要採集者與輔助設備相接觸，尤其在進行多人虹膜採集時，帶來衛生方面的隱患。非接觸式定位輔助裝置避免了衛生隱患方面的不足、使用方便、定位準確，但已有的非接觸式定位輔助裝置，存在設備價格高、不易將虹膜定位於鏡頭的最佳成像距離範圍內、獲取清晰的虹膜圖像時間長等方面的不足。已出現的非接觸式定位輔助裝置主要有:
[0004]1.利用測距傳感器、步進電機等設備實現鏡頭對虹膜的自動對焦功能。該類裝置首先通過測距傳感器測量出鏡頭與被採集眼睛之間的距離，如果該距離不是鏡頭的最佳成像距離，則再利用步進電機的前、後運動調整鏡頭與被採集眼睛之間距離，最終實現該距離為鏡頭的最佳成像距離。在每次採集虹膜時，必須保證測距傳感器測量的距離是鏡頭與被採集眼睛之間的距離。該類裝置可以實現自動定位功能，使用方便，但在採集過程中，對採集者的被採集眼睛位置要求很高，需要採集者憑藉經驗或在他人指導下，保證被採集眼睛能夠被測距傳感器測量出與鏡頭之間的距離；由於採集者缺乏對裝置的主觀性控制，在採集過程中，採集者容易出現眨眼、閉眼、歪頭等不利於採集到完整虹膜圖像的情況發生；高精度的測距傳感器與步進電機的價格昂貴，也是該類裝置的不足之處。
[0005]2.利用顯示器等設備實現反饋功能，為用戶提供實時採集的虹膜圖像信息，提示用戶是否採集到符合位置要求與清晰度要求的虹膜圖像。該類裝置保證了採集者能實時看到被採集眼睛的位置、清晰度情況，當眼睛位置正確、虹膜清晰度滿足要求時，開始進行虹膜採集工作。由於採集者對裝置具有主觀性的控制，因此可避免眨眼、閉眼、歪頭等不利於採集到完整虹膜圖像的情況發生，但僅利用顯示器等設備，確定一個鏡頭的最佳成像距離，未能實現對鏡頭成像距離範圍的確定，增加了採集者確定被採集眼睛位置的難度；採集者通過顯示器等設備確定被採集眼睛位置時，由於缺乏參考物，需要不斷試探調整被採集眼睛位置，直到在顯示器上顯示出來，再通過顯示器中的被採集眼睛位置信息反饋，進行相應地調節，增加了虹膜採集時間；顯示器等設備也增加了虹膜圖像採集裝置的成本。
[0006]3.通過鏡頭電機帶動鏡頭如、後移動或米集者自彳丁移動，實時米集一系列虹I旲圖像，利用質量評價算法對採集到的一系列虹膜圖像進行質量評價，直至尋找到符合清晰度要求的虹膜圖像為止。該類裝置能夠保證採集到符合要求的清晰虹膜圖像，但需對採集到的一系列虹膜圖像分別進行質量評估，最終選出符合要求的虹膜圖像，耗時。
[0007]以上不同類型非接觸式定位輔助裝置的不同組合，所構成的新輔助裝置未能抵消原來各自輔助裝置的不足之處。
【發明內容】
[0008]本發明利用不透明圓筒、圓環、標尺、鏡頭、紅外發光二極體、觸發開關、蜂鳴器、電腦組成一種虹膜採集裝置。利用圓環與標尺實現採集者的被採集眼睛主動性尋找到鏡頭的最佳成像範圍，通過採集者按下觸發開關，開始虹膜圖像採集工作，並將圖像存儲在電腦中，利用蜂鳴器實現通知採集者虹膜圖像採集完畢的信息。本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法，實現了無衛生安全隱患、設備成本低、方法簡單、對焦準確度高、虹膜採集時間短、採集者可以主動性地控制虹膜採集時間從而避免眨眼等行為、易於實現等優點。
[0009]本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的衛生隱患、輔助設備價格高、不易尋找到鏡頭的成像距離範圍、虹膜採集時間長的問題，提供了一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置。
[0010]為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案實現的，結合【專利附圖】
【附圖說明】如下:
[0011]一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，主要由虹膜採集鏡頭、紅外發光二極體、電腦和不透明圓筒4組成，所述虹膜採集鏡頭8固定在不透明圓筒4後側，虹膜採集鏡頭8光軸與不透明圓筒4中心線重合；所述紅外發光二極體根據實際虹膜採集情況，均布在虹膜採集鏡頭8周圍，紅外發光二極體的個數為至少4個；所述不透明圓筒4前側的上方固定點P處和下方固定點k處分別固定有圓環I 2和圓環II 3，I pk I =2R，兩個圓環的平面與不透明圓筒4前側面在同一平面上；所述不透明圓筒4的後側上、下方還分別固定有長方體作為標尺I 6和標尺II 13，並且兩個標尺平行於直線pk，直線pk為不透明圓筒4前側面上下兩點P和k的連線，兩個標尺上分別塗有醒目長方形標記I 5和方形標記II 14，保證該標記容易被採集者通過圓環看到；所述電腦10分別通過USB連接線與虹膜採集鏡頭8、觸發開關9和蜂鳴器11相連接，虹膜採集鏡頭8通過觸發開關9觸發開始拍照，鏡頭將拍到的眼睛圖像傳給電腦後蜂鳴器發聲。
[0012]所述不透明圓筒4長度L應滿足關係式，L <m以避免眼睛與不透明圓筒4不接觸，式中m為虹膜採集鏡頭8光心ο與點b的距離，其中b為鏡頭對虹膜的成像距離範圍最近點。
[0013]為避免所述虹膜採集鏡頭8拍攝到不透明圓筒4的內壁而增加後續虹膜識別算法的計算量，不透明圓筒4半徑R應滿足關係式RSl.xtanf?，f為中軸線I與直線od或直線oc的夾角。
[0014]根據在所述虹膜採集鏡頭8光心O與b之間，鏡頭採 集到的虹膜圖像，不能滿足後續虹膜識別算法的識別率要求，確定鏡頭針對虹膜的成像距離範圍最近點b ;根據在與虹膜採集鏡頭8光心ο的距離大於光心與點a距離的範圍內，虹膜採集鏡頭8採集到的虹膜圖像，不能滿足後續虹膜識別算法的識別率要求，確定鏡頭針對虹膜的成像距離範圍最遠點a ;根據鏡頭給出的參數，確定虹膜採集鏡頭的廣角為2f，測量出鏡頭光心ο與最近點b的距離為m,與最遠點a的距離為m+2n。
[0015]所述圓環I 2和圓環II 3的半徑r以及所述標記I 5的長度通過以下公式確定:
[0016]點z 為線段 ab 和線段 cd 的中點，cd 丄 ab,∠cod = 2φ，∠coz = φ, ∠zod = φ，
|ob| =m,| bz| =n,因此，在 Δcoz 中，|cz| = (|ob|+ |bz|}x tanφ = (m+n)*tanφ,
|zd| = |cz| = (m +n)* tanφ；直線acq與標尺I 6交點為e，直線dbp與標尺I 6交點為f,直
線adt與標尺II 13交點為h，直線cbk與標尺II 13交點為g,由於cz | =zd, |az| = |zb |，因此直線ac平行於直線db,因此|qp|= |ef | = |cd| ,由於|qp|=2r，求出r = (m+n)*tanφ|ef|= 2(m + n)χtanφ，因此,根據計算公式r = (m+n)*tanφ計算出圓環半徑r,根據計算公
式,|ef|= 2(m + n)χtanφ計算出標記15的長度。
[0017]所述標記I 5距離所述虹膜採集鏡頭8光心O的位置通過以下公式確定:
[0018]在 Δ eao 中，由於 | oe | = | oa | *tan∠caz, tan ∠caz= | cz | / | az |，|oa| =m+2n,
|cz| = r = (m + /i)*tanφ, |az| =n，求出 |oe| = （m+2n)*(m+n)*tanφ/n因此，根據此公式求出標記I 5距離虹膜採集鏡頭8光心ο的位置；
[0019]所述標記II 14距離鏡頭光心ο的位置和標記II 14的長度通過以下公式確定:
[0020]同理，求出|oh| = （m+2n)*(m+n)*tanφ/n，|gh| = 2(m + η)*tanφ ,因此，根據
公式|oh| = (m + 2n)*(m + n)*tanφ/n求出標記II 14距尚鏡頭光心o的位置；根據公式|gh| = 2(m + n} * tan φ求出標記Π 14的長度。
[0021]根據所述各部件尺寸，確定了圓環I 2和圓環II 3的半徑r大小，在標尺I 6上的位置oe處用醒目顏色畫一個長方形標記I 5，長度為ef，在標尺II 13上的位置oh處用醒目顏色畫一個長方形標記II 14，長度為gh ;直線eqa與直線gkb交點為C，直線hta與直線fpb交點為d,區域acbd為鏡頭針對虹膜的成像距離範圍。
[0022]本發明所述虹膜採集裝置通過第一根USB連接線將鏡頭與電腦相連接，通過第二根USB連接線將觸發開關與電腦相連接，通過第三根USB連接線將蜂鳴器與電腦相連，由不透明圓筒、兩個圓環、兩個標尺、兩個標記、鏡頭、一組紅外發光二極體、觸發開關、電腦與蜂鳴器組成了虹膜採集裝置。利用軟體編程，實現通過觸發開關可以觸發鏡頭開始拍照，鏡頭將拍到的眼睛圖像傳給電腦後，蜂鳴器發聲，聲音持續三秒鐘。
[0023]與現有技術相比本發明的有益效果是:
[0024]1.本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法與已有的接觸式裝置相比，具有無衛生隱患的特點。
[0025]2.本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法與已有的利用測距傳感器實現鏡頭與眼睛之間定焦的非接觸式裝置相比，具有裝置簡單、成本低、定焦準確、定焦速度快、易於實現、減少採集到閉眼等不合格情況的特點。
[0026]3.本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法與已有的利用顯示屏等具有主動性為眼睛定位、定焦的裝置相比，具有裝置成本低、定焦成功率高、定焦速度快的特點。
[0027]4.本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法與已有的需要拍攝一系列虹膜圖像、通過虹膜質量評價算法評價虹膜圖像質量的裝置相比，本發明的裝置可以一次性地採集到清晰的虹膜圖像，具有定焦速度快的特點。
[0028]5.本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法與已有的自動採集虹膜、利用語音提示音等提示採集完畢的方法相比，本發明方法通過主動性觸發虹膜採集鏡頭開關裝置，避免了在虹膜採集時眨眼、閉眼、歪頭等不利於採集到完整虹膜圖像的情況，有利於後續虹膜圖像處理，加速了虹膜匹配速度。
[0029]6.本發明所述的本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法，其裝置成本低、結構簡單、定焦準確，採集虹膜圖片過程簡單、方便，速度快，步驟清晰，省時，省力，並且一次性採集到清晰、完整虹膜圖像的成功率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]下面結合附圖對本發明作進一步的說明:
[0031]圖1為本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法中所採用的虹膜採集裝置的結構示意圖；
[0032]圖2為本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法中的虹膜採集裝置各部件尺寸確定過程的輔助線示意圖；
[0033]圖3為本發明所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置與方法中的虹膜圖像採集過程流程圖。
[0034]圖中:1_中軸線，2-圓環I，3-圓環II，4_不透明圓筒，5-標記I，6_標尺I，7_紅外發光二極體I，8_虹膜採集鏡頭，9-觸發開關，10-電腦，11-蜂鳴器，12-紅外發光二極體II，13-標尺 II，14-標記 II
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發明作詳細的描述:
[0036]1.構建虹膜採集裝置
[0037]參閱圖1，虹膜圖像採集裝置由一個不透明圓筒、半徑相同的圓環I與圓環2、長度相等的標尺I與標尺2、標尺I上的標記1、標尺2上的標記2、六個紅外發光二極體、一個虹膜採集鏡頭、一個觸發開關、一臺電腦、一個蜂鳴器組成，鏡頭放置於圓筒的一側，鏡頭的光軸與圓筒中軸線重合，圓筒另一側用於採集虹膜圖像。採用波長為850nm的六個紅外發光二極體，將其均勻圍繞在鏡頭周圍，採用不透明白色標尺，標尺上的標記顏色採用紅色，不透明圓筒和圓環採用黑色塑料材質，為增加通過圓環瞄準標記的舒適性，圓環內外邊緣寬度採用1cm，將虹膜採集裝置中的鏡頭、蜂鳴器、觸發開關通過USB與電腦相連，利用VC++編寫控制USB埠的模塊，該模塊可以實現接收到鏡頭採集的虹膜圖像、控制蜂鳴器、接收觸發開關狀態。
[0038]2.確定不透明圓筒、圓環、標記、標尺的尺寸與被採集眼睛的有效成像範圍
[0039]不透明圓筒長度為L，圓筒半徑為R。為保證眼睛與不透明圓筒不接觸，應滿足關係式L〈m。
[0040]為避免虹膜採集鏡頭拍攝到不透明圓筒的內壁而增加後續虹膜定位的計算量，應
滿足關係式
【權利要求】
1.一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，主要由虹膜採集鏡頭、紅外發光二極體、電腦和不透明圓筒(4)組成，其特徵在於: 所述虹膜採集鏡頭(8)固定在不透明圓筒(4)後側，虹膜採集鏡頭(8)光軸與不透明圓筒(4)中心線重合；所述紅外發光二極體根據實際虹膜採集情況，均布在虹膜採集鏡頭(8)周圍，紅外發光二極體的個數為至少4個；所述不透明圓筒(4)前側的上方固定點ρ處和下方固定點k處分別固定有圓環I (2)和圓環II (3)，|pk|=2R，兩個圓環的平面與不透明圓筒(4)前側面在同一平面上；所述不透明圓筒(4)的後側上、下方還分別固定有長方體作為標尺I (6)和標尺II (13)，並且兩個標尺平行於直線pk，直線pk為不透明圓筒(4)前側面上下兩點P和k的連線，兩個標尺上分別塗有醒目長方形標記I (5)和方形標記II (14)，保證該標記容易被採集者通過圓環看到；所述電腦(10)分別通過USB連接線與虹膜採集鏡頭(8)、觸發開關(9)和蜂鳴器(11)相連接，虹膜採集鏡頭(8)通過觸發開關(9)觸發開始拍照，鏡頭將拍到的眼睛圖像傳給電腦後蜂鳴器發聲。
2.根據權利要求1所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 所述不透明圓筒(4)長度L應滿足關係式，L < m以避免眼睛與不透明圓筒(4)不接觸，式中m為虹膜採集鏡頭(8)光心ο與點b的距離，其中b為鏡頭對虹膜的成像距離範圍最近點。
3.根據權利要求1所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 為避免所述虹膜採集鏡頭(8)拍攝到不透明圓筒(4)的內壁而增加後續虹膜識別算法的計算量,不透明圓筒(4)半徑R應滿足關係式RSLx tanp，《ρ為中軸線(I)與直線od或直線oc的夾角。
4.根據權利要求1任一項所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 根據在所述虹膜採集鏡頭(8)`光心ο與b之間，鏡頭採集到的虹膜圖像，不能滿足後續虹膜識別算法的識別率要求，確定鏡頭針對虹膜的成像距離範圍最近點b ;根據在與虹膜採集鏡頭(8)光心ο的距離大於光心與點a距離的範圍內，虹膜採集鏡頭(8)採集到的虹膜圖像，不能滿足後續虹膜識別算法的識別率要求，確定鏡頭針對虹膜的成像距離範圍最遠點a ;根據鏡頭給出的參數，確定虹膜採集鏡頭的廣角為2爐,測量出鏡頭光心ο與最近點b的距離為m,與最遠點a的距離為m+2n。
5.根據權利要求1所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 所述圓環I (2)和圓環II (3)的半徑r以及所述標記I (5)的長度通過以下公式確定: 點z為線段ab和線段cd的中點，cd丄ab, Zcod = 2φ , Zcoz = φ , Zzod = φ ,I ob I =m, I bz I =η,因此，在 Acoz 中，|cz| = (|ο叫+ |te|)x tanfi = (w+ /?)x tan* ?\zd\ = jczj = (m + ?)X tanp ;直線acq與標尺I (6)交點為e,直線dbp與標尺I (6)交點為乜直線&肚與標尺11(13)交點為h，直線cbk與標尺II (13)交點為g，由於cz H zd |，Iaz H zb I ,因此直線ac平行於直線db,因此qp | = | ef | = | cd | ,由於qp =2r,求出r = (/，! + ") X tan φ，\ef\ = 2(m + η)χ--ηφ ,因此，根據計算公式 r = (m + ?)x tan 爐計算出圓環半徑r，根據計算公式|<| = 2(m + ?)χtan爐計算出標記I (5)的長度。
6.根據權利要求1所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 所述標記I (5)距離所述虹膜採集鏡頭(8)光心ο的位置通過以下公式確定:
在 Δ eao 中，由於 |oe | = | oa | *tan ∠caz，tan ∠caz= | cz | / | az |，| oa | =m+2n， |cz|=r = (m + n)*tanφ， |az |=n，求出 |oe| = （m+ 2n)*（m+n）* tanφ/n，因此，根據此公式求出標記I (5)距離虹膜釆集鏡頭(8)光心ο的位置； 所述標記II (14)距離鏡頭光心ο的位置和標記II (14)的長度通過以下公式確定: 同理，求出 |oh| = (m + 2n)*（m+n）*tanφ/n,|gh| = 2(m+n)*tanφ 因此，根據公式|oh| = (m + 2n)*（m+n）*tanφ/n, 求出標記II (14 )距離鏡頭光心ο的位置；根據公式|gh| = 2(m+n)*tanφ 求出標記 II (14)的長度。
7.根據權利要求1至6任一項所述的一種主動性對焦的虹膜圖像採集裝置，其特徵在於: 根據所述各部件尺寸，確定了圓環I (2)和圓環II(3)的半徑r大小，在標尺I (6)上的位置oe處用醒目顏色畫一個長方形標記I(5)，長度為ef，在標尺II (13)上的位置oh處用醒目顏色畫一個長方形標記II (14)，長度為gh ;直線eqa與直線gkb交點為C，直線hta與直線fpb交點為d，區域acbd為鏡頭針對虹膜的成像距離範圍。
【文檔編號】G06K9/20GK103440483SQ201310395025
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】田彥濤, 武海巍, 周豔華, 顏飛, 曹留洋, 於海業 申請人:吉林大學