移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組及使用法

2023-05-06 08:44:31

移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組及使用法
【專利摘要】本發明公開了一種用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，包括近紅外LED照明光源（1L、1R）、固定焦距的光學成像透鏡（5）、後焦近紅外光學濾光器（6）、圖像成像傳感器（7）、安全晶片（9）等；近紅外LED照明光源（1L、1R）產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等於圖像成像傳感器（7）幀像素全局觸發曝光的周期時序；近紅外LED照明光源（1L、1R）的半峰值輻射或發散角度FWHM大於等於光學成像透鏡（5）的成像視場角FOV。本發明還同時提供了利用上述用於移動終端的虹膜識別光學成像模組進行安全身份認證的方法。
【專利說明】移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組及使用法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組及其使用方法，屬光機電領域。
【背景技術】
[0002]移動終端包括智慧型手機、平板MID、便攜設備等的廣泛採用是個信息技術發展的必然趨勢。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，網上銀行等實際應用存在重大安全身份認證這個最重要的應用障礙。生物識別是解決移動終端安全身份認證的非常有效的方法，虹膜識別系統是最精確的和生物特徵最為穩定的，但應用於移動終端還存在很大問題:
[0003]1、用戶通常是手持的，而且需要在移動行進中識別，存在非常大不可預測的運動模糊。
[0004]2、用戶識別時使用場景是無法預測的，其使用環境光照度從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux都有可能。
[0005]3、用戶大比例存在佩戴的眼鏡反光影響識別。
[0006]4、移動終端是電池供電的，其對虹膜識別圖像光學成像模組的光源功耗要求非常聞。
[0007]5、虹膜識別光學成像模組的小型化。
[0008]6、需要一套安全的身份認證流程實現。
[0009]解決以上問題是目前技術面臨的最大挑戰。

【發明內容】

[0010]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光學成像模組及其使用方法。
[0011]為了解決上述技術問題，本發明提供一種用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，包括近紅外LED照明光源(1L、IR)、固定焦距的光學成像透鏡、後焦近紅外光學濾光器、圖像成像傳感器，還包括:
[0012]配置安全晶片(9);
[0013]近紅外LED照明光源(1L、1R)被配置為:
[0014]位於成像光軸的左右兩側或任一側；
[0015]LED是SMT封裝並由LED電流驅動器(1L』、IR』)驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0016]備註說明:所述LED屬於近紅外LED照明光源(1L、1R)中的一個部件；
[0017]近紅外LED照明光源(1L、1R)與圖像成像傳感器被組合配置為:
[0018]I).近紅外LED照明光源(1L、1R)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等於圖像成像傳感器幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序；[0019]2).近紅外LED照明光源(1L、1R)採用與圖像成像傳感器分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜；
[0020]備註說明:即分時形成，左側近紅外LED照明光源與左側虹膜直接照明成像以及與右側虹膜交叉照明成像，和/或，右側近紅外LED照明光源與左側虹膜交叉照明成像以及與右側虹膜直接照明成像，然後按次序進行循環切換直至獲取高質量虹膜圖像；
[0021]近紅外LED照明光源(1L、1R)與光學成像透鏡被組合配置為:
[0022]近紅外LED照明光源(1L、1R)的半峰值輻射或發散角度FWHM大於等於光學成像透鏡的成像視場角FOV ；
[0023]備註說明:
[0024]保證成像視場亮度均衡性P =Iedge/Icenter*100% ≥50%,
[0025]ledge為成像視場邊緣亮度，Icenter為成像視場中心亮度；
[0026]所述成像視場角FOV為成像視場(如圖1所述)中水平X軸範圍W、垂直Y軸範圍H的區域；
[0027]近紅外LED照明光源(1L、1R)與後焦近紅外光學濾光器(6)被組合配置為:
[0028]後焦近紅外光學濾光器(6)的半峰值透射波長FWHM大於等於近紅外LED照明光源(1L、IR)的半峰值輻射波長FWHM ；
[0029]光學成像透鏡被配置為:固定聚焦透鏡、液晶驅動透鏡、VCM音圈驅動透鏡、MEMS驅動透鏡、EDOF相位波前編碼透鏡、WLA晶圓級透鏡陣列中的任意一種。
[0030]備註說明:
[0031]近紅外LED照明光源(1L，IR)—左側近紅外LED照明光源IL和右側近紅外LED照明光源IR被配置為:
[0032]位於成像光軸(O)的左右兩側或任一側；
[0033]由LED電流驅動器(1L』，IR』)一左側LED電流驅動器1L』和右側LED電流驅動器IR』驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0034]左側LED電流驅動器1L』連接左側近紅外LED照明光源IL用於驅動左側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0035]右側LED電流驅動器IR』連接右側近紅外LED照明光源IR用於驅動右側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光。
[0036]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的改進:
[0037]用於直接照明成像的LED照明光源的發射角度Φ(1應該滿足:5.7-11.25度；
[0038]用於交叉照明成像的LED照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度；
[0039]發射角度Φ定義為近紅外LED照明光源(1L、1R)中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸的角度；所述發射角度Φ是Φ(1和Φ。的統稱。
[0040]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0041]所述的分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜包括以下步驟:
[0042](1)關閉右側近紅外LED照明光源IR，開啟左側近紅外LED照明光源IL ；
[0043](2)圖像成像傳感器同時成像輸出左側虹膜直接照明成像圖像Ia和右側虹膜交叉照明成像圖像Ib;[0044](3)關閉左側近紅外LED照明光源1L，開啟右側近紅外LED照明光源IR ；
[0045](4)圖像成像傳感器同時成像輸出右側虹膜直接照明成像圖像Id和左側虹膜交叉照明成像圖像Ic;
[0046](5)判斷左右虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L、IR)，不滿足質量要求則返回(I)按流程次序直至滿足質量要求。
[0047]備註說明:滿足質量要求就是指滿足在佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上不出現鏡面反射，不嚴重影響虹膜圖像質量被用於識別。所說的判斷規則本專業領域一般通過檢測圖像中虹膜區域的鏡面反射點，即滿量程(最大值)的像素值的數量佔比來統計。
[0048]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0049]所述的近紅外LED照明光源(1L、1R)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足:
[0050]I=E*WD2/cos2 Φ E<10mff/cm2WD表示成像系統的工作物距；
[0051]E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度，E要求小於眼睛LED照明福射安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safety of lamps and lampsystems)上限，本標準限制了 LED照明輻射可能對視網膜，水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應；
[0052]所述的近紅外LED照明光源(1L、IR)產生的輻射的短時間周期T (ms,毫秒)應該滿足:
[0053]T ≤ 3.33ms。
[0054]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0055]所述的光學成像透鏡的固定焦距FEL被配置為:
[0056]EFL=WD* β ；
[0057]其中:WD表示成像系統的工作物距；
[0058]β為光學成像系統的放大倍率；
[0059]β =S0P*R0P ；
[0060]SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度；
[0061]ROP為虹膜圖像像素解析度。
[0062]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0063]所述的光學成像透鏡的光學空間解析度(optical spatial resolution)被配置為:
[0064]在物方平面應該滿足:60%調製傳遞函數(MTF=0.6)時≥4線對每毫米(lp/mm)。
[0065]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0066]所述的虹膜識別光學成像模組配置光學反射器，用於垂直變換光路。
[0067]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:[0068]所述的圖像成像傳感器被配置為:至少HD高清像素解析度，1920像素*1080像素。
[0069]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0070]所述的圖像成像傳感器被配置為:至少500萬像素解析度，2592像素*1944像素。
[0071]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0072]所述的虹膜識別光學成像模組配置使用狀態引導。
[0073]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0074]所述的使用狀態引導包括語音、指示燈、液晶屏。
[0075]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0076]所述的指示燈和/或液晶屏的亮度被設計為根據虹膜識別算法實時獲得的瞳孔與虹膜直徑比列變化動態調整。
[0077]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0078]所述的虹膜識別光學成像模組配置透射保護光學窗口，其光學成像區域外的顏色和外觀被設計為具有明顯視覺反差的特性；用戶在使用時能凝視透射保護光學窗口內的虹膜識別光學成像系統形成直視的注視點而非斜視點。
[0079]作為本發明的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組的進一步改進:
[0080]所述的透射保護光學窗口，可由移動終端外表面替代，其整體覆蓋於移動智慧型手機前表面，其使用材料包括高透射率的PMMA、PC、或鋼化玻璃。
[0081]本發明還同時提供了一種利用上述用於移動終端的虹膜識別光學成像模組進行安全身份認證的方法，包括以下步驟:
[0082]I)、安全晶片連接獲取圖像成像傳感器輸出的數位化虹膜圖像；
[0083]2)、安全晶片進行虹膜識別算法執行提取虹膜特徵信息；
[0084]備註說明:虹膜識別算法屬於公知技術；虹膜特徵信息就是虹膜識別算法產生的區別虹膜紋理的數據，不同算法產生的不同的特徵信息；
[0085]3)、安全晶片通過虹膜特徵信息生成虹膜特徵模板；
[0086]4)、虹膜特徵模板採用密碼學體系存儲在安全晶片內做為私鑰，並保證從不被導出和訪問；
[0087]5)、虹膜特徵模板的身份認證比對都在安全晶片內部進行，確保移動終端在身份認證整個過程安全不被外部攻擊。
[0088]總結上述描述，本發明的實現了以下高用戶使用體驗度的效果:
[0089]1、能夠在用戶以自主每秒I米(m/s)的移動速度中識別。
[0090]2、用戶識別時使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100,OOOLuXo[0091]3、解決大比例用戶佩戴的眼鏡反光影響識別，包括近視凹鏡，遠視凸鏡，隱形眼鏡，偏光鏡等。
[0092]4、虹膜識別光學成像模組的光源功耗消耗低。
[0093]5、虹膜識別光學成像模組的小型化。
[0094]6、安全的身份認證流程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0095]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0096]圖1為本發明具體實施例1虹膜識別光學成像模組總體原理圖。
[0097]圖2為本發明具體實施例1紅外LED照明光源產生的最高輻射強度短時間周期時序與成像傳感器幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序原理圖。
[0098]圖3為本發明具體實施例1近紅外LED照明光源與圖像成像傳感器分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜原理圖。
[0099]圖4為本發明具體實施例1虹膜識別光學成像模組安裝在移動智慧型手機示意圖。
[0100]圖5為本發明具體實施例1簡化的虹膜識別光學成像模組總體原理圖。
【具體實施方式】
[0101]實施例1、
[0102]圖1描述了具體實施例1虹膜識別光學成像模組總體原理，虹膜識別光學成像模組包括以下部分組成:
[0103]成像光軸0，左側近紅外LED照明光源1L，右側近紅外LED照明光源IR，左側LED電流驅動器1L』，右側LED電流驅動器IR』，成像視場2，透射保護光學窗口 3，光學反射器4，固定焦距的光學成像透鏡5，後焦近紅外光學濾光器6，圖像成像傳感器7，模組密閉外殼8，安全晶片9。
[0104]模組密閉外殼8用於光學成像系統整體於封閉在模組外殼內。
[0105]透射保護光學窗口 3也可由移動終端外表面替代。
[0106]具體為:
[0107]左側近紅外LED照明光源1L，右側近紅外LED照明光源IR，位於成像光軸O的左右兩側，左側LED電流驅動器1L』連接左側近紅外LED照明光源IL用於驅動左側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光，右側LED電流驅動器IR』連接右側近紅外LED照明光源IR用於驅動右側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光。
[0108]安全晶片9用於連接圖像成像傳感器7獲取輸出的數位化虹膜圖像。
[0109]密閉模組外殼8內依次安裝有透射保護光學窗口 3，光學反射器4，固定焦距的光學成像透鏡5，後焦近紅外光學濾光器6，圖像成像傳感器7，其按照上述順序相對位置依次安裝在同一成像光軸O上。
[0110]近紅外LED照明光源(1L，IR)輻射的近紅外光和外圍環境光在物方虹膜反射後，進入光學反射器4，用於90度垂直變換光路，進入固定焦距的光學成像透鏡5，所述的固定焦距的光學成像透鏡5被配置為自動聚焦AF光學成像透鏡或固定聚焦光學成像透鏡；實現光學聚焦到位於像方的圖像成像傳感器7使圖像光信號轉換圖像電信號輸出，後焦近紅外光學濾光器6過濾用於成像的波長，使成像波長與非成像的背景幹擾雜散光的信噪比SNR(SNR: signal-to-noise ratio)滿足:> 60dB (1000:1)。
[0111]備註說明:外圍環境光就指:用戶識別時使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux所說的自然光。物方虹膜是指圖1中的位於成像視場2中的左右虹膜，其在成像光軸O的物體方向上所以稱物方虹膜。
[0112]移動終端如智慧型手機要求虹膜識別系統圖像成像模組的厚度僅為5_以內，很不幸的如此厚度根本無法實現光學成像透鏡5焦距超過4_，即使採用非常小像素尺寸的圖像傳感器如1.4um，也僅能使用戶使用距離在15cm左右，但用戶習慣使用距離一般在20cm以上，而且採用傳統FSI (前光入射)工藝製程技術製造的小像素尺寸的圖像傳感器產生的光敏感度和信噪比非常低，嚴重影響虹膜識別系統的圖像成像質量。
[0113]本發明具體實施例1配置了光學反射器4，用於90度垂直變換光路實現重要的特性，把光學成像模組的部件放置位置移位，從厚度方向轉換為水平方向，水平方向一般可供部件放置的空間多達數cm，因此如此的設計突破了移動終端對光學成像模組的厚度的限制，能進一步實現相對較大體積的光學成像透鏡的固定焦距，用戶使用距離在20cm以上，而且使用相對大像素尺寸的圖像成像傳感器7產生相對大的光敏感度和信噪比，提高虹膜識別系統的光學成像質量。
[0114]特別說明儘管本發明通過設計光學反射器4實現光路變換，但其他光路變換方法也應被等同理解。
[0115]隨圖像成像傳感器7技術的不斷進步，目前採用BSI (背光入射)工藝製程技術的小像素尺寸的圖像成像傳感器也基本能滿足虹膜識別系統的光學成像質量，本發明即使不採用反射器進行光路變換也應被等同理解，作為一種本發明的簡化的，圖5為本發明具體實施例1虹膜識別光學成像模組簡化的總體原理圖，其去除對反射器。
[0116]具體說明如下:
[0117]因為影響厚度限制的主要原因是固定焦距的光學成像透鏡5的厚度。
[0118]根據下文公式光學成像透鏡5的固定焦距FEL為:
[0119]EFL=WD* β ；
[0120]其中:WD表示成像系統的工作物距，即使用距離；
[0121]β為光學成像系統的放大倍率；
[0122]β =S0P*R0P ；
[0123]SOP為圖像成像傳感器7單位像素的物理尺度；
[0124]ROP為虹膜圖像像素解析度，如15pixels/mm ；
[0125]假設識別的使用距離為20cm，採用大像素尺寸的圖像成像傳感器如2um/piXel ；
[0126]則光學成像透鏡5的固定焦距FEL=6mm，即厚度超過6mm。移動終端如智慧型手機要求虹膜識別系統圖像成像模組的厚度僅為5_以內，光學成像透鏡固定焦距不超過4_，是無法實現，才採用圖1的方案使用光學反射器4進行90度垂直變換光路。
[0127]圖5可以去除對反射器進行簡化的原因為，採用小像素尺寸的圖像成像傳感器如lum/pixel，同樣識別的使用距離為20cm，按照上述公式其光學成像透鏡5的固定焦距FEL=3mm,即厚度3_。其厚度是滿足移動終端要求的虹膜識別系統圖像成像模組的厚度不超過5mmο[0128]使用環境中不同光照度的非成像的幹擾雜散光嚴重影響虹膜圖像質量。光照度越大影響虹膜圖像質量越大。
[0129]使用者不同移動速度引起的運動模糊嚴重影響虹膜圖像質量，移動速度越大影響虹膜圖像質量越大。
[0130]使用者佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上出現鏡面反射，嚴重影響虹膜圖像質量。
[0131]為克服以上問題本發明採用以下的設計:
[0132]近紅外LED照明光源(1L，IR)被配置為:位於成像光軸O的左右兩側；LED是SMT封裝並由LED電流驅動器(1L』，1R』)驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光。
[0133]近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器7被組合配置為:
[0134]1.近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等於圖像成像傳感器幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序；
[0135]近紅外LED照明光源(1L，IR)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足:
[0136]I=E*WD2/cos2 <jiE〈10mW/cm2WD 表示成像系統的工作物距。
[0137]E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度(mW/cm2，毫瓦每平方釐米)，E要求小於眼睛LED照明福射安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safetyof lamps and lamp systems)上限,本標準限制了 LED照明福射可能對視網膜,水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應。
[0138]發射角度Φ就是指近紅外LED照明光源(1L，IR)中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸O的角度。在圖3中也有具體標示，即表示用於直接照明成像的照明光源的發射角度Φ(1和表示用於交叉照明成像的照明光源的發射角度Φ(:，發射角度Φ是Φ(1和Φο的統稱。
[0139]備註說明:
[0140]上述公式中Φ是根據直接照明成像或交叉照明成像來確定是Φ(1或Φ(3。
[0141]當發射角度Φ為直接照明成像的發射角度Φ(1時應該滿足:5.7-11.25度，
[0142]當發射角度Φ為交叉照明成像的發射角度Φ(1時應該滿足:11.25-35度。
[0143]近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的輻射的短時間周期T (ms，毫秒)應該滿足:T ^ 3.33ms ；
[0144]圖2進一步解釋了本發明具體實施例1近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度短時間周期時序與圖像成像傳感器7的幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序原理圖。
[0145]本發明的圖像成像傳感器7的幀像素全局觸發曝光(積分)的方法，採用了僅在成像波長範圍內和最高輻射強度短時間周期內對圖像成像傳感器7所有幀像素同時進行觸發曝光(積分)。
[0146]即使如電子滾動快門(ERS)其不同行的曝光周期時序是不一致的，但滿足在成像波長範圍內和最高輻射強度短時間周期內所有幀像素同時進行全局觸發曝光的條件下，最高輻射強度短時間周期內與最高輻射強度短時間周期外的曝光(積分)光子信號累積量之比遠大於100 0:1，這樣對於一般成像傳感器ADC最有效解析度僅為8位或10位，可以忽略不計。[0147]因此本方法適用於各類型成像傳感器，如全局快門(global shutter),電子滾動快門(ERS)或全局釋放快門GRS等，各種各類型成像傳感器。
[0148]採用近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度短時間周期與圖像成像傳感器7幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序匹配的方法，這也是本發明重要優點特性。
[0149]由於是採用短時間周期輻射方法，按照國際標準其在連續I秒內產生10次輻射也只有不到10* (3.33ms/ls)=l/30的等效輻射量，所以其等效的輻射遠小於國際標準上限。
[0150]同樣如此設計的虹膜識別光學成像模組其光源功耗消耗低，與傳統連續輻射光源相比只有1/30的等效輻射量。
[0151]如此設計能提高至少10倍的成像波長與非成像的幹擾雜散光的信噪比SNR(SNR: signal-to-noise ratio)滿足:> 80dB (10000:1)。
[0152]如此設計使虹膜識別光學成像模組的使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，000Lux。
[0153]更重要的短時間周期的幀像素全局觸發曝光(積分)能完全消除lm/s的運動模糊，使虹膜圖像成像的移動速度要求滿足從步行移動速度lm/s到完全靜止的移動速度Ocm/s。
[0154]這也是本發明另一重要優點特性。
[0155]2.近紅外LED照明光源(1L，IR)採用與圖像成像傳感器7分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜。以用於避免佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上出現鏡面反射，嚴重影響虹膜圖像質量。
[0156]圖3進一步解釋本發明具體實施例1近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器7分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜。
[0157]IL表示左側近紅外LED照明光源；IR表示右側近紅外LED照明光源；
[0158]2L表示左虹膜；2R表示右虹膜；
[0159]3L表示左虹膜成像光軸；3R表示右虹膜成像光軸；
[0160]Φ(1表示用於直接照明成像的照明光源的發射角度；表示用於交叉照明成像的照明光源的發射角度；WD表示成像系統的工作物距。
[0161]其中:
[0162]用於直接照明成像的照明光源的發射角度Φ(1應該滿足:5.7-11.25度。
[0163]用於交叉照明成像的照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度。
[0164]發射角度Φ(1和$(3定義為近紅外1^0照明光源(11^110中心到虹膜中心(21^210的連線與成像光軸(3L，3R)的角度。
[0165]即，發射角度Φ(1表示用於直接照明成像的照明光源的發射角度；
[0166]發射角度Φ c表示用於交叉照明成像的照明光源的發射角度。
[0167]具體的解釋如下:分時形成左側近紅外LED照明光源IL與左側虹膜2L直接照明成像Ia以及與右側虹膜2R交叉照明成像Ib，右側近紅外LED照明光源IR與左側虹膜2L交叉照明成像I。以及與右側虹膜2R直接照明成像Id，由於圖像成像傳感器7能同時成像輸出左右兩側虹膜圖像(2L，2R)，所以分時形成的一側近紅外LED照明光源能同時產生左右兩側虹膜的直接照明成像圖像和交叉照明成像圖像，然後按次序進行循環切換，即Ialb->lcld->lalb->lcld…直至獲取高質量虹膜圖像。
[0168]具體流程是:[0169](I)關閉右側近紅外LED照明光源IR，開啟左側近紅外LED照明光源IL ;
[0170](2)圖像成像傳感器7同時成像輸出左側虹膜2L直接照明成像圖像Ia和右側虹膜2R交叉照明成像圖像Ib;
[0171](3)關閉左側近紅外LED照明光源1L，開啟右側近紅外LED照明光源IR ；
[0172](4)圖像成像傳感器7同時成像輸出右側虹膜2R直接照明成像圖像Id和左側虹膜2L交叉照明成像圖像Ic;
[0173](5)判斷虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L，IR)，不滿足質量要求則返回(I)按流程次序進行分時循環切換直至滿足質量要求。
[0174]備註說明:滿足質量要求就是指滿足在佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上不出現鏡面反射，不嚴重影響虹膜圖像質量被用於識別。所說的判斷規則本專業領域一般通過檢測圖像中虹膜區域的鏡面反射點，即滿量程(最大值)的像素值的數量佔比來統計。[0175]具體實施列I描述採用左右兩側近紅外LED照明光源(1L，IR)方法，但考慮到行動裝置的小型化體積限制，所以只採用設置左或右一側近紅外LED照明光源也是可行的。
[0176]為實現獲取亮度均衡的高質量虹膜成像圖像，近紅外LED照明光源(1L，IR)與光學成像透鏡5被組合配置為:
[0177]近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射或發散角度FWHM大於等於光學成像透鏡5的成像視場角FOV ;成像視場2即光學成像透鏡5的成像視場角所形成的區域。
[0178]備註說明:
[0179]成像視場角FOV即為圖1中標註的成像視場2，水平X軸範圍W，垂直Y軸範圍H的區域。
[0180]如圖1中所示的近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射或發散角度Θ。
[0181]保證成像視場亮度均衡性P =Iedge/Icenter*100% ^ 50% ；
[0182]其中:
[0183]Iedge為成像視場邊緣亮度；
[0184]Icenter為成像視場中心亮度。
[0185]近紅外LED照明光源(1L，IR)與後焦近紅外光學濾光器6被配置為:
[0186]後焦近紅外光學濾光器6的半峰值透射波長FWHM大於等於近紅外LED照明光源(1L，1R)的半峰值輻射波長FWHM。如此設計可以獲得最大限度的成像波長利用率。
[0187]固定焦距的光學成像透鏡5的固定焦距FEL被配置為:
[0188]EFL=WD* β
[0189]其中:WD表示成像系統的工作物距；
[0190]β為光學成像系統的放大倍率；
[0191]β =S0P*R0P
[0192]SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度，如2um/pixel ；
[0193]ROP為虹膜圖像像素解析度，如15pixels/mm ；
[0194]如識別距離20cm採用FEL=6mm。
[0195]固定焦距的光學成像透鏡5的光學空間解析度(optical spatial resolution)被配置為:
[0196]在物方平面應該滿足:60%調製傳遞函數時(MTF=0.6)≥4線對每毫米(lp/mm)；[0197]所述的固定焦距的光學成像透鏡5被配置為:固定聚焦透鏡，液晶驅動透鏡，VCM音圈驅動透鏡，MEMS驅動透鏡，EDOF波前編碼透鏡，WLA晶圓級透鏡陣列中任意一種。
[0198]液晶驅動透鏡，VCM音圈驅動透鏡，MEMS驅動透鏡，EDOF相位波前編碼透鏡，WLA晶圓級透鏡陣列被配置用於實現光學成像透鏡的自動聚焦AF。
[0199]圖像成像傳感器7被配置為:
[0200]至少HD高清像素解析度，即1920像素*1080像素；
[0201]按照15像素每毫米(pixels/mm)的虹膜圖像像素解析度要求能形成:
[0202]水平X軸識別範圍W至少12.8cm,垂直Y軸識別範圍H至少7.2cm。
[0203]更進一步為擴展識別範圍圖像成像傳感器7被配置為:
[0204]至少500萬像素解析度，2592像素*1944像素；
[0205]按照15像素每毫米(pixels/mm)的虹膜圖像像素解析度要求能形成:
[0206]水平X軸識別範圍W至少17.4cm,垂直Y軸識別範圍H至少13.0cm0
[0207]具體實施列I的虹膜識別光學成像模組安裝在移動智慧型手機，用戶在使用時外部構成圖如示意圖4。
[0208]圖4告知了如下內容:
[0209]移動智慧型手機包括虹膜識別光學成像模組的透射保護光學窗口 3，指示燈11，近紅外LED照明光源(1L，IR)，液晶屏10 (IXD)。圖4為外部構成圖，所以未顯示其內部的光學成像模組構成(內部構成參考圖1或圖5)。
[0210]所述的虹膜識別光學成像模組的透射保護光學窗口 3，覆蓋於移動智慧型手機前表面，指示燈11和移動智慧型手機液晶屏10 (IXD)連接安全晶片9 (圖中未顯示)，通過安全晶片9的控制用於實現使用狀態引導，如指示燈11發光指示，液晶屏10顯示圖像和文字信
肩、O
[0211]為進一步優化提高用戶使用時人機界面，語音和指示燈11用於使用狀態引導，如顯示藍色指示用戶合適範圍，紅色指示識別失敗，綠色指示識別成功。
[0212]更進一步的虹膜識別光學成像模組的透射保護光學窗口 3，其光學成像區域外的顏色和外觀被設計為具有明顯視覺反差的特性，目的是為用戶在使用時能凝視透射保護光學窗口 3內的虹膜識別光學成像系統形成直視的注視點而非斜視點，即用戶的眼睛與成像光軸保持在同一軸線，避免了用戶在使用時無目標盲目的觀察形成斜視成像進而影響圖像質量。
[0213]透射保護光學窗口 3，也可由移動終端外表面替代。其整體覆蓋於移動智慧型手機前表面，其使用材料包括高透射率的PMMA，PC，或鋼化玻璃等。
[0214]更進一步的智慧型手機自帶的液晶屏10 (IXD)的上部分，實時顯示用戶虹膜成像圖像以更進一步的引導用戶使用，包括顯示操作狀態，特別說明，在接近虹膜識別光學成像模組透射保護光學窗口 3的液晶屏10的上部分位置顯示，是為減少在短距離使用時用戶觀察液晶屏導致眼睛與成像軸的斜視，當然等同理解的虹膜識別光學成像模組也可以傾斜安裝。
[0215]在實際使用環境中，光照度從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，000Lux，如此大變化的場景通常導致虹膜瞳孔的大範圍變化，如室外瞳孔會縮小減少入射光，黑暗的場景會放大瞳孔增加入射光，進而影響虹膜識別率。為克服這個問題具體實施列I的指示燈11和液晶屏12的亮度被設計為根據虹膜識別算法實時獲得的瞳孔與虹膜直徑比列變化動態調整，比如瞳孔與虹膜直徑比列過大就意味瞳孔放大，指示燈11和液晶屏12的亮度需要增大，反之瞳孔與虹膜直徑比列過小就意味瞳孔縮小，指示燈11和液晶屏12的亮度需要減小。
[0216]具體實施列I的所有器件和元件按照目前智慧型手機所採用的體積封裝，如微型化的BGA封裝的安全晶片9和圖像成像傳感器7，光學元件可以通過微型化的注塑工藝等專業領域通用技術實現小型化。
[0217]實施例2、本發明的虹膜識別光學成像模組進行安全身份認證的方法，包括以下步驟:
[0218]1.安全晶片9用於連接獲取圖像成像傳感器7輸出的數位化虹膜圖像，
[0219]2.安全晶片9用進行虹膜識別算法執行提取虹膜特徵信息。
[0220]考慮到安全晶片9計算能力不足，部分耗費計算量的過程如圖像預處理和虹膜定位，可放置到主處理器完成，主處理器僅輸出圖像預處理後的虹膜定位坐標信息返回安全晶片9，這過程是安全的，即使定位坐標被截獲其也不能關聯到虹膜特徵信息。
[0221]3.安全晶片9通過虹膜特徵信息生成虹膜特徵模板，由於生成過程僅由安全晶片控制，所以是安全的。
[0222]4.虹膜特徵模板採用密碼學體系存儲在安全晶片內做為私鑰，並保證從不被導出和訪問。該密碼學體系包括PKI加密體系和HASH散列算法等，用來保證特徵模板數據本身安全。
[0223]5.虹膜特徵模板的身份認證比對都在安全晶片9內部進行，確保移動終端在身份認證整個過程安全不被外部攻擊。
[0224]安全晶片9可以是獨立晶片也可以是集成在應用主處理器中，如移動終端普遍使用的ARM架構晶片，其包括主處理器ARM cortex-A內核，還集成用於安全應用的獨立的TrustZone的安全認證處理器來實現安全晶片功能和主處理器的應用隔離交互，能實現本發明的安全身份認證方法。
[0225]備註說明:上述過程是個軟體處理過程不涉及虹膜識別光學成像模組的光學構成，但這個認證過程作為實現用於移動終端安全身份認證的整體目的不可或缺，安全晶片9用於連接獲取圖像成像傳感器7輸出的數位化虹膜圖像，然後安全晶片9在獲得圖像後按照安全身份認證的方法步驟進行軟體處理。其中虹膜識別算法，密碼學體系屬於已知技術。
[0226]本發明描述的具體實施例內容和技術特徵，可以在相同或等同理解的範圍內被實施，如圖像成像傳感器類型，光學成像透鏡類型，光路變換也應被等同理解的。
[0227]最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，包括近紅外LED照明光源(1L、1R)、固定焦距的光學成像透鏡(5)、後焦近紅外光學濾光器(6)、圖像成像傳感器(7)，其特徵是: 配置安全晶片(9); 近紅外LED照明光源(1L、1R)被配置為: 位於成像光軸(O)的左右兩側或任一側； LED是SMT封裝並由LED電流驅動器(1L』、IR』 )驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光； 近紅外LED照明光源(1L、1R)與圖像成像傳感器(7)被組合配置為: 1).近紅外LED照 明光源(1L、1R)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等於圖像成像傳感器(7)幀像素全局觸發曝光的周期時序； 2).近紅外LED照明光源(1L、1R)採用與圖像成像傳感器(7)分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜； 近紅外LED照明光源(1L、1R)與光學成像透鏡(5)被組合配置為: 近紅外LED照明光源(1L、IR)的半峰值輻射或發散角度FWHM大於等於光學成像透鏡(5)的成像視場角FOV ； 所述成像視場角FOV為成像視場(2)中水平X軸範圍W、垂直Y軸範圍H的區域； 近紅外LED照明光源(1L、1R)與後焦近紅外光學濾光器(6)被組合配置為: 後焦近紅外光學濾光器(6)的半峰值透射波長FWHM大於等於近紅外LED照明光源(1L、IR)的半峰值輻射波長FWHM ； 光學成像透鏡(5)被配置為:固定聚焦透鏡、液晶驅動透鏡、VCM音圈驅動透鏡、MEMS驅動透鏡、EDOF相位波前編碼透鏡、WLA晶圓級透鏡陣列中的任意一種。
2.根據權利要求1所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 用於直接照明成像的LED照明光源的發射角度Φ(1應該滿足:5.7-11.25度； 用於交叉照明成像的LED照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度； 發射角度Φ定義為近紅外LED照明光源(1L、1R)中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸(O)的角度；所述發射角度Φ是Φ(1和Φο的統稱。
3.根據權利要求1或2所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜包括以下步驟: (1)關閉右側近紅外LED照明光源(IR)，開啟左側近紅外LED照明光源(IL)； (2)圖像成像傳感器(7)同時成像輸出左側虹膜直接照明成像圖像Ia和右側虹膜交叉照明成像圖像Ib; (3)關閉左側近紅外LED照明光源(1L)，開啟右側近紅外LED照明光源(IR)； (4)圖像成像傳感器(7)同時成像輸出右側虹膜直接照明成像圖像Id和左側虹膜交叉照明成像圖像Ic; (5)判斷左右虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L、IR)，不滿足質量要求則返回(I)按流程次序直至滿足質量要求。
4.根據權利要求3所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的近紅外LED照明光源(1L、1R)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足: I=E*WD2/cos2 Φ E<10mff/cm2WD表示成像系統的工作物距； E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度，E要求小於眼睛LED照明輻身寸安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safety of lamps and lamp systems)上限，本標準限制了 LED照明輻射可能對視網膜，水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應； 所述的近紅外LED照明光源(1L、1R)產生的輻射的短時間周期T (ms，毫秒)應該滿足: T ^ 3.33ms。
5.根據權利要求4所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的光學成像透鏡(5)的固定焦距FEL被配置為:
EFL=WD* β ； 其中:WD表示成像系統的工作物距； β為光學成像系統的放大倍率； β=S0P*R0P ； SOP為圖像成像傳感器(7)單位像素的物理尺度； ROP為虹膜圖像像素解析度。
6.根據權利要求5所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的光學成像透鏡(5)的光學空間解析度(optical spatial resolution)被配置為: 在物方平面應該滿足:60%調製傳遞函數(MTF=0.6)時> 4線對每毫米(lp/mm)。
7.根據權利要求6所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的虹膜識別光學成像模組配置光學反射器(4)，用於垂直變換光路。
8.根據權利要求6或7所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的圖像成像傳感器(7)被配置為:至少HD高清像素解析度，1920像素*1080像素。
9.根據權利要求8所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的圖像成像傳感器(7)被配置為:至少500萬像素解析度，2592像素*1944像素。
10.根據權利要求9所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的虹膜識別光學成像模組配置使用狀態引導。
11.根據權利要求10所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是:所述的使用狀態引導包括語音、指示燈、液晶屏。
12.根據權利要求11所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的指示燈和/或液晶屏的亮度被設計為根據虹膜識別算法實時獲得的瞳孔與虹膜直徑比列變化動態調整。
13.根據權利要求11或12所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是:所述的虹膜識別光學成像模組配置透射保護光學窗口(3)，其光學成像區域外的顏色和外觀被設計為具有明顯視覺反差的特性；用戶在使用時能凝視透射保護光學窗口(3)內的虹膜識別光學成像系統形成直視的注視點而非斜視點。
14.根據權利要求13所述的用於移動終端安全身份認證的虹膜識別光學成像模組，其特徵是: 所述的透射保護光學窗口(3)，可由移動終端外表面替代，其整體覆蓋於移動智慧型手機前表面，其使用材料包括高透射率的PMMA、PC、或鋼化玻璃。
15.利用如權利要求1~14任一所述的用於移動終端的虹膜識別光學成像模組進行安全身份認證的方法，其特徵是包括以下步驟: 1)、安全晶片(9)連接獲取圖像成像傳感器(7)輸出的數位化虹膜圖像； 2)、安全晶片(9)進行虹膜識別算法執行提取虹膜特徵信息； 3)、安全晶片(9)通過虹膜特徵信息生成虹膜特徵模板； 4)、虹膜特徵模板採用密碼學體系存儲在安全晶片(9)內做為私鑰，並保證從不被導出和訪問； 5)、虹膜特徵模板的身份認證比對都在安全晶片(9)內部進行，確保移動終端在身份認證整個過程安全不被外部攻擊。
【文檔編號】G06K9/00GK103870819SQ201410135768
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】沈洪泉, 金城 申請人:沈洪泉