一種基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于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(guān)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(jié)構(gòu)，其內(nèi)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(shè)置于照明空腔內(nèi)部，在物鏡空腔內(nèi)部設(shè)置有物鏡和準直鏡，聚焦空腔內(nèi)部設(shè)置有聚焦透鏡，傳感器空腔內(nèi)部設(shè)置有圖像傳感器，圖像傳感器的輸出端經(jīng)過連接器與所述圖像處理器電連接。本發(fā)明可以使用多種光源，通過照明器開關(guān)控制模塊改變選用的光源組合，可以擴展應(yīng)用到不同的場合，滿足自動虹膜識別系統(tǒng)的要求。
【專利說明】—種基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種虹膜圖像采集裝置，特別涉及一種基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]生物識別是用生物特征識別個人身份的一種技術(shù)。虹膜因其唯一性、穩(wěn)定性和安全性，逐漸成為一個最有效的生物識別特征。由于高效可用和準確的虹膜識別算法的出現(xiàn)，基于虹膜的自動身份識別和驗證系統(tǒng)在過去幾年越來越受歡迎。虹膜識別過程大體上分為6步:采集虹膜圖片；圖片模式轉(zhuǎn)換；虹膜內(nèi)外邊界的定位與分割；虹膜規(guī)范化；虹膜編碼的特征提?。惶卣髌ヅ?。其中，第三步虹膜內(nèi)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(tǒng)的噪聲容量，并最終導(dǎo)致對虹膜識別系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的限制。
[0003]多數(shù)虹膜識別方法依靠理想虹膜圖像來實現(xiàn)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，采用大型復(fù)雜而昂貴的精密裝置獲取高質(zhì)量的虹膜圖像。但是，第一種虹膜識別系統(tǒng)的性能受到眼瞼，睫毛，光照的變化，或平面外旋轉(zhuǎn)等干擾的嚴重影響；第二種虹膜識別系統(tǒng)的價格太高，不利于系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。對輸入圖像的約束必然導(dǎo)致在圖像采集期間過程中對用戶的約束，從而限制了該項技術(shù)的普及性和應(yīng)用領(lǐng)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(gòu)成了人類虹膜色素的兩個分子的光學(xué)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熒光，這樣能捕獲到更高級別的細節(jié)，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(tǒng)的基于模板和邊界的虹膜分割方法由于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(qū)域分割四步處理，就可以快速精確地分割出虹膜部分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過控制照明器的開關(guān)來得到近紅外光和可見光兩種光譜下的虹膜圖像的基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于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(guān)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(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔被分隔成位于上部的照明空腔和位于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(cè)的側(cè)壁設(shè)置有出光孔，所述隔板上均設(shè)置有通光孔；[0008]所述照明器設(shè)置于位于物鏡空腔上部的照明空腔內(nèi)部，所述物鏡空腔的左側(cè)設(shè)置有入光孔，在物鏡空腔內(nèi)部從左至右依次設(shè)置有物鏡和準直鏡，所述聚焦空腔內(nèi)部設(shè)置有聚焦透鏡，所述傳感器空腔內(nèi)部設(shè)置有圖像傳感器，所述物鏡的焦點、準直鏡的焦點、聚焦透鏡的焦點位于同一直線上，照明器發(fā)出的光經(jīng)過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經(jīng)過入光孔被物鏡捕捉、經(jīng)過準直鏡變平行后、穿過通光孔經(jīng)過聚焦透鏡聚焦后進入圖像傳感器，所述圖像傳感器的輸出端經(jīng)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(zhuǎn)化為電信號后將該電信號經(jīng)過連接器傳遞給圖像處理器，所述照明器開關(guān)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(guān)控制模塊的輸入端連接。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、輕便，可獲得高質(zhì)量的虹膜紋理圖像；使用簡單，不需要對使用者進行訓(xùn)練；應(yīng)用范圍廣泛:可以使用多種光源，改變選用的光源組合，可以擴展應(yīng)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(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)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(fā)明裝置結(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0019]如圖1所示，為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0020]實施例1
[0021]一種基于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(guān)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(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔被分隔成位于上部的照明空腔和位于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(cè)的側(cè)壁設(shè)置有出光孔，所述隔板上均設(shè)置有通光孔；
[0023]所述照明器2設(shè)置于位于物鏡空腔上部的照明空腔內(nèi)部，所述物鏡空腔的左側(cè)設(shè)置有入光孔，在物鏡空腔內(nèi)部從左至右依次設(shè)置有物鏡3和準直鏡4，所述聚焦空腔內(nèi)部設(shè)置有聚焦透鏡6，所述傳感器空腔內(nèi)部設(shè)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的焦點位于同一直線上，照明器發(fā)出的光經(jīng)過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經(jīng)過入光孔被物鏡3捕捉、經(jīng)過準直鏡4變平行后、穿過通光孔經(jīng)過聚焦透鏡6聚焦后進入圖像傳感器7，所述圖像傳感器7的輸出端經(jīng)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(zhuǎn)化為電信號后將該電信號經(jīng)過連接器8傳遞給圖像處理器9，所述照明器開關(guān)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(guān)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(fā)出的光波波長為700?900nm，即近紅外光波。當(dāng)照明器關(guān)閉時，虹膜被可見光照亮，當(dāng)照明器打開時，虹膜被近紅外光波照亮。首先，照明器處于關(guān)閉狀態(tài)，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(fā)照明器開關(guān)控制模塊5 ;照明器開關(guān)控制模塊5被觸發(fā)后，將點亮照明器2，重復(fù)上述流程，圖像傳感器7獲取近紅外光下的圖像，并將該圖像由連接器8傳給圖像處理器9 ;圖像處理器9接收到第二幅圖像后，不會再觸發(fā)照明器開關(guān)控制模塊5，而是將先后兩次得到的圖像進行對比度、亮度調(diào)整，圖像做差，差值圖像二值化，區(qū)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(yīng)，來保證捕捉到的兩幅圖像的背景區(qū)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(shù)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(diào)節(jié)后能滿足條件。
[0027]該裝置對移動狀態(tài)下的虹膜(IOM)以及遠距離虹膜(IID)系統(tǒng)(這兩種系統(tǒng)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(zhàn)場中使用的手持虹膜識別設(shè)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(shè)備同樣有很大的優(yōu)勢。
[0028]一種利用如權(quán)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(shè)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采集人眼圖像，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(qū)域圖像、睫毛圖像及光斑圖像。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單傳感器及及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特征在于:包括外殼(1)，照明器(2)，物鏡(3)，準直鏡(4)，照明器開關(guān)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(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空腔被分隔成位于上部的照明空腔和位于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(cè)的側(cè)壁設(shè)置有出光孔，所述隔板上均設(shè)置有通光孔； 所述照明器(2)設(shè)置于位于物鏡空腔上部的照明空腔內(nèi)部，所述物鏡空腔的左側(cè)設(shè)置有入光孔，在物鏡空腔內(nèi)部從左至右依次設(shè)置有物鏡(3)和準直鏡(4)，所述聚焦空腔內(nèi)部設(shè)置有聚焦透鏡(6)，所述傳感器空腔內(nèi)部設(shè)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)的焦點位于同一直線上，照明器發(fā)出的光經(jīng)過出光孔照射到虹膜上，虹膜反射的光線經(jīng)過入光孔被物鏡(3)捕捉、經(jīng)過準直鏡(4)變平行后、穿過通光孔經(jīng)過聚焦透鏡(6 )聚焦后進入圖像傳感器(7 )，所述圖像傳感器(7 )的輸出端經(jīng)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(zhuǎn)化為電信號后將該電信號經(jīng)過連接器(8)傳遞給圖像處理器(9)，所述照明器開關(guān)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(guān)控制模塊的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述照明器(2)為近紅外光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求2所述的基于單傳感器及光譜控制的圖像捕捉裝置，其特征在于: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(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】高俊雄, 易開軍 申請人:武漢虹識技術(shù)有限公司