本发明涉及生物识别光机电领域，尤其是一种用于移动终端虹膜识别的引导指示人机接口系统和接口方法。
背景技术：
移动终端包括智能手机、平板、可穿戴设备等，现在的信息技术移动化发展趋势来看，移动终端设备必然是未来适用最广泛的设备。
目前，现实应用中的移动终端在移动安全支付、账户安全登陆、网上银行方面运用已经极其的广泛了，如余额宝(APP)、微信(APP)、信用卡管理(APP)等方面的运用，虽然在其使用过程中，为生活带来了极大的便利，但是一种新型的通过移动终端安全性能薄弱等特点进行的经济犯罪逐渐的兴起。
而移动终端中，现有技术进行身份确认的惯用手段就是密码输入，但是这种身份确认的手段安全性能十分的低，只需要在移动终端上植入简单的病毒程序，就能将该密码泄露，造成相应的损失。为了解决这个问题，国际上还是用生物识别的方式进行移动终端安全身份认证；如苹果公司提出的基于AuthenTec公司开发的指纹识别技术，该技术运用在手机终端上，极大的提高了移动终端的身份确认安全性；但是，指纹技术识别的过程中，由于指纹是静态的，虽然具有唯一性，但是也极其容易被获取指纹信息，甚至被仿制等，所以，随着指纹技术在移动终端上的运用越来越广泛，其安全性也会相应的呈下降趋势，所以，在安全性方面更加具有优势的虹膜识别是解决移动终端安全身份认证过程中非常有效的方法，而虹膜识别系统是现有的生物识别中安全活体防伪特征最为安全的。
在目前的现有技术中，引导指示的人机接口系统通过采集虹膜图像并显示在显示屏中，以指导用户调整前后和上下左右位置，但由于虹膜采集图像为单色黑白图像，加上近红外LED在皮肤反射形成大面积白色区域，虹膜本身低对比度亮度，最终用于显示的图像对于用户而言十分不美观，从而影响用户心理使用感觉。更进一步地，也会影响用户使用体验和使用方便性。
因此，需要实现一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的系统，其具有高用户使用体验和使用方便性，美观，高用户心理依从性的引导指示的人机接口。
技术实现要素：
本发明提供一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口系统，所述系统包括：虹膜识别近红外成像模组、可见光成像模组和显示屏，其中：所述可见光成像模组的光学图像采集区域覆盖所述虹膜识别近红外成像模组的光学图像采集区域；所述显示屏显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像，所述预定像素调整为经过相对成像图像中心位置像素偏置和局部区域ROI像素选择处理获得的可见光虹膜图像。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组至少包括：近红外光学成像透镜，近红外光学带通滤光片和近红外图像成像传感器，用于物理成像并输出近红外虹膜图像。
优选地，所述可见光成像模组至少包括：可见光光学成像透镜，可见光光学带通滤光片和可见光图像成像传感器，用于物理成像并输出可见光虹膜图像。
优选地，还包括处理器芯片，其中所述处理器芯片连接所述虹膜识别近红外成像模组、所述可见光成像模组和所述显示屏，分别用于采集和处理所述近红外虹膜图像和所述可见光虹膜图像，并反馈控制所述显示屏显示可见光虹膜图像的引导指示人机接口。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：
所述虹膜识别近红外成像模组的近红外光学成像透镜的EFLvis等效焦距大于可见光成像模组的可见光光学成像透镜的EFLnir等效焦距。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：所述虹膜识别近红外成像模组的近红外图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和水平方向X轴像素数量PXnir乘积PSnir*PXnir小于可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和水平方向像素数量PXvis乘积PSvis*PXvis；即，PSnir*PXnir＜PSvis*PXvis。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：所述虹膜识别近红外成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和垂直方向Y轴像素数量PYnir乘积PSnir*PYnir小于可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和与垂直方向像素数量PYvis乘积PSvis*PYvis；即，PSnir*PYnir＜PSvis*PYvis。
优选地，所述相对成像图像中心位置像素偏置处理具体包括：
显示屏显示的相对成像图像中心位置像素经过X-Y坐标轴位移量像素偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)，所述偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)根据所述近红外成像模组和可见光成像模组间物理光学映射来确定。
优选地，所述的偏置调整X-Y轴位移量(X_SHIFT，Y_SHIFT)的计算如下：
X_SHIFT＝βvis*(Xnir–Xvis)/PSvis
Y_SHIFT＝βvis*(Ynir–Yvis)/PSvis
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
其中：
(X_SHIFT，Y_SHIFT)分别为显示屏显示的相对成像图像中心X，Y坐标轴位移量，单位像素，pixel；
(Xnir，Ynir)分别为虹膜识别近红外成像模组的光学中心X，Y坐标轴物理位置，单位厘米，cm；
(Xvis，Yvis)分别为可见光成像模组的光学中心X，Y坐标轴物理位置，单位厘米，cm；
βvis为可见光成像模组光学放大倍率，无单位；
EFLvis为可见光成像模组光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为光学成像物距，单位厘米，cm；；
PSvis为可见光成像模组图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
优选地，所述相对成像图像局部区域ROI像素选择处理具体包括：
显示屏显示的相对成像图像局部区域ROI像素选择调整(X_ROI，Y_ROI)根据所述近红外成像模组和可见光成像模组间物理光学映射来确定。
优选地，所述的选择局部区域量(X_ROI，Y_ROI)的计算如下：
X_ROI＝βvis*PSnir*PXnir/(βnir*PSvis)
Y_ROI＝βvis*PSnir*PYnir/(βnir*PSvis)
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
βnir＝EFLnir/(D-EFLnir)
其中：
(X_ROI，Y_ROI)分别为显示屏显示的相对成像图像局部区域ROI，单位像素，pixel；
PXnir，PYnir分别为虹膜识别近红外成像模组的水平方向X轴和垂直方向Y轴像素数量，单位像素，pixel；
βnir为虹膜识别近红外成像模组的光学放大倍率，无单位；
βvis为可见光成像模组的光学放大倍率，无单位；
EFLnir为虹膜识别近红外成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
EFLvis为可见光成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为成像物距，单位厘米，cm；
PSnir为虹膜识别近红外成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel；
PSvis为可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
优选地，所述可见光成像模组的光学图像采集区域大于所述虹膜识别近红外成像模组的光学图像采集区域。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口方法，所述移动终端包括虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组，其中所述可见光成像模组的光学图像采集区域覆盖所述虹膜识别近红外成像模组的光学图像采集区域，所述方法包括如下步骤：
a)采集并物理成像、输出近红外虹膜图像用于进一步处理；
b)采集并物理成像、输出可见光虹膜图像用于进一步处理；
c)显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像，所述预定像素调整为经过相对成像图像中心位置像素偏置和局部区域ROI像素选择处理。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组至少包括：近红外光学成像透镜，近红外光学带通滤光片和近红外图像成像传感器，用于物理成像并输出近红外虹膜图像。
优选地，所述可见光成像模组至少包括：可见光光学成像透镜，可见光光学带通滤光片和可见光图像成像传感器，用于物理成像并输出可见光虹膜图像。
优选地，所述移动终端还包括处理器芯片，其中所述处理器芯片连接所述虹膜识别近红外成像模组、所述可见光成像模组和显示屏，分别用于采集和处理所述近红外虹膜图像和所述可见光虹膜图像，并反馈控制所述显示屏显示可见光虹膜图像的引导指示人机接口。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：
所述虹膜识别近红外成像模组的近红外光学成像透镜的EFLvis等效焦距大于可见光成像模组的可见光光学成像透镜的EFLnir等效焦距。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：所述虹膜识别近红外成像模组的近红外图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和水平方向X轴像素数量PXnir乘积PSnir*PXnir小于可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和水平方向像素数量PXvis乘积PSvis*PXvis；即，PSnir*PXnir＜PSvis*PXvis。
优选地，所述虹膜识别近红外成像模组和可见光成像模组参数被组合配置为：所述虹膜识别近红外成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和垂直方向Y轴像素数量PYnir乘积PSnir*PYnir小于可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和与垂直方向像素数量PYvis乘积PSvis*PYvis；即，PSnir*PYnir＜PSvis*PYvis。
优选地，所述相对成像图像中心位置像素偏置处理具体包括：
显示的相对成像图像中心位置像素经过X-Y坐标轴位移量像素偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)，所述偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)根据所述近红外成像模组和可见光成像模组间物理光学映射来确定。
优选地，所述的偏置调整X-Y轴位移量(X_SHIFT，Y_SHIFT)的计算如下：
X_SHIFT＝βvis*(Xnir–Xvis)/PSvis
Y_SHIFT＝βvis*(Ynir–Yvis)/PSvis
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
其中：
(X_SHIFT，Y_SHIFT)分别为显示屏显示的相对成像图像中心X，Y坐标轴位移量，单位像素，pixel；
(Xnir，Ynir)分别为虹膜识别近红外成像模组的光学中心X，Y坐标轴物理位置，单位厘米，cm；
(Xvis，Yvis)分别为可见光成像模组的光学中心X，Y坐标轴物理位置，单位厘米，cm；
βvis为可见光成像模组光学放大倍率，无单位；
EFLvis为可见光成像模组光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为光学成像物距，单位厘米，cm；；
PSvis为可见光成像模组图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
优选地，所述相对成像图像局部区域ROI像素选择处理具体包括：
显示的相对成像图像局部区域ROI像素选择调整(X_ROI，Y_ROI)根据所述近红外成像模组和可见光成像模组间物理光学映射来确定。
优选地，所述的选择局部区域量(X_ROI，Y_ROI)的计算如下：
X_ROI＝βvis*PSnir*PXnir/(βnir*PSvis)
Y_ROI＝βvis*PSnir*PYnir/(βnir*PSvis)
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
βnir＝EFLnir/(D-EFLnir)
其中：
(X_ROI，Y_ROI)分别为显示屏显示的相对成像图像局部区域ROI，单位像素，pixel；
PXnir，PYnir分别为虹膜识别近红外成像模组的水平方向X轴和垂直方向Y轴像素数量，单位像素，pixel；
βnir为虹膜识别近红外成像模组的光学放大倍率，无单位；
βvis为可见光成像模组的光学放大倍率，无单位；
EFLnir为虹膜识别近红外成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
EFLvis为可见光成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为成像物距，单位厘米，cm；
PSnir为虹膜识别近红外成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel；
PSvis为可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
优选地，所述可见光成像模组的光学图像采集区域大于所述虹膜识别近红外成像模组的光学图像采集区域。
本发明采用的系统配置和方法的最大优点之处在于，尽管虹膜识别近红外成像模组在景深范围内成像物距会改变会导致成像图像范围改变，但在上述可见光成像模组采集和显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像具有相同的图像范围改变，以保持引导显示时图像范围和实际虹膜识别近红外成像模组成像的图像范围一致，避免两者不一致性导致的图像引导指示错误。
所述的显示屏用于显示指示用户使用合适范围如距离远近，位置上下左右，及使用状态信息如戴眼镜时镜面反射位置调整，指示识别成功失败等文字图像信息。
总结上述描述，本发明的实现了用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的效果：
移动终端虹膜识别在用户使用时提供有效人机接口引导指示提高识别速度和识别率，更进一步提高用户使用体验和使用方便性。并且可见光成像模组采集和显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像具有相同的图像范围改变，以保持引导显示时图像范围和实际虹膜识别近红外成像模组成像的图像范围一致，避免两者不一致性导致的图像引导指示错误。
附图说明
图1为根据本发明的人机接口的系统的原理示意图。
具体实施方式
本发明具体实现一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的系统，其具有高用户使用体验和使用方便性，美观，高用户心理依从性的引导指示的人机接口。
如图1所示，根据本发明的用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口的系统100包括虹膜识别近红外成像模组101、可见光成像模组102、显示屏103和处理器芯片104；其中，近红外成像模组101、可见光成像模组102以及处理器芯片104都内置于移动终端内部，可见光成像模组102用于获取虹膜以及人脸背景的可见光图像，近红外成像模组101用于获取人眼的近红外虹膜图像，通过本发明的设计方法能够使得显示屏103显示包括虹膜信息的可见光图像。
如图1所示，所述虹膜识别近红外成像模组101至少包括：近红外光学成像透镜，近红外光学带通滤光片和近红外图像成像传感器，用于物理成像并输出近红外虹膜图像；
所述可见光成像模组102至少包括：可见光光学成像透镜，可见光光学带通滤光片和可见光图像成像传感器，用于物理成像并输出可见光虹膜图像；
所述可见光成像模组102的光学图像采集区域105覆盖所述虹膜识别近红外成像模组101的光学图像采集区域106，从而实现利用所采集到的虹膜图像信息来显示包括虹膜信息的可见光图像。根据本发明的一个实施例，优选地，所述可见光成像模组102的光学图像采集区域105可以大于所述虹膜识别近红外成像模组101的光学图像采集区域106。
根据本发明的一个实施例，所述虹膜识别近红外成像模组101和可见光成像模组102参数被组合配置为：
所述虹膜识别近红外成像模组101的近红外光学成像透镜的EFLvis等效焦距大于可见光成像模组102的可见光光学成像透镜的EFLnir等效焦距。
根据本发明的另一个实施例，所述虹膜识别近红外成像模组101的近红外图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和水平方向X轴像素数量PXnir乘积PSnir*PXnir小于可见光成像模组102的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和水平方向像素数量PXvis乘积PSvis*PXvis；即，PSnir*PXnir＜PSvis*PXvis。
根据本发明的另一个实施例，所述虹膜识别近红外成像模组101的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSnir和垂直方向Y轴像素数量PYnir乘积PSnir*PYnir小于可见光成像模组102的图像成像传感器的单位像素物理尺度PSvis和与垂直方向像素数量PYvis乘积PSvis*PYvis；即，PSnir*PYnir＜PSvis*PYvis。
所述的引导指示人机接口被配置为：可见光成像模组采集和显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像。
所述处理器芯片104连接所述虹膜识别近红外成像模组101、所述可见光成像模组102和所述显示屏103，分别用于采集和处理所述近红外虹膜图像和所述可见光虹膜图像，并反馈控制所述显示屏103显示可见光虹膜图像的引导指示人机接口；
采集近红外虹膜图像更进一步用于处理器芯片进行虹膜识别，采集可见光虹膜图像更进一步用于处理器芯片进行反馈控制显示屏显示可见光虹膜图像。
其中：
所述显示屏103显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像，所述预定像素调整为经过相对成像图像中心位置像素偏置和局部区域ROI像素选择处理获得的可见光虹膜图像。
根据本发明的一个实施例，所述显示屏103更进一步能用于显示指示用户使用合适范围如距离远近，位置上下左右，及使用状态信息如戴眼镜时镜面反射位置调整，指示识别成功失败等文字图像信息。
根据本发明的一个实施例，所述相对成像图像中心位置像素偏置处理具体包括将显示屏103显示的相对成像图像中心位置像素经过X-Y坐标轴位移量像素偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)，所述偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)根据所述近红外成像模组和可见光成像模组间物理光学映射来确定。
具体地，根据本发明的一个实施例，所述相对成像图像中心位置像素偏置处理具体包括：
显示屏103显示的相对成像图像中心位置像素经过X-Y坐标轴位移量像素偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)，如图1中的A点，A点为调整后的中心位置。所述偏置调整(X_SHIFT，Y_SHIFT)根据所述近红外成像模组101和可见光成像模组102间物理光学映射来确定。
其中，所述的偏置调整X-Y轴位移量(X_SHIFT，Y_SHIFT)的计算如下：
X_SHIFT＝βvis*(Xnir–Xvis)/PSvis
Y_SHIFT＝βvis*(Ynir–Yvis)/PSvis
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
其中：
(X_SHIFT，Y_SHIFT)分别为显示屏显示的相对成像图像中心X，Y坐标轴位移量，单位像素，pixel；
(Xnir，Ynir)分别为虹膜识别近红外成像模组101的光学中心X，Y坐标轴物理位置，如图中C点，单位厘米，cm；
(Xvis，Yvis)分别为可见光成像模组102的光学中心X，Y坐标轴物理位置，如图中B点，单位厘米，cm；
其中，虹膜识别近红外成像模组101和可见光成像模组102的光学中心的X，Y坐标轴物理位置范围尽量接近以优化效果。
βvis为可见光成像模组102光学放大倍率，无单位；
EFLvis为可见光成像模组光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为光学成像物距，单位厘米，cm；；
PSvis为可见光成像模组图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
例如，以实际手机应用为例，具体参数如下：
EFLvis＝2mm，D＝30cm，PSvis＝1.12um/pixel，
(Xnir–Xvis)＝3cm；
(Ynir–Yvis)＝1cm；
βvis＝0.00675；
(X_SHIFT，Y_SHIFT)＝(180pixels,60pixels)；
即显示屏显示的相对成像图像中心位置像素经过X-Y坐标轴位移量像素偏置调整为180像素和60像素。
根据本发明的一个实施例，所述相对成像图像局部区域ROI像素选择处理具体包括：
显示屏103显示的相对成像图像局部区域ROI 107像素选择调整(X_ROI，Y_ROI)根据所述近红外成像模组101和可见光成像模组102间物理光学映射来确定。通过近红外成像模组101和可见光成像模组102间的物理光学映射，可以使得上述可见光成像模组采集和显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像具有相同的图像范围改变，以保持引导显示时图像范围和实际虹膜识别近红外成像模组成像的图像范围一致，避免两者不一致性导致的图像引导指示错误。
具体地，根据本发明的一个实施例，所述的选择局部区域量(X_ROI，Y_ROI)的计算方法步骤如下：
X_ROI＝βvis*PSnir*PXnir/(βnir*PSvis)
Y_ROI＝βvis*PSnir*PYnir/(βnir*PSvis)
βvis＝EFLvis/(D-EFLvis)
βnir＝EFLnir/(D-EFLnir)
其中：
(X_ROI，Y_ROI)分别为显示屏显示的相对成像图像局部区域ROI107，单位像素，pixel；
PXnir，PYnir分别为虹膜识别近红外成像模组的水平方向X轴和垂直方向Y轴像素数量，单位像素，pixel；
βnir为虹膜识别近红外成像模组的光学放大倍率，无单位；
βvis为可见光成像模组的光学放大倍率，无单位；
EFLnir为虹膜识别近红外成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
EFLvis为可见光成像模组的光学成像透镜的等效焦距，单位毫米，mm；
D为成像物距，单位厘米，cm；
PSnir为虹膜识别近红外成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel；
PSvis为可见光成像模组的图像成像传感器的单位像素物理尺度，单位微米每像素，um/pixel。
以实际手机应用为例，具体参数如下：
EFLvis＝2mm，EFLnir＝4mm，D＝30cm，PXnir＝1920pixels，PYnir＝1080pixels，PSnir＝PSvis＝1.12um/pixels
βnir＝0.0135；
βvis＝0.0067；
(X_ROI，Y_ROI)＝(960pixels,540pixels)；
即，显示屏显示的相对成像图像局部区域ROI像素经过选择调整为960像素和540像素。根据本发明的另一个方面，提供了一种用于移动终端虹膜识别的引导指示的人机接口方法，所述移动终端包括虹膜识别近红外成像模组、可见光成像模组、显示屏和处理器芯片，所述方法包括如下步骤：
a)采集并物理成像、输出近红外虹膜图像以用于进一步处理；
具体地，可以利用至少包括近红外光学成像透镜，近红外光学带通滤光片和近红外图像成像传感器的虹膜识别近红外成像模组来实现物理成像并输出近红外虹膜图像，然后输出至处理器芯片进行进一步地处理；
b)采集并物理成像、输出可见光虹膜图像以用于进一步处理；
具体地，可以利用至少包括可见光光学成像透镜，可见光光学带通滤光片和可见光图像成像传感器的可见光成像模组来实现物理成像并输出可见光虹膜图像，然后输出至处理器芯片进行进一步地处理；
所述可见光成像模组的光学图像采集区域覆盖所述虹膜识别近红外成像模组的光学图像采集区域；
c)显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像，所述预定像素调整为经过相对成像图像中心位置像素偏置和局部区域ROI像素选择处理。
具体地，可以采取上述实施例中的像素调整方法来显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像。
本发明采用的系统配置和方法的优点之处在于，移动终端虹膜识别在用户使用时提供有效人机接口引导指示提高识别速度和识别率，更进一步提高用户使用体验和使用方便性。尽管虹膜识别近红外成像模组在景深范围内成像物距会改变会导致成像图像范围改变，但在上述可见光成像模组采集和显示经过预定像素调整的可见光虹膜图像具有相同的图像范围改变，以保持引导显示时图像范围和实际虹膜识别近红外成像模组成像的图像范围一致，避免两者不一致性导致的图像引导指示错误。
本发明描述的具体实施方式内容和技术特征，可以在相同或等同理解的范围内被实施，如范围变化，器件替代也应被等同理解的。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。