单通道虹膜检测设备的制作方法

本实用新型涉及单通道虹膜检测设备，属于光学测量技术领域。

背景技术：

虹膜是位于眼部黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状组织，包含有相互交错的类似于斑点、细丝、冠状、条纹等的细节特征，这些特征可标识一个人的身份。虹膜检测设备是通过对比虹膜图像来确认人员身份，具有唯一性，稳定性，防伪性及非接触性的特点。

虹膜识别技术是通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份。对各类人体生物特征识别技术分析比较认为：虹膜识别是“最精确的”、“处理速度最快的”以及“最难伪造的”。这种技术现在广泛应用于金融，海关，安防及其他需要进行身份识别的领域。虹膜检测设备需要完成图像采集，图像预处理以及虹膜特征提取，匹配和识别的任务。

目前市面上的产品均采用双目形式，用两组光源，两组镜头来分别采集左右眼的图像信息。两组光机模组互不影响，交替工作，存在耗时长的缺点。

本实用新型采用一种新颖的光机系统结构，采用单通道同时拍摄，同时抓取2副虹膜的图像。单通道设计使此设备进一步精简化快速化成为可能，在设备精简的同时能大幅减小图像采集时间，但是对图像亮度均匀性，大视场下的分辨率提出了难度。

技术实现要素：

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是提供单通道虹膜检测设备，能够通过单通道快速采集双眼的虹膜信息，具有采集效率高的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

单通道虹膜检测设备，包括壳体，所述壳体上设置有用于虹膜图像传入的采集窗口；壳体内部分别设置有检测装置和照明装置，所述检测装置包括相机板，所述相机板上设置有用于图像采集的图像传感器，所述图像传感器前端依次设有物镜和红外滤光片；采集窗口传入的双眼的虹膜图像通过红外滤光片后由物镜聚焦后成像在图像传感器上，图像传感器将双眼的虹膜图像信号转换成数字信号传输给相机板处理。

其中，所述相机板包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的存储单元、通信模块和图像传感器，相机板还包括用于给各单元模块供电的电源模块。

其中，所述中央处理单元对图像传感器采集的图像信号进行处理并通过存储单元对图像数据进行存储，中央处理单元通过通信模块与外部计算机设备进行数据交互。

其中，所述照明装置包括成对设置的红外LED，红外LED以物镜为对称轴对称设置，位于物镜两侧的红外LED分别照射到与其对应的采集窗口上，为系统提供采集光源。

其中，所述照明装置还包括成对设置的白光LED，白光LED以物镜为对称轴对称设置，位于物镜两侧的白光LED分别照射到与其对应的采集窗口上，为系统提供补光，避免瞳孔扩散影响采集质量。

其中，所述红外LED和白光LED通过相机板的电源模块供电。

其中，所述红外LED中心波段为810nm，红外LED单边照明范围为20mm到40mm。

其中，所述红外滤光片为带通滤光片，中心波长与红外LED波长一致。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有的有益效果是：

本实用新型单通道虹膜检测设备采用单通道对双眼的虹膜信息进行拍照，同时抓取2副虹膜的图像，该设计大大简化了系统结构并节约了设备成本；系统通过高速处理器进行图像处理并采用高速存储设备对图像进行存储，提高设备采集图像的速度。同时，通过大广角物镜和红外滤光片对图像进行处理，提高了图像成像质量。

附图说明

图1为本实用新型单通道虹膜检测设备的结构示意图；

图2为本实用新型单通道虹膜检测设备相机板的结构原理图；

图3为本实用新型单通道虹膜检测设备相机板的中央处理单元电路原理图；

图4为本实用新型单通道虹膜检测设备相机板的图像传感器电路原理图；

图5为本实用新型单通道虹膜检测设备相机板的存储单元电路原理图；

图6为本实用新型单通道虹膜检测设备相机板的通信模块电路原理图；

图7为本实用新型单通道虹膜检测设备中物镜内光学透镜的排布图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。

如图1～6所示，本实用新型单通道虹膜检测设备，包括壳体1，壳体1上设置有用于虹膜图像传入的采集窗口12。人眼虹膜采集时，人眼贴近采集窗口12，双眼的虹膜图像分别由采集窗口12进入设备中。

壳体1内部分别设置有检测装置和照明装置。其中，检测装置包括相机板2，相机板2上设置有用于图像采集的图像传感器21。图像传感器21前端依次设有物镜3和红外滤光片4。

采集窗口12传入的双眼的虹膜图像通过红外滤光片4后由物镜3聚焦后成像在图像传感器21上，图像传感器21将双眼的虹膜图像信号转换成数字信号传输给相机板2处理。

相机板2包括中央处理单元以及分别与中央处理单元连接的存储单元、通信模块和图像传感器，相机板2还包括用于给各单元模块供电的电源模块。

中央处理单元对图像传感器采集的双眼虹膜图像信号进行处理并通过存储单元对图像数据进行存储，中央处理单元通过通信模块与外部计算机设备进行数据交互，可将采集处理的图像进行输出。

照明装置包括成对设置的红外LED51，红外LED51以物镜3为对称轴对称设置，位于物镜3两侧的红外LED51分别照射到与其对应的采集窗口12上，为系统提供采集光源。红外LED51发出的光通过采集窗口12射出并照射到人眼虹膜上，以此为虹膜系统红外照明。其中，红外LED51中心波段为810nm，红外LED51单边照明范围为20mm到40mm，保证对虹膜照明的覆盖。

红外LED51的设计直接影响照明均匀性，角度偏小，NIR LED直射虹膜会导致红眼，角度偏大会导致眼部照射均匀性不满足。照明设计通过计算采用斜入射，在一定角度范围内找到平衡点解决红眼及照明均匀性问题。

本实用新型设备中红外LED51中心波段为810nm，倾斜10°照射到两眼虹膜区域。白光LED52补光，以防在黑暗的工作状态下瞳孔扩散，导致无法采集到虹膜。红外LED51将虹膜照射后，红外及可见光入射到红外滤光片4，红外滤光片4只允许810nm波段附近的光线进入物镜3。

红外滤光片4为带通滤光片，中心波长与红外LED51波长一致。

照明装置还包括成对设置的白光LED52，白光LED52以物镜为对称轴对称设置，位于物镜两侧的白光LED52分别照射到与其对应的采集窗口上，白光LED52为系统提供补光，避免在黑暗条件下人眼瞳孔扩散(若没有白光LED52，只有红外LED51，当人眼贴近采集窗口12时，人眼的视野是处于黑暗环境下的)，从而影响采集质量。

红外LED51和白光LED52通过相机板2的电源模块供电。

系统工作时，人眼贴近采集窗口12，红外LED51分别发出红外光通过对应的采集窗口12照射到人眼虹膜上。人眼虹膜的反射光(虹膜图像)通过采集窗口12后通过红外滤光片4，红外滤光片4对杂光进行消除后通过物镜3。物镜3对虹膜图像进行聚焦后照射到图像传感器21上。

本实用新型设备物镜内光学透镜的排布方式如图7所示，凸透镜11和凹透镜12起到广角作用，增大单个镜头的视场范围，透镜13起到消球差及畸变作用，使这款广角镜头能满足小于1％的畸变要求，透镜14为厚透镜，起到消色差及校正场曲的作用，这样在有多余波段进入镜头也不会影响镜头的成像质量，场曲校正会使镜头有更大的景深，从而即使使用者眼睛和鼻梁的高度有差别的时候都可以清晰成像。15为相机板图像传感器21的保护窗口，16为图像传感器21的成像面。物镜3采用这样的排布方式，能够实现宽波段大视场，进而实现视场能够覆盖从5岁幼童到成年人的瞳距范围40～80mm双边。

图像传感器21采用MT9T006图像传感器对图像进行采集，将图像数据转换为数字信号。其中，图像传感器21采用5mega pixels CMOS，满足SNR＞40％且帧率＞10帧。

中央处理单元采用FPGA芯片，其型号选用LCMXO2-2000。中央处理器将图像传感器21采集的图像数据进行处理并通过存储单元进行存储。存储单元采用H57V2562GTR高速存储芯片，能够满足高速存取需求。

同时，中央处理单元通过通信模块与外部计算机设备进行通信，可将采集的数据进行传输。其中，通信模块采用CY7C68013芯片实现USB接口通信。

本实用新型单通道虹膜检测设备的物镜采集的成像视场角度大，并且一片相机板需要同时采集到两幅虹膜图片。在相机帧率一样的情况下，单通道虹膜相机的图像传输的数据量大，速度更快，因为同一帧的数据是双通道虹膜相机的两倍。