一种可同时采集双虹膜生物特征的双虹膜扫描仪相机板的制作方法

本实用新型涉及一种可同时采集双虹膜生物特征的双虹膜扫描仪相机板，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。随着安全认证要求的提高，在安全防范领域越来越要求采用具有唯一性难仿制高稳定的生物特征点来进行身份设别认证。因此作为优于指纹和脸部特征的虹膜就更适用在安全要求高的场合如安保，金融等领域进行身份设别认证。以前虹膜采集都是采集单眼虹膜或需要双虹膜的场合其双虹膜采集都是通过分别采集左右两只眼睛的虹膜的图像后再处理，存在耗时长成本高的缺点。

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一种可同时采集双虹膜生物特征的双虹膜扫描仪相机板，该相机板通过专用照明电路实现对照明光源亮度的调节，通过图像传感器采集到双虹膜的高清图像数据，并将该数据通过USB通讯模块传输给外部计算机设备。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种可同时采集双虹膜生物特征的双虹膜扫描仪相机板，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、光源调节模块、图像传感器和电源模块；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；中央处理单元通过光源调节模块调节照明光源的亮度。

其中，所述照明光源为两个红外LED和两个白光LED，两个红外LED的回路上串联有MAX1916，中央处理单元通过控制MAX1916的输出电流来控制两个红外LED的亮度；两个白光LED的串联回路上设有三极管，中央处理单元通过产生不同的PWM信号来控制三极管工作，通过输出不同的PWM占空比使三极管输出不同大小的电流来控制两个白光LED的亮度。

其中，所述红外LED和白光LED均通过电源模块供电。

其中，所述中央处理单元的芯片型号为LCMX02-2000，其包括SDR-DQ0端口、SDR-DQ1端口、SDR-DQ2端口、SDR-DQ3端口、SDR-DQ4端口和SDR-DQ5端口，其通过SDR-DQ0端口、SDR-DQ1端口、SDR-DQ2端口、SDR-DQ3端口、SDR-DQ4端口和SDR-DQ5端口和存储单元的对应接口连接；其还包括SSR-D0～SSR-D11端口，其通过SSR-D0～SSR-D11端口与图像传感器的对应接口连接。

其中，所述存储单元的芯片型号为H57V2562GTR，所述图像传感器的芯片型号为MT9T006。

其中，所述通信模块为USB通讯接口，其芯片型号为CY7C68013。CY7C68013实现相机板与外部计算机设备进行USB通信。

本实用新型相机板应用在双虹膜扫描仪上，双虹膜扫描仪包括用于虹膜图像传入的采集窗口以及位于图像传感器前端的物镜和红外滤光片；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。相机板中的电源模块用于给各单元模块供电。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有的有益效果是：

本实用新型相机板集成化程度高，通过专用照明电路实现对照明光源亮度的调节，通过图像传感器采集到双虹膜的高清图像数据，并将该数据通过USB通讯模块传输给外部计算机设备。

双虹膜扫描仪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。

附图说明

图1为本实用新型相机板的系统原理图；

图2为本实用新型相机板中光源调节模块的电路原理图；

图3为本实用新型相机板中央处理单元电路原理图；

图4为本实用新型相机板中图像传感器电路原理图；

图5为本实用新型相机板中存储单元电路原理图；

图6为本实用新型相机板中通信模块电路原理图；

图7为应用有本实用新型相机板的双虹膜扫描仪的结构示意图；

图8为图7双虹膜扫描仪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，本实用新型可同时采集双虹膜生物特征的双虹膜扫描仪相机板，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、光源调节模块、图像传感器和电源模块；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，可将采集处理的图像进行输出给外部计算机设备；中央处理单元通过光源调节模块调节照明光源的亮度。

其中，照明光源为两个红外LED和两个白光LED，两个红外LED的回路上串联有MAX1916，中央处理单元通过控制MAX1916的输出电流来控制两个红外LED的亮度(最大发光强度)；两个白光LED的串联回路上设有三极管Q9013，中央处理单元通过产生不同的PWM信号来控制三极管工作，通过输出不同的PWM占空比使三极管输出不同大小的电流来控制两个白光LED的亮度。红外LED和白光LED均通过电源模块供电。电源模块用于给各单元模块供电。两颗波长为810nm的红外LED和两颗发雾状白光的LED，通过光源调节模块对其亮度进行调节，从而保证使用者在眼睛安全下采集到高质量的双虹膜图像。

其中，中央处理单元的芯片型号为LCMX02-2000，其包括SDR-DQ0端口、SDR-DQ1端口、SDR-DQ2端口、SDR-DQ3端口、SDR-DQ4端口和SDR-DQ5端口，其通过SDR-DQ0端口、SDR-DQ1端口、SDR-DQ2端口、SDR-DQ3端口、SDR-DQ4端口和SDR-DQ5端口和存储单元的对应接口连接；其还包括SSR-D0～SSR-D11端口，其通过SSR-D0～SSR-D11端口与图像传感器的对应接口连接。存储单元的芯片型号为H57V2562GTR，所述图像传感器的芯片型号为MT9T006。通信模块为USB通讯接口，其芯片型号为CY7C68013。CY7C68013实现相机板与外部计算机设备进行USB通信。

如图7所示，应用有本实用新型相机板的双虹膜扫描仪，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内还设有位于图像传感器21前端的物镜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。

照明光源为两个红外LED51和两个白光LED52，两个红外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。

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。

两个白光LED52以物镜3为对称轴对称设置，位于物镜3两侧的白光LED52分别照射到与其对应的采集窗口12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。

双虹膜扫描仪工作时，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。

双虹膜扫描仪中物镜内光学透镜的排布方式如图8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5megapixels 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。