本實(shí)用新型屬于生物識別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種虹膜識別裝置中防眼鏡干擾的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

虹膜識別是一種基于人眼虹膜區(qū)域細(xì)節(jié)特征的生物識別技術(shù)，因其具有高精確度和唯一性越來越受到信息安全領(lǐng)域的關(guān)注。

自20世紀(jì)90年代出現(xiàn)最初可用的虹膜識別系統(tǒng)以來，虹膜識別裝置發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于金融、國防、司法及日常生活等領(lǐng)域，而人們對于市面上虹膜識別裝置的關(guān)注點(diǎn)也從功能和性能指標(biāo)要求轉(zhuǎn)移到用戶體驗(yàn)性要求，要求虹膜裝置識別距離越來越遠(yuǎn)，識別速度越來越快，適應(yīng)用戶范圍越來越廣，其中在大部分虹膜識別裝置體驗(yàn)時需要用戶摘下眼鏡的主要原因是因?yàn)檠坨R鏡片會對補(bǔ)光光源發(fā)射的光線進(jìn)行反射，而反射的光線匯聚成像到虹膜識別裝置內(nèi)，導(dǎo)致獲取的虹膜區(qū)域圖像存在大量光斑，這些光斑極有可能遮擋虹膜區(qū)域紋理信息，使得從獲取的虹膜圖像中無法得到足夠的虹膜信息進(jìn)行識別。

目前公知的面部、虹膜測試成像裝置包括帶通光學(xué)濾波器，CMOS攝像機(jī)(含光學(xué)成像透鏡組，傳感器)，遠(yuǎn)光軸脈沖照明光源、眼睛位置跟蹤與定位單元，其中所述的眼睛位置跟蹤與定位單元由廣角CMOS攝像機(jī)與近光軸照明光源組成。

來自外圍環(huán)境的可見光、近紅外補(bǔ)光光源在眼睛處反射，反射光進(jìn)入光學(xué)濾光器件，光學(xué)濾光器件反射可見光用于眼睛視覺反饋，透射近紅外光線至光學(xué)成像透鏡組后物理聚焦成像至CMOS攝像機(jī)。但是由于遠(yuǎn)光軸脈沖照明光源的不同角度導(dǎo)致在面部不同區(qū)域的照度不一樣，嚴(yán)重時出現(xiàn)一部分臉部較暗，難以滿足面部和虹膜識別的要求。

為了解決上述問題，專利申請?zhí)枮?01510053696.9的中國專利申請，公開了一種防眼鏡反光干擾的虹膜識別裝置，其主要通過鏡頭與眼鏡中心的距離、眼鏡鏡片的曲率半徑及鏡頭的視場角確定補(bǔ)光光源的入射角范圍的方式實(shí)現(xiàn)經(jīng)眼鏡鏡片反射后的光線入射到鏡頭內(nèi)后不會對虹膜成像造成不利影響，以提高識別效率和用戶的體驗(yàn)性。盡管，在申請文件中聲稱其具有結(jié)構(gòu)簡單的特性，但從其確定夾角的公式及具體實(shí)施方式中公開的內(nèi)容中，可見其涉及的參數(shù)較多，并且受眼鏡鏡片本身的參數(shù)的制約，因此，在確定夾角的過程中需要獲知較多的參數(shù)，尤其是不同的眼鏡鏡片的曲率半徑，且在同一眼鏡鏡片的情況下仍舊需要選擇鏡片兩個面產(chǎn)生的兩個夾角中取舍，并且選取較大的值，前后面的曲率半徑中也同樣需要取舍，選取其中數(shù)值較小的，由此可見，其確定夾角的參數(shù)不僅多，而且在同一參數(shù)的情況下仍舊需要選取特定的取值，顯然繁瑣，且容易降低其精確度和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是解決虹膜識別過程中，眼鏡反光和面部照度不均帶來的識別干擾導(dǎo)致無法滿足需要、甚至無法識別及現(xiàn)有技術(shù)精度和可靠性差的問題。

為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種虹膜識別裝置中防眼鏡干擾的系統(tǒng)，包括鏡頭、紅外虹膜補(bǔ)光燈，所述紅外虹膜補(bǔ)光燈的旋轉(zhuǎn)角度g滿足其中，H為鏡頭表面與面部的垂直距離，L為紅外虹膜補(bǔ)光燈與被照射眼睛的水平偏移距離，θ為角度門限值。

其中，所述紅外虹膜補(bǔ)光燈包括脈沖交替照射左眼的位于所述鏡頭右側(cè)或右上側(cè)或右下側(cè)的右紅外虹膜補(bǔ)光燈、脈沖交替照射右眼的位于所述鏡頭左側(cè)或左下側(cè)或左上側(cè)的左紅外虹膜補(bǔ)光燈。

所述右紅外虹膜補(bǔ)光燈和所述左紅外虹膜補(bǔ)光燈的交替照射時間間隔t為：0<t≤1.5s。

所述紅外虹膜補(bǔ)光燈的波長范圍是：700～900nm。

所述紅外虹膜補(bǔ)光燈的波長范圍是：760～850nm。

所述紅外虹膜補(bǔ)光燈的波長是：810nm。

所述θ的取值為0≤θ≤3°。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過使用旋轉(zhuǎn)至最佳角度的的紅外虹膜補(bǔ)光燈，避免眼鏡在虹膜區(qū)域反光而造成對虹膜成像的影響，同時在該角度下光源基本均勻覆蓋面部，達(dá)到了面部光照均勻的特點(diǎn)，提高了虹膜識別裝置的識別效果和效率，也提高了用戶體驗(yàn)性。

附圖說明

圖1為人臉、虹膜綜合識別裝置中虹膜識別裝置的光路原理示意圖。

圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式1的虹膜成像裝置光學(xué)光路圖。

圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式1的虹膜成像裝置裸視下為光學(xué)仿真結(jié)果示意圖。

圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式1的虹膜成像裝置戴眼鏡情況下的仿真結(jié)果示意圖。

圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式2的虹膜成像裝置光學(xué)光路圖。

附圖標(biāo)記說明：1、3，紅外人臉補(bǔ)光燈；2、右紅外虹膜補(bǔ)光燈；4、左紅外虹膜補(bǔ)光燈；5，5a、5b，紅外測距系統(tǒng)；6a、6b、6c、6d為系統(tǒng)指示燈；7、紅外虹膜攝像系統(tǒng)；8、紅外人臉攝像系統(tǒng)；9、可見光人臉攝像系統(tǒng)；10a10b、10c、10d、10e，紅外濾光器件；11、12，人眼；13、眼鏡。

具體實(shí)施方式

圖1為一含人臉、虹膜綜合識別的裝置，其中虹膜識別裝置的光路示意圖如圖所示。由圖中可見，該虹膜識別裝置中包括波段在700～900nm的紅外人臉補(bǔ)光燈1和3，其對應(yīng)大角度視場角(通常在90°左右)，主要用于人臉測試和識別；

波段在700～900nm的紅外虹膜補(bǔ)光燈即右紅外虹膜補(bǔ)光燈2和左紅外虹膜補(bǔ)光燈4，其對應(yīng)小角度視場角，主要用于虹膜測試與識別，其最佳識別波長在810nm；

紅外測距系統(tǒng)5a、5b，主要用于確定眼睛位置和定位測試、識別距離；

系統(tǒng)指示燈6a、6b、6c、6d，主要用于識別，測試狀態(tài)的指示；

紅外虹膜攝像系統(tǒng)7，紅外人臉攝像系統(tǒng)8、可見光人臉攝像系統(tǒng)9、紅外濾光器件10a，10b、10c、10d、10e，人眼11和12，13、眼鏡。因環(huán)境中可見光充足，因此可見光攝像系統(tǒng)9不采用補(bǔ)光燈。

圖1中所示H₁和H₂是不同的識別距離，即鏡頭表面與面部的不同的垂直距離。

其中紅外虹膜補(bǔ)光燈的旋轉(zhuǎn)角度與識別距離和兩眼位置有關(guān)，紅外虹膜補(bǔ)光燈的旋轉(zhuǎn)角度g滿足：中心角度值為其中，H為鏡頭表面與面部的垂直距離，L為紅外虹膜補(bǔ)光燈與照射眼睛的水平平行偏移距離，角度門限值θ根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求確定，優(yōu)選的0≤θ≤3°。

紅外補(bǔ)光燈發(fā)射的紅外光線經(jīng)人面部反射(含眼鏡反射)后到達(dá)不同的鏡頭，經(jīng)鏡頭透鏡組的匯聚后到達(dá)相應(yīng)的傳感器，從而完成成像的過程。因?yàn)榧t外人臉補(bǔ)光燈的發(fā)光角度較大，不會引起圖像照度不均和眼鏡光斑的問題，因此重點(diǎn)研究虹膜補(bǔ)光燈的角度問題。

設(shè)計中采用兩盞紅外虹膜補(bǔ)光即右紅外虹膜補(bǔ)光燈2、左紅外虹膜補(bǔ)光燈4燈脈沖式交替照明，即左側(cè)燈(即位于鏡頭左側(cè)或左下方或左上方的左紅外虹膜補(bǔ)光燈4)照射右側(cè)眼睛，右側(cè)燈(即位于鏡頭右側(cè)或右下方或右上方的右紅外虹膜補(bǔ)光燈2)照射左側(cè)眼睛，交替時間為0～1.5秒(最佳取值為范圍0.5～1.0s，交替時間t的長短根據(jù)目標(biāo)所在識別距離、識別范圍能否發(fā)生虹膜識別程序觸發(fā)目標(biāo)認(rèn)證，一旦虹膜識別程序觸發(fā)目標(biāo)認(rèn)證，數(shù)據(jù)庫就會進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取、比對、處理等一系列工作，這一系列工作在目標(biāo)不同的情況下，需要的時間也不同，根據(jù)大批數(shù)據(jù)測試統(tǒng)計可知其最佳取值范圍為0.5～1.0s，而最佳的取值點(diǎn)為0.5s)，由于紅外虹膜補(bǔ)光燈視場角比較窄，只能照射部分區(qū)域，目前虹膜識別距離H約為20cm～45cm根據(jù)視場角θ可計算出光斑半徑大小為S＝Htanθ，其中H為鏡頭表面與人臉的垂直距離，S為光斑半徑，因此當(dāng)要求S≥62mm(人臉平均半徑)時可保證面部光照度均勻。

結(jié)合Tracepro軟件可知，在不同識別距離下光斑移動距離和光源偏移角度的關(guān)系如表1所示。

表1 光源偏移角度和光斑移動距離的關(guān)系

人類眼球從外可近似看做一橢圓結(jié)構(gòu)，其長軸和短軸大小約為30mm和12mm(僅指瞳孔、虹膜、鞏膜區(qū)域)，其中虹膜區(qū)域的直徑大小約為11mm。不同識別距離對應(yīng)在面部的光斑大小不一，根據(jù)虹膜鏡頭的景深值，可確定識別距離的區(qū)間范圍，此時需根據(jù)用戶需求和實(shí)用場合確定最佳識別距離。根據(jù)表1可知，確定最佳識別距離后可推測出最佳偏移角度θ值。與眼球大小對比，此偏移角度θ小于等于3°時，光斑移動距離均小于眼睛長軸大小30mm，即在不同識別距離(20cm～45cm)時均可保證光斑移動范圍在眼睛附近。此時，照射在眼睛附近的光照度相對較強(qiáng)，且光能量利用率高。即當(dāng)光源旋轉(zhuǎn)角度當(dāng)0≤θ≤3°時，光照度相比較強(qiáng)，且光能量利用率高，此時光斑大小S≥62mm，面部光照度均勻。

根據(jù)表1可知光源偏移角度和光斑移動距離之間的關(guān)系，一般而言，現(xiàn)階段虹膜識別的距離約在20～45mm，其中根據(jù)人類視覺體驗(yàn)，最佳識別距離一般在30～35cm。在最佳識別距離范圍內(nèi)，當(dāng)光源偏移角度θ＝3°時，最大偏移距離為18.34mm。此時，若起始光源位置在眼睛中心區(qū)域，光源經(jīng)3°旋轉(zhuǎn)，光源中心位于眼角附近，不易造成光能量的浪費(fèi)和眼鏡的反光，同時不影響虹膜區(qū)域的識別。

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對虹膜識別裝置中防眼鏡干擾的系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明

具體實(shí)施方式一：

如圖2所示，紅外虹膜補(bǔ)光燈(以下簡稱虹膜補(bǔ)光燈)的視場角為±10°，虹膜補(bǔ)光燈即右虹膜補(bǔ)光燈2和左虹膜補(bǔ)光燈4的間距為93.157mm，左虹膜補(bǔ)光燈4與虹膜攝像系統(tǒng)7的間距為29.081mm，H為350mm，兩只人眼11、12的間距為58.33mm，兩只人眼11和12的長度和寬度為30mm和12mm，左虹膜補(bǔ)光燈4與虹膜攝像系統(tǒng)7有8.089mm的高度差。

圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施方式1的光學(xué)光路圖，具體是打開左虹膜補(bǔ)光燈4照射右側(cè)眼鏡13的情況的光學(xué)光路圖。

由于紅外光源左右對稱放置即左虹膜補(bǔ)光燈4和右虹膜補(bǔ)光燈2左右對稱放置，因此只分析一邊的情況即可。

圖2中識別距離為H＝350mm，虹膜補(bǔ)光燈4與右側(cè)眼鏡11的水平相對位置L＝74.39mm，按照紅外虹膜補(bǔ)光燈旋轉(zhuǎn)角度公式優(yōu)選的0≤θ≤3°；可知g的取值范圍為9°≤g≤15°，其中中心角度值g_M為12°。此外，根據(jù)光路圖可知，此時無光線進(jìn)入虹膜鏡頭。

在Soldworks中建立三維模型，導(dǎo)入光學(xué)仿真軟件Tracepro中進(jìn)行仿真。根據(jù)不斷仿真對比，得出最佳仿真角度為12°。圖3為裸視下情況下的光學(xué)仿真結(jié)果。

根據(jù)仿真結(jié)果，由圖3可知，此時光源照射中心偏離虹膜中心區(qū)域，且由紅外虹膜補(bǔ)光燈與虹膜攝像系統(tǒng)存在8.089mm的高度差可知，光源照射中心偏離虹膜中心區(qū)域8.089mm。

圖4中所示位置光照度最強(qiáng)，即光斑位置。由圖4可知，光斑區(qū)域遠(yuǎn)離眼睛區(qū)域，不影響虹膜部分的識別。

由此可見，當(dāng)紅外虹膜補(bǔ)光燈的旋轉(zhuǎn)角度g滿足：時，(中心角度值為H為鏡頭表面與面部的垂直距離，L為紅外虹膜補(bǔ)光燈與照射眼睛的水平平行偏移距離，優(yōu)選的0≤θ≤3°)，可以有效避免眼鏡反光產(chǎn)生的光斑對虹膜識別裝置采集眼睛虹膜區(qū)域的信息的干擾，同時，在光斑半徑S≥62mm(人臉平均半徑)時，可保證面部光照度均勻。

具體實(shí)施方式二：

紅外虹膜補(bǔ)光燈2和4(即右虹膜補(bǔ)光燈2和左虹膜補(bǔ)光燈4)間距為168mm，右紅外虹膜補(bǔ)光燈2與虹膜攝像系統(tǒng)7的間距為77.64mm，H為350mm，虹膜補(bǔ)光燈2與左側(cè)眼睛12的水平相對位置L為113.72mm，兩只人眼11和12的間距為58.33mm，兩只人眼11和12的長度和寬度均為30mm和12mm，按照紅外虹膜補(bǔ)光燈旋轉(zhuǎn)角度公式優(yōu)選的0≤θ≤3°；可求得g的取值范圍為15≤g≤21°，其中中心角度值g_M為18°。

結(jié)合光的反射定理，做光路圖。由圖5可知，g在15～21°范圍內(nèi)時，無光線進(jìn)入到虹膜鏡頭。利用三維軟件進(jìn)行光學(xué)建模，添加光源導(dǎo)入光學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如下：

根據(jù)不斷仿真對比，得出最佳仿真角度為19°。結(jié)合仿真模型可知，眼睛區(qū)域的光照度比較均勻，存在兩個亮斑，光斑大小約為2mm，其所在位置在眼睛區(qū)域外，因此不影響虹膜的識別。

具體實(shí)測，虹膜信息清晰，識別效果優(yōu)良。

綜上，當(dāng)紅外虹膜補(bǔ)光燈的旋轉(zhuǎn)角度g滿足：時，(中心角度值為H為鏡頭表面與面部的垂直距離，L為紅外虹膜補(bǔ)光燈與照射眼睛的水平平行偏移距離，優(yōu)選的0≤θ≤3°)，可以有效避免眼鏡反光產(chǎn)生的光斑對虹膜識別裝置采集眼睛虹膜區(qū)域的信息的干擾，同時，在光斑半徑S≥62mm(人臉平均半徑)時，可保證面部光照度均勻。

而具體應(yīng)用在虹膜識別設(shè)備中時，則是通過脈沖交替照射左眼的位于鏡頭右側(cè)或右下方或右上方的右紅外虹膜補(bǔ)光燈、脈沖交替照射右眼的位于鏡頭左側(cè)或左下方或左上方的左紅外虹膜補(bǔ)光燈，以時間間隔t：0<t≤1.5s，其中最佳間隔為0.5～1.0s，為間隔時長，實(shí)現(xiàn)對兩只人眼的脈沖式交替照射，可確保眼鏡反光產(chǎn)生的光斑遠(yuǎn)離虹膜識別區(qū)域，有效避免眼鏡反光產(chǎn)生的光斑對虹膜識別信息的采集的不利影響，同時在在光斑半徑S≥62mm(人臉平均半徑)時，可保證面部光照度均勻，從而實(shí)現(xiàn)整個人臉的光照度均勻，提高了識別效率，改善了使用體驗(yàn)。

以上各實(shí)施例中，提及的紅外虹膜補(bǔ)光燈的波長范圍在700～900nm，由于，虹膜識別的可靠性與捕獲的圖像的對比度，取決于眼睛的顏色和光源的波長的對比度，而虹膜識別的典型波長約為760至850nm，可以適應(yīng)大多數(shù)不同顏色的眼鏡的識別，又因在波長為810nm時，可以使所有的眼睛顏色達(dá)到良好的效果，為此優(yōu)選810nm的紅外虹膜補(bǔ)光燈進(jìn)行虹膜識別的補(bǔ)光燈為最佳選擇。