一種基于單傳感器及光學(xué)濾波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光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，包括外殼，照明器，物鏡，準(zhǔn)直鏡，類棋盤濾波片，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，濾波空腔，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(zhǔn)直鏡，濾波空腔內(nèi)部設(shè)置有棋盤濾波片，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，改變選用的光源組合，可以擴(kuò)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學(xué)濾波的圖像捕捉裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種虹膜圖像捕捉裝置，特別涉及一種基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置。
【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(zhǔn)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(yàn)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??；特征匹配。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?yàn)檫@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(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(yán)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(xì)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(jìn)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)問題是提供一種利用棋盤結(jié)構(gòu)的濾波片將兩種光源的光譜分離并傳送給傳感器的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置。
[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學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，包括外殼，照明器，物鏡，準(zhǔn)直鏡，類棋盤濾波片，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，濾波空腔，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(zhǔn)直鏡，濾波空腔內(nèi)部設(shè)置有棋盤濾波片，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(diǎn)、準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)、棋盤濾波片的中心、聚焦透鏡的焦點(diǎn)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(zhǔn)直鏡變平行后、穿過通光孔經(jīng)過棋盤濾波片濾波、聚焦透鏡聚焦后進(jìn)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。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有精確、快速、魯棒性好且成本低的特點(diǎn)，使用簡單，對使用者沒有約束，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(kuò)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，算法簡單，處理速度快，滿足自動虹膜識別系統(tǒng)的要求，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(jìn)。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述棋盤濾波片為棋盤狀結(jié)構(gòu)的濾波片，棋盤狀結(jié)構(gòu)的每個格子為間隔設(shè)置的高通濾波片或者低通濾波片。
[0012]進(jìn)一步，所述高通濾波片的濾波范圍為700nm?900nm。
[0013]進(jìn)一步，所述低通濾波片的濾波范圍為400nm?700nm。
[0014]進(jìn)一步，所述照明器為可見光源和近紅外光源組成的混合光源。
[0015]進(jìn)一步，所述近紅外光源或者為中等紅外線，遠(yuǎn)紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線。
[0016]進(jìn)一步，所述圖像傳感器為CXD圖像傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明棋盤濾波片結(jié)構(gòu)圖。
[0019]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0020]1、外殼，2、照明器，3、物鏡，4、準(zhǔn)直鏡，5、類棋盤濾波片，6、聚焦透鏡，7、圖像傳感器，8、連接器，9、圖像處理器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0022]如圖1所示，為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明棋盤濾波片結(jié)構(gòu)圖。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:包括外殼1，照明器2，物鏡3，準(zhǔn)直鏡4，類棋盤濾波片5，聚焦透鏡6，圖像傳感器7，連接器8及圖像處理器9 ；
[0025]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，濾波空腔，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；
[0026]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(zhǔn)直鏡4，濾波空腔內(nèi)部設(shè)置有棋盤濾波片5，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(diǎn)、準(zhǔn)直鏡4的焦點(diǎn)、棋盤濾波片5的中心、聚焦透鏡6的焦點(diǎn)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(zhǔn)直鏡4變平行后、穿過通光孔經(jīng)過棋盤濾波片5濾波、聚焦透鏡6聚焦后進(jìn)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。
[0027]所述棋盤濾波片5為棋盤狀結(jié)構(gòu)的濾波片，棋盤狀結(jié)構(gòu)的每個格子為間隔設(shè)置的高通濾波片或者低通濾波片。
[0028]所述高通濾波片的濾波范圍為700nm?900nm。所述低通濾波片的濾波范圍為400nm?700nm。所述照明器2為可見光源和近紅外光源組成的混合光源。
[0029]所述近紅外光源或者為中等紅外線，遠(yuǎn)紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線。所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器。
[0030]連接器8為管狀空心結(jié)構(gòu)，圖像傳感器的輸出端的導(dǎo)線穿過連接器8與圖像處理器9的輸入端連接。
[0031]本發(fā)明只需要一個圖像傳感器和特殊設(shè)計的光學(xué)濾波片。但是圖像傳感器9要有很好的像素均勻性，它需要鄰近像素或一組相鄰像素有相同的光學(xué)靈敏度，所以需要使用電荷耦合器件(CCD)而不是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器。
[0032]照明器2發(fā)出的光波為近紅外光與可見光的混合光，虹膜被照明器2照亮，然后被物鏡3捕捉，光線被準(zhǔn)直鏡4對準(zhǔn)后變平行。該平行光束接著通過特別設(shè)計的濾波片5，光束變成由近紅外光束和可將光束相間排列的特殊光束，該特殊光束被聚焦透鏡6聚焦到圖像傳感器7表面，圖像傳感器7捕捉圖像；連接器8將圖像傳給圖像處理器9，圖像處理器9將圖像分組重構(gòu)得到兩幅圖像，再對兩幅圖像進(jìn)行直方圖匹配，圖像做差，差值二值化，區(qū)域分割等處理。
[0033]棋盤濾波片5為類似棋盤的形狀。每一個網(wǎng)格的濾波特性都不一樣。比如，內(nèi)部為圓形圖案的網(wǎng)格是低通濾波片，而內(nèi)部為方格的網(wǎng)格是高通濾波片。這種交替排列的結(jié)構(gòu)保證了圖像的重構(gòu)，想見排列的濾波片尺寸很小，所以就圖像內(nèi)容而言，幾乎是一模一樣的。所有通過黑色網(wǎng)格的光線用于構(gòu)建可見光下的圖像，而經(jīng)過淺色網(wǎng)格的光線用于構(gòu)建近紅外光下的圖像。
[0034]該方法對移動狀態(tài)下的虹膜(IOM)以及遠(yuǎn)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(yán)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(zhǔn)確得到虹膜信息是非常重要的。該方法對這樣的設(shè)備同樣有很大的優(yōu)勢。
[0035]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:
[0036]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；[0037]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；
[0038]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(diǎn)的像素差值，得到差值圖像；
[0039]步驟4:將差值圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像；
[0040]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。
[0041 ] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:包括外殼(1)，照明器(2)，物鏡(3)，準(zhǔn)直鏡(4)，類棋盤濾波片(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，濾波空腔，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(zhǔn)直鏡(4)，濾波空腔內(nèi)部設(shè)置有棋盤濾波片(5)，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(diǎn)、準(zhǔn)直鏡(4)的焦點(diǎn)、棋盤濾波片(5)的中心、聚焦透鏡(6)的焦點(diǎn)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(zhǔn)直鏡(4 )變平行后、穿過通光孔經(jīng)過棋盤濾波片(5 )濾波、聚焦透鏡(6 )聚焦后進(jìn)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)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述棋盤濾波片(5)為棋盤狀結(jié)構(gòu)的濾波片，棋盤狀結(jié)構(gòu)的每個格子為間隔設(shè)置的高通濾波片或者低通濾波片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述高通濾波片的濾波范圍為700nm?900nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述低通濾波片的濾波范圍為400nm?700nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述照明器(2)為可見光源和近紅外光源組成的混合光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述近紅外光源或者為中等紅外線，遠(yuǎn)紅外線、紫外線、X射線、伽馬射線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于單傳感器及光學(xué)濾波的圖像捕捉裝置，其特征在于:所述圖像傳感器為CCD圖像傳感器。
【文檔編號】G06K9/00GK103605955SQ201310533639
【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