CN105279490A - 一种人机交互式虹膜图像自动采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种人机交互式虹膜图像自动采集装置，包括：设置于外壳内的：人脸图像采集单元，采集人脸图像；测距单元，测量用户脸部至人脸图像采集单元的距离并生成距离信息；数据处理单元，根据人脸图像生成第一人机交互指令，根据距离信息生成第二人机交互指令或根据距离信息生成俯仰控制指令和照明控制指令，根据虹膜图像生成第三人机交互指令；虹膜图像采集单元，采集虹膜图像；照明单元，为虹膜图像采集区域照明；人机交互单元，不同的人机交互指令发出不同的位置提示；设置于外壳外且与外壳连接的：俯仰单元，带动外壳调整俯仰角度。本发明所述技术方案在采集过程中对用户实时有效地反馈采集到的眼睛区域信息，提升用户的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及生物特征识别技术领域。更具体地，涉及一种人机交互式虹膜图像自动采集装置。
背景技术
虹膜识别技术在生物识别领域具有准确性高、安全性好、识别速度快等显著优势。在虹膜识别系统中，虹膜图像的采集是整个系统的最前端环节，也是难度较大的一个重要环节。
目前的虹膜图像采集装置中，常用一个筒状的外壳确定用户的眼睛位置，使用者贴紧外壳时，内部的成像模块拍摄用户的虹膜。这种采集装置需要用户每次都与该装置主动接触，需要的很大程度的配合，而且众多用户同时使用一台装置时会带来卫生隐患。
而非接触的虹膜识别装置，常常使用一片冷光镜置于镜头前，当用户在冷光镜中可以看到自己的眼睛时，认为虹膜区域正对镜头。但是由于每个人的左右眼视力可能不同，视野大小可能不同，导致左右眼视野差距大的用户感觉已经对准了冷光镜时，实际位置却偏离镜头的情况。
因此，需要提供一种人机交互式虹膜图像自动采集装置。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种人机交互式虹膜图像自动采集装置，采用非接触的采集装置，并在采集过程中对用户实时有效地反馈采集到的眼睛区域信息，降低卫生隐患，减小用户的配合难度，提升用户的使用体验。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种人机交互式虹膜图像自动采集装置，该装置包括：设置于外壳内的人脸图像采集单元、测距单元、数据处理器单元、虹膜图像采集单元、照明单元、人机交互单元、和设置于外壳外且与外壳连接的俯仰单元；
人脸图像采集单元，采集人脸图像；
测距单元，测量用户脸部至人脸图像采集单元的距离并生成距离信息；
数据处理单元，根据人脸图像生成第一人机交互指令，根据距离信息生成第二人机交互指令或根据距离信息生成俯仰控制指令和照明控制指令；
虹膜图像采集单元，采集虹膜图像；
照明单元，根据照明控制指令为虹膜图像采集单元的图像采集区域照明；
数据处理单元还根据虹膜图像生成第三人机交互指令；
人机交互单元，根据第一人机交互指令发出对正人脸图像采集单元的位置提示，根据第二人机交互指令发出靠近或远离人脸图像采集单元的位置提示，根据第三人机交互指令发出左右移动的位置提示；
俯仰单元，根据俯仰控制指令带动外壳调整俯仰角度。
优选地，测距单元为超声波测距器或激光测距器。
优选地，虹膜图像采集单元包括：同轴设置的红外光滤光片、变焦镜头和红外光图像传感器。
优选地，照明单元包括：红外光源和光源驱动器，红外光源为多个发光二极管组成，光源驱动器根据照明控制指令提供相应的输出电流以使得红外光源发出适当强度的光线。
优选地，人机交互单元包括：液晶显示屏和语音模块，液晶显示屏根据不同的人机交互指令显示相应的文字或图像形式的位置提示，语音模块根据不同的人机交互指令发出相应的语音形式的位置提示。
优选地，数据处理器单元包括数据处理器和接口模块，接口模块为以下接口种类的一项或任意组合：USB接口，网线接口，串口。
优选地，俯仰单元包括：电机和俯仰机构，电机为步进电机，电机根据俯仰控制指令控制俯仰机构带动外壳调整俯仰角度。
本发明的有益效果如下：
1.采用可见光图像传感器和处理器模块定位人脸，从而控制电机带动俯仰模块调整俯仰角度以适应用户的身高，不需用户过多配合。
2.采用液晶显示屏给出提示语，或实时显示红外光图像传感器拍摄到的人眼图像以便让用户能够方便的得知自己眼睛所处的位置，实现画面上的人机交互，便于用户调整位置对准镜头。
3.采用测距模块和处理器模块判断用户和本装置的距离，然后通过语音模块对用户进行提示，实现声音上的人机交互，便于用户调整位置进入到可识别距离内。
4.采用变焦镜头和红外光图像传感器拍摄用户虹膜，与采用定焦镜头的装置相比具有更大的可识别范围。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出人机交互式虹膜图像自动采集装置的结构框图。
图2示出人机交互式虹膜图像自动采集装置的人机交互面板的示意图。
图3示出人机交互式虹膜图像自动采集装置的内部结构图。
图4示出人机交互式虹膜图像自动采集装置的工作流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的人机交互式虹膜图像自动采集装置，包括：设置于外壳1内的人脸图像采集单元2、测距单元3、数据处理器单元4、虹膜图像采集单元5、照明单元6、人机交互单元7、和设置于外壳1外且与外壳1连接的俯仰单元8；
人脸图像采集单元2，采集人脸图像；
测距单元3，测量用户脸部至人脸图像采集单元2的距离并生成距离信息；
数据处理单元4，根据人脸图像生成第一人机交互指令，根据距离信息生成第二人机交互指令或根据距离信息生成俯仰控制指令和照明控制指令；
虹膜图像采集单元5，采集虹膜图像；
照明单元6，根据照明控制指令为虹膜图像采集单元5的图像采集区域照明；
数据处理单元4还根据虹膜图像生成第三人机交互指令；
人机交互单元7，根据第一人机交互指令发出对正人脸图像采集单元2的位置提示，根据第二人机交互指令发出靠近或远离人脸图像采集单元2的位置提示，根据第三人机交互指令发出左右移动的位置提示；
俯仰单元8，根据俯仰控制指令带动外壳1调整俯仰角度。
其中，
人脸图像采集单元2包括：同轴设置的广角镜头9和可见光图像传感器10，广角镜头9的焦距在8-12mm范围内，可见光图像传感器10为CCD或CMOS图像传感器。可见光图像传感器10的启停受数据处理单元4的控制，并将采集到的人脸图像传送到数据处理单元4，数据处理单元4通过现有的人脸定位算法确定人脸位置，从而控制俯仰单元8带动外壳1及外壳1内的所有功能单元调整俯仰角度以适应用户的身高。
测距单元3为超声波测距模块或激光测距模块。测距单元3的启停受数据处理单元4的控制，并将距离信息传送到数据处理单元4，数据处理单元4通过距离信息可以判断用户与人脸图像采集单元2的距离。
虹膜图像采集单元5包括：同轴设置的红外光滤光片11、变焦镜头12和红外光图像传感器13，红外光滤光片11为只允许红外光通过的光学滤光片，变焦镜头12的变焦范围为22-50mm，红外光图像传感器13为CCD或CMOS图像传感器且其像素数至少为500万，红外光图像传感13受数据处理单元4的控制并将拍摄到的虹膜图像传送到数据处理单元4。
照明单元5包括：红外光源14和光源驱动器15，红外光源14为峰值波长850-940nm的多个发光二极管(LED)组成，光源驱动器15在数据处理单元4的控制下，根据照明控制指令提供相应的输出电流以使得红外光源14发出对于测量用户脸部至人脸图像采集单元2的距离而言适当强度的光线。
人机交互单元7包括：液晶显示屏16和语音模块17，液晶显示屏16为分辨率不小于640×480像素的两块屏幕左右对称组成。液晶显示屏16在数据处理单元4的控制下，即根据不同的人机交互指令显示相应的文字或图像形式的对用户的位置提示，包括实时显示红外光图像传感器拍摄到的人眼图像以便使用户能够得知自己眼睛所处的位置(即左右移动的位置提示，用户根据眼睛所处的位置进行左移或右移以对正红外光图像传感器13)。语音模块17在数据处理单元4的控制下，即根据不同的人机交互指令，发出相应的语音形式的位置提示(提示语)。
数据处理器单元4包括数据处理器，对各种图像(人脸图像、虹膜图像)、信息(距离信息)等数据进行处理、运算以分别生成各种指令(第一人机交互指令、第二人机交互指令、俯仰控制指令、照明控制指令)，数据处理器单元4还可选包括接口模块18，接口模块为以下接口种类的一项或任意组合：USB接口，网线接口，串口。接口模块18将数据处理器单元4内的数据传输到外接设备。
俯仰单元8包括：电机19和俯仰机构20，电机19为步进电机，在数据处理单元4的控制下，根据俯仰控制指令控制俯仰机构20带动外壳1及外壳1内的所有功能单元调整俯仰角度，俯仰机构20可带动外壳1及外壳1内的所有功能单元在与水平方向夹角-45°至45°之间运动，以适应不同身高的用户。
下面代入具体的应用环境对本实施例提供的人机交互式虹膜图像自动采集装置作进一步说明。
如图2所示，图2为人机交互面板的示意图，位于本实施例提供的人机交互式虹膜图像自动采集装置面对用户方向的一侧，红外光滤光片11、变焦镜头12和红外光图像传感器13位于人机交互面板的中心，且处于两块液晶显示屏16的两块屏幕中间。液晶显示屏16实时显示红外光图像传感器13拍摄的图像时可以将图像左右分开显示，从而使用户很容易判断眼睛是否处于正对红外光图像传感器13。红外光源14为40个峰值波长850nm的发光二极管(LED)组成，围绕液晶显示屏分布，当人眼正对红外光图像传感器13时可以对虹膜区域实现均匀的照明。测距单元3位于红外光滤光片11正下方，便于测量用户头部与人脸图像采集单元2的距离。广角镜头9和可见光图像传感器10位于测距单元3的正下方，可以拍摄到很大的视场角从而便于数据处理单元4确定人脸位置。语音模块17为两个喇叭，分别位于广角镜头9和可见光图像传感器10的左右。
如图3所示，红外光滤光片11、变焦镜头12和红外光图像传感器13的中心位于同一直线上，与人机交互面板垂直。广角镜头9和可见光图像传感器10的中心位于同一直线上，与人机交互面板垂直。数据处理单元4位于外壳1的内部中心。光源驱动器15位于红外光源14后方，且位于数据处理单元4上方。电机19位于外壳1的外面后端中间，与俯仰机构20电连接，俯仰机构20可以和外部空间物体(如墙壁)连接安装。
如图4所示，本装置的工作流程如下：开始采集时首先对本装置进行初始化，然后对用户给出对正人脸图像采集单元2的位置提示——语音提示1“请正对本仪器”，同时，液晶显示屏16显示和语音提示对应的文字提示语。下一步可见光图像传感器13开始采集图像，并将图像传送到数据处理单元4进行人脸定位分析，若找不到人脸则返回上一步继续给出对正人脸图像采集单元2的位置提示；若找到人脸则根据人脸位置控制电机19启动俯仰机构20带动外壳1及外壳内所有功能单元对准人脸。下一步测距单元3测量用户与人脸图像采集单元2的距离，将距离信息传送到数据处理单元4，数据处理单元4判断用户的距离是否在可识别距离20-50cm内，若不在可识别距离内，则对距离太近的用户给出位置提示——语音提示2“请远离一些”或对距离太远的用户给出位置提示——语音提示2“请靠近一些”，同时，液晶显示屏16显示和语音提示对应的文字提示语，并返回上一步测量用户与人脸图像采集单元2的距离；若在可识别距离内，则数据处理单元4根据该距离信息控制变焦镜头12调整到适合的焦距。下一步红外光图像传感器13开始采集图像传送到数据处理单元4，数据处理单元4控制液晶显示屏16上显示采集到的画面，并根据现有的定位眼睛的算法判断是否拍摄到眼睛。若没有找到眼睛，则对用户给出左移或右移的位置提示——语音提示3“请左右移动位置使眼睛出现在显示屏中心”，并返回上一步红外光图像传感器13继续采集图像；若找到眼睛则数据处理单元4在此图像中提取虹膜图像。下一步判断虹膜图像质量是否合格，若不合格则返回变焦镜头13变焦步骤，以提高图像质量；若合格则数据处理单元4控制接口模块18将虹膜图像传输给虹膜识别系统，同时还可通过语音模块17给出语音提示4“虹膜图像采集成功”。至此，工作流程结束。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，该装置包括：设置于外壳内的人脸图像采集单元、测距单元、数据处理器单元、虹膜图像采集单元、照明单元、人机交互单元、和设置于外壳外且与外壳连接的俯仰单元；
人脸图像采集单元，采集人脸图像；
测距单元，测量用户脸部至人脸图像采集单元的距离并生成距离信息；
数据处理单元，根据人脸图像生成第一人机交互指令，根据距离信息生成第二人机交互指令或根据距离信息生成俯仰控制指令和照明控制指令；
虹膜图像采集单元，采集虹膜图像；
照明单元，根据照明控制指令为虹膜图像采集单元的图像采集区域照明；
数据处理单元还根据虹膜图像生成第三人机交互指令；
人机交互单元，根据第一人机交互指令发出对正人脸图像采集单元的位置提示，根据第二人机交互指令发出靠近或远离人脸图像采集单元的位置提示，根据第三人机交互指令发出左右移动的位置提示；
俯仰单元，根据俯仰控制指令带动外壳调整俯仰角度。
2.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述测距单元为超声波测距器或激光测距器。
3.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述虹膜图像采集单元包括：同轴设置的红外光滤光片、变焦镜头和红外光图像传感器。
4.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述照明单元包括：红外光源和光源驱动器，所述红外光源为多个发光二极管组成，所述光源驱动器根据照明控制指令提供相应的输出电流以使得红外光源发出适当强度的光线。
5.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述人机交互单元包括：液晶显示屏和语音模块，所述液晶显示屏根据不同的人机交互指令显示相应的文字或图像形式的位置提示，所述语音模块根据不同的人机交互指令发出相应的语音形式的位置提示。
6.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述数据处理器单元包括数据处理器和接口模块，所述接口模块为以下接口种类的一项或任意组合：USB接口，网线接口，串口。
7.根据权利要求1所述的人机交互式虹膜图像自动采集装置，其特征在于，所述俯仰单元包括：电机和俯仰机构，所述电机为步进电机，所述电机根据俯仰控制指令控制俯仰机构带动外壳调整俯仰角度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160127 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |