虹膜成像装置和用于配置虹膜成像装置的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及设置于移动设备内的成像装置，成像装置能够获得主体眼睛的一个或 多个特征的图像以用于生物特征认证。本发明具体可操作为获得用于虹膜识别的主体虹膜 的图像。
【背景技术】
[0002] 已知基于脸部特征(包括眼睛的特征）的用于生物特征认证的方法。用于虹膜识别 的方法实现模式识别技术，以将获取的主体虹膜的图像与先前获取的主体虹膜的图像对 比，且凭此确定或核实主体的身份。使用数学/统计算法，与获取的虹膜图像相对应的数字 模板基于图像来编码。此后，将数字模板与先前编码数字模板的数据库(与先前获取虹膜图 像相对应)对比，用于定位匹配且凭此确定或核实主体的身份。
[0003] 用于虹膜识别的装置可包括用于捕捉主体虹膜(多个虹膜）的图像的成像装置，和 用于将所捕捉图像与先前存储虹膜图像信息对比的图像处理装置。成像装置和图像处理装 置可包括单独的设备，或可结合于单个设备内。
[0004] 虽然虹膜识别装置先前已经作为专用或独立设备而可用，越来越期望将虹膜识别 能力合并入具有内置摄像机的移动通信设备或移动计算设备(总体指代为"移动设备"）。
[0005] 但是，已经发现，移动设备内的成像装置或摄像机旨在作为能够捕捉位于距移动 设备大范围距离内的物的图像的一般用途摄像机而操作。出于生物特征识别的目的用于获 取虹膜图像的考虑与适用于非虹膜图像的图像获取的考虑显著不同，已发现置于移动设备 内的摄像机不足以用于虹膜成像以进行生物特征识别的目的。
[0006] 藉此，存在对置于移动设备内的成像装置或摄像机的配置的需要，该配置优化此 类成像装置或摄像机以用于虹膜图像获取。
【发明内容】
[0007] 本发明包括用于获取用于虹膜图像识别的主体虹膜的图像的虹膜成像装置。该装 置包括图像传感器，该图像传感器包括成像表面和插入在物表面和图像传感器之间的光学 组件，光学组件用于使物表面在成像表面上成像，光学组件包括图像侧表面和物侧表面。光 学成像透镜组件的元件可配置为满足以下关系式：
[0008] . Dl<6mm；
[0009] · PXres 2 10像素每mm;
[0010] · PXsizeS 1·75μπι;并且
[0011] * D2< 500mm；
[0012] 其中（i )D1为光学组件的物侧表面(object-side surface)和成像表面之间的距 离（ii )D2为光学组件的物侧表面和物平面(object plane)(主体的虹膜可位于物平面处以 用于虹膜图像识别）之间的最大距离（m)pxRES为当光学组件的物侧表面和物平面之间的距 离小于或等于D2时在成像物表面成像时通过图像传感器实现的物平面中的像素分辨率，和 (iv )PXSIZE为图像传感器的像素尺寸。
[0013] 虹膜成像装置可配置为使得Dl ^ 5mm且D2 < 482mm。在实施方式中，200mm ^ D2 < 500mm。光学组件的焦距(f)可选取为使得5.5_。虹膜成像装置可配置为使得成像装置 的调制传递函数(MTF)大于或等于0.6线对每mm。在实施方式中，成像在物平面上的虹膜的 图像尺寸大于或等于640 X 480像素。
[0014]在该发明的【具体实施方式】中，虹膜成像装置可配置为使得：
[0015] · Dl < 5.5mm；
[0016] · 200mm 500mm;
[0017] · PXsize < I. Iym；
[0018] · MTF 2 0 · 6线对每mm;和
[0019] ?成像在物平面上的虹膜的图像尺寸大于或等于640X480像素。
[0020] 在该发明的另一【具体实施方式】中，虹膜成像装置可配置为使得：
[0021 ] · Dl< 5.6mm；
[0022] · 200mm 400mm;
[0023] · PXsize < I · 4ym;
[0024] · MTF 2 0.6线对每mm;和
[0025] ?成像在物平面上的虹膜的图像尺寸大于或等于640X480像素。
[0026] 虹膜成像装置的光学组件可为定焦光学组件。图像传感器和光学组件的至少图像 侧光学表面可容纳于移动设备外壳内。优选地，图像传感器和光学组件可容纳于移动设备 外壳内。
[0027] 在实施方式中，Dl可小于或等于移动设备外壳的厚度。在更加具体的实施方式中， 移动设备外壳的厚度小于或等于11mm。
[0028] 通过实现一个或多个紧接上文所讨论的配置，该发明此外包括用于配置虹膜成像 装置的方法，虹膜成像装置用于获取用于虹膜图像识别的主体的虹膜的图像。
【附图说明】
[0029] 图1为被配置用于基于虹膜图像的识别的移动设备的功能性框图。
[0030] 图2示出虹膜成像装置的基面。
[0031] 图3示出本发明的虹膜成像装置的实施方式的配置参数。
【具体实施方式】
[0032] 图1是被配置用于基于虹膜图像的识别的移动设备100的功能性框图，其包括成像 装置102和图像处理装置104。成像装置102获取主体虹膜的图像，且传输图像至图像处理装 置104。由成像装置102捕捉的图像可为静止图像或视频图像。图像处理装置104此后解析所 获取的图像帧（多个帧），且将相对应的数字特征组与基于先前获取的虹膜图像编码和存储 的数字模板比较，以认证主体或核实主体的身份。
[0033] 虽然未在图1中示出，移动设备100可包括其他部件，包括用于从视频图像中提取 静止帧、用于处理和数字化图像数据、用于记录虹膜图像(捕捉和存储主体的虹膜信息和将 所存储信息与那个主体联系的过程)和比较(将从主体获取的信息与在记录期间先前获取 的信息比较，用于主体身份的认证和核实的过程），以及用于实现移动设备的部件之间的通 信的部件。成像装置、图像处理装置和移动设备的其他部件可分别包括单独的设备，或可结 合于单个移动设备内。
[0034]在将其虹膜识别装置在移动设备中实现时，发现成像装置要求符合下列五个系统 约束的一个或多个：
[0035]约束1-物平面中的最小像素分辨率:对于虹膜图像捕捉，在物平面PXRf3s中的最小 像素分辨率需要满足条件：
[0036] PXRes 2 10像素每mm
[0037] 约束2-调制传递函数(MTF):调制传递函数(MTF)逼近红外成像系统的最佳焦点的 位置，且对于虹膜成像：
[0038] MTF2 60% 线对每 mm
[0039] 约束3-图像尺寸:用于虹膜图像捕捉的标准图像尺寸ImagesizE需要满足条件:
[0040] ImagesiZE 2 640 X 480像素
[0041] 约束4-像素尺寸:基于对现有商业可用图像传感器的技术状态，具体而言在移动 设备摄像机中使用的那些图像传感器，最小像素尺寸PX size为：
[0042] PXsize < 1.75μπι( BP1.75 X 10_3mm)
[0043] 约束5-系统厚度:术语"系统厚度"是指图像平面(其与图像传感器的成像表面一 致)和摄像机透镜组件的物侧光学表面之间的距离。由于成像装置被要求完全适合或至少 大体上在具有窄深度剖面的移动设备内，系统厚度T为：
[0044] T < fimm(优选地T < 5mm)
[0045] 虽然成像装置可配置为符合以下五个系统约束的一个或多个，在优选实施方式 中，它可配置为符合至少约束1和5,且在另一优选实施方式中，它可配置为符合约束1至5的 所有。
[0046] 出于解释用于根据本发明的成像装置的配置的目的，图2示出虹膜成像装置的各 种基面(cardinal plane)。图2的图示包括插置在物平面OP和图像平面IP之间的光学组件 201，从而对于位于物平面OP处的物204，焦距内图像（in-focus image)205形成在图像平面 IP上。
[0047] 光学组件201可被配置和定位成使得图像平面IP与成像装置内的图像传感器的成 像表面一致。在示出实施方式中，光学组件201包括物侧表面202和图像侧表面203。光学组 件201的基面包括物侧焦平面206、物侧主平面207和图像侧焦平面208和图像侧主平面209。 [0048] 出于这个发明的目的，根据近轴近似(paraxial approximation)，理解术语"焦平 面"指代平行于透镜组件的光轴的入射线会聚的点所在的面。术语"主平面"指代平行于透 镜组件的光轴的每条入射线与相对应的射出透镜组件的光线相交所在的面。
[0049] 会理解，光学组件201可包括一体形成的光学元件，或可包括多个独立的光学元 件。
[0050] 在图2所示出的虹膜成像装置中：
[0051] .h =物尺寸
[0052] .h'=图像尺寸
[0053] · S =物侧主平面207和物平面OP之间的距离
[0054] · S'=图像侧主平面209和图像平面IP之间的距离
[0055] · f = f'=焦距(其为物侧主平面207和物侧焦平面206之间的距离，也为图像侧主 平面209和图像侧焦平面208之间的距离）
[0056] · T =系统厚度（即，图像平面IP和光学透镜组件201的物侧表面202之间的距离）
[0057]根据图2的虹膜成像系统，系统放大率M的绝对值可如下计算：
[0059] 其相应地遵循：
[0061] 对于物平面中的具体像素分辨率PXRES(见约束1)和像素尺寸PXSIZE(见约束4)，系 统的放大率M的绝对值因此要求大于或等于Mmin(即，M 2 Mmin)，其中：
[0062] Mmin = PXresxPXsize
[0063] 通过实例的方法，对于具有1.75μπι像素尺寸的成像系统，且物平面中的最小像素 分辨率为10像素/mm，放大率的最小绝对值Mmin将为0.00175 X 10,即Mmin = O.0175,且出于虹 膜识别目的的实际放大率要求大于或等于編顶这个值。
[0064] 对于要求的放大率的绝对值M，前主平面和物平面之间的最大可允许距离Smax可通 过以下达到：
[0066] 藉此，为实现具有大于或等于放大率最小绝对值Mmin的绝对值的放大率，前主平面 和物平面之间的距离S要求如下：
[0067] S < Smax
[0068]举出其中透镜组件的焦距f为5mm的成像系统的实例，
[0069] Smax = 5mmx( 1+1/0 · 0175) =291mm
[0070] 且前主平面和物平面之间的实际距离S将需要小于或等于Smax的这个值。
[0071] 结果，前主平面和物平面之间的距离S大于Smax，通过成像装置获取的图像会无法 满足所要求的像素分辨率10像素/mm。
[0072] 藉此，为了实现上文所描述的所有约束1至5