本实用新型涉及虹膜图像识别设备，尤其涉及一种虹膜采集装置。
背景技术：
随着虹膜成像技术的发展，对虹膜的图像质量要求越来越高。虹膜的图像质量受环境光、采集距离等多种因素影响，目前接触式的望远镜式设备是较好的虹膜图像采集装置。但是，接触式设备会因为灯光放射问题，在图像上形成光影和光斑，若光影和光斑落在虹膜区域内，会遮挡虹膜纹理，对后续注册识别的准确率造成严重影响。
虹膜图像采集装置主要有以下几个问题：打光不均匀，采集时间慢，虹膜纹理不清楚、运动模糊、光影、光斑等。现有技术中的虹膜采集装置为了采集质量更高的虹膜图像，多采用接触式采集设备，接触式采集设备虽然受环境影响较小，但是存在瞳孔收缩不一致、光影、光斑等问题。
目前解决接触式设备光影、光斑的问题主要方式有两种：一种是设备内腔中间隔开，即左右眼隔开，会造成左右眼不能同时聚焦，造成用户体验很差。第二种是在眼罩中间加鼻托，通过鼻托来减少光影问题，但增加鼻托结构不能收敛光斑，另外鼻托过大，会增加与面部的接触，带来眼部不适，在视觉和触觉上会带来不适(像刚戴眼镜一样)，眼睛成像会出现黑边问题。
此外，目前虹膜成像需要红外补光，补光多是直射补光，直射光经过反射会出现杂光，反馈到虹膜上就是光斑和光影，需要通过各种方式进行消除。
技术实现要素：
鉴于此，本实用新型实施例提供了一种虹膜采集装置，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本实用新型的技术方案如下：
所述虹膜采集装置包括呈筒状结构的壳体和安装在壳体内的处理器、红外灯模块和摄像头模块；所述壳体具有用于与被采集者面部贴合的开口端；所述红外灯模块包括两组以壳体中线对称布置的红外灯组，各红外灯组与所述壳体中线倾斜布置；所述壳体的长度、开口端的宽度以及所述红外灯组的位置、倾斜角度被设计成使得所述红外灯组的光线朝向被采集者的外眼角部位。
优选地，每组的所述红外灯组设有多个呈环状分布的红外灯。
优选地，所述壳体的腔体内壁设有杂光处理模块，以吸收和漫反射部分杂光。
优选地，所述杂光处理模块为反光格栅和/或反光涂层。
优选地，所述壳体的下内壁设有反光格栅，所述壳体的内壁涂有消光漆。
优选地，所述开口端的中部向内凹进，两侧向外凸出，壳体的开口端下部的中间部位设有向内凹进的鼻托。
优选地，所述壳体包括前腔室、后腔室以及将所述前腔室和后腔室隔开的墙板，所述后腔室用于安装所述红外灯模块和摄像头模块；所述壳体在自所述后腔室至前腔室的方向上，其内腔逐渐扩大。
优选地，所述虹膜采集装置还包括安装在壳体内的白光灯模块。
优选地，所述壳体内还安装在墙板上的镜面，所述镜面用于透过所述红外灯模块发出的光线，也用于为被采集者提供镜面反馈。
优选地，所述墙板上具有与所述红外灯组位置对应的出光孔，所述出光孔用于限制所述红外灯组发出的部分光线。
本实用新型通过研究眼部形状和红外灯的特性后，将打光位置调整到外眼角位置；结合结构设计，最终达到消除光影、减小光斑面积，控制光斑位置、提升打光均匀度的效果，最终使虹膜图像得到提升。
本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
图1为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置的立体结构示意图。
图2为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置一视角的正投影示意图。
图3为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置俯视方向的结构示意图。
图4为图3的a-a剖面结构示意图。
图5为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置各模块排布位置的示意图。
图6为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置的镜面位置的示意图。
图7为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置的组成框图。
图8为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置的工作流程示意图。
图9为本实用新型一实施例中的虹膜采集装置的用户体验示意图。
图10为现有技术中红外灯组打光眼睛中心的示意图。
图11为打光眼睛中心时，鼻梁反光造成光影光斑的示意图。
图12为打光眼睛中心时，光斑1、2、3的分布位置和虹膜纹理示意图。
图13为图12中光斑1、2、3的分布位置的放大示意图。
图14为本实用新型的虹膜采集装置的红外灯组打光外眼角部位的示意图。
图15为红外灯组打光外眼角部位，光斑收敛的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
本实用新型提供了一种虹膜采集装置，从光源上进行控制，重新设计了光线传播路径上杂光的处理和打光位置，最终达到消除光影、收敛光斑、固定光斑位置和提升均匀度的效果，使虹膜图像质量达到最优。
如图1至图7所示，虹膜采集装置包括呈筒状结构的壳体1和安装在壳体内的处理器、红外灯模块3、摄像头模块4、白光灯模块5等。
其中，红外灯模块3在光线不足时提供光源补偿，使摄像头模块4成像清晰。本实用新型实施例的虹膜采集装置增设了白光灯模块5，以增强设备内部环境的亮度，使内部环境光达到人体舒适范围的效果。
在一些实施例中，如图3和图4所示，壳体1一端开口，一端封闭。壳体1具有用于与被采集者面部贴合的开口端2。红外灯模块3包括两组以壳体中线对称布置的红外灯组，分别为左红外灯组和右红外灯组，各红外灯组与壳体中线倾斜布置；所述壳体1的长度、开口端2的宽度以及所述红外灯组的位置、倾斜角度被设计成使得红外灯组3的光线朝向被采集者的外眼角部位。
在研究眼部形状和红外灯的特性后，本实用新型通过将打光位置调整到外眼角位置；结合结构设计，通过调整壳体开口端的位置、形状和大小，控制红外光线的覆盖面积和外置，使红外打光不直接照射到鼻梁处；达到消除光影、减小光斑面积，控制光斑位置、提升打光均匀度的效果，最终使虹膜图像质量得到提升。
在一些实施例中，为提高眼部的均匀度和适应性，每组的红外灯组设有多个呈环状分布的红外灯。其中，红外灯可设置在线路板上形成灯组。各个组的红外灯数量和排布方式不限于此，可根据实际需求设定。
在一些实施例中，壳体1的腔体内壁设有杂光处理模块，以吸收和漫反射部分杂光。进一步地，杂光处理模块为反光格栅和/或反光涂层。优选地，如图4所示，壳体1的下内壁具有反光格栅104或反光槽，反光槽的开口方向可朝向内部，壳体1的内壁具有发光涂层，涂层可为消光漆，以吸收和漫反射部分杂光。
在一些实施例中，壳体的开口端2的中部向内凹进，两侧向外凸出，开口端2下部的中间部位设有向内凹进的鼻托201。壳体的开口端2的形状是根据面部形状和摄像头视角大小确定的，满足摄像头视角的同时，与脸部轮廓紧密贴合，保证外界的环境光不能进入。此外，该鼻托201为开口端2的一体式结构，对光影的影响较小。
进一步优选地，开口端2的部位可以设置为由柔性材料制成的眼罩，以提供用户体验。
本实用新型中的虹膜采集装置从光源上控制，传播路径上杂光的处理和打光位置的设计计算，最终达到消除光影、收敛光斑、固定光斑位置和提升均匀度的效果，使图像质量达到最优。
在一些实施例中，壳体1包括前腔室102、后腔室101以及将前腔室和后腔室隔开的墙板103，后腔室101用于安装红外灯模块3、白光灯模块5和摄像头模块4。在该实施例中，前腔室102是指的开口端的腔体，前腔室102用于提供空间以生成照明环境，后腔室101用于安装电子部件，墙板103用于隔离和安装多个透光件。
在一些实施例中，壳体1在自后腔室101至前腔室102的方向上，其内腔尺寸逐渐扩大，以适应摄像头模块4的视角延伸方向，减小整个壳体的体积。
在一些实施例中，如图6所示，壳体1内还安装有位于白光灯模块5和壳体的开口端2之间的镜面7，镜面7用于透过红外灯模块3发出的光线，也用于为被采集者提供镜面反馈。进一步地，镜面7为半透半反的镜面，镜面反馈提高用户体验，避免因为多光源造成的注意力分散、眨眼和眼珠乱转等问题，使得用户的注意力被引导，眼睛舒适，无需较大调整，瞳孔收缩有效控制，且体验较好。进一步地，镜面7可安装在墙板103上。
在一些实施例中，该虹膜采集设备也可不设置上述的镜面，其采集的虹膜图像也可符合要求，但用户体验会稍微降低。
在一些实施例中，白光灯处理模块为滤光片或柔光片，滤光片或柔光片可安装在墙板103上。滤光片主要是用于降低色温、增加均匀度等。白光灯模块首先通过滤光片进行处理，柔和后的光线照亮内腔，在采集时，给被采集者舒服的环境，使不同人群的瞳孔收缩率在合适的范围内，以满足虹膜采集和识别标准。
在一些实施例中，壳体的后腔室101内用于安装红外灯模块3、摄像头模块4和白光灯模块5等。其中，摄像头模块4包括两个以壳体中线对称布置的摄像头；白光灯模块5包括两组以壳体中线对称布置的白光灯组，每组内的白光灯设有多个且呈线状分布。如图5所示，其中，红外灯模块3位于对应壳体的中部位置，白光灯模块5位于对应所述壳体的两侧位置，摄像头模块4位于红外灯模块3和白光灯模块5之间的位置。但红外灯模块3、摄像头模块4和白光灯模块5的数量和排布方式不限于此，可根据实际需求设定。
在一些实施例中，虹膜采集装置还包括安装在墙板103上的红外灯处理模块，所述红外灯处理模块与红外灯模块3的位置对应。红外灯处理模块可为滤光片或柔光片。
在一些实施例中，如图4-图7所示，墙板103可与壳体内腔的截面大小相同，以保持密封。墙板103上具有对应红外灯模块3、摄像头模块4和白光灯模块5位置的槽孔，以安装透光件，例如滤光片、柔光片、透明玻璃6和镜面7等。如墙板103的两侧设有矩形孔51，用于安装白光灯处理模块的滤光片；墙板103的中部设有出光孔31，可用于安装红外灯处理模块的滤光片。
优选地，出光孔31与红外灯组的位置对应，也用于限制红外灯组发出的部分光线，部分光线不能穿过，主要光源可以穿过，使得外眼角打光部位的光线较为聚集，减小光影现象。
进一步地，墙板103上还可以安装一个透明玻璃6，该透明玻璃6可为矩形，大致覆盖红外灯模块3、摄像头模块4和白光灯模块5的区域；墙板103上的镜面7可覆盖红外灯模块3和摄像头模块4的区域。
在一些实施例中，如图1和图4所示，壳体1可由上壳体110和下壳体120对接而成，其中，上壳体110或下壳体120与墙板103一体成型。如图4实施例中，墙板103与上壳体110一体成型。下壳体120的开口端中间部位具有向内凹陷的鼻托201。如图3所示，所述开口端2的中部向内凹进，两侧向外凸出。从俯视方向看，壳体1从后端向前端的方向，截面逐渐扩大。
以下结合本实用新型实施例的虹膜采集设备的工作流程、用户体验流程详细介绍该虹膜采集设备。
图8为本实用新型实施例的虹膜采集设备的工作流程示意图，包括如下步骤：
第一步：红外灯组和白光灯组点亮；
第二步：墙板的透光孔限制部分光源，主光源射出；
第三步：半透半反镜面只允许红外光源通过；
第四步：结构内壁反光格栅反射杂光；
第五步：结构内壁吸收和漫反射部分杂光；
第六步：主光源照射到眼部，且在眼部均匀分布；
第七步：开始采集，脸部与装置结合，环境光被遮挡；
第八步：图像采集或识别。
该虹膜采集设备在采集过程中采用了半透半反的镜片辅助调节，使得被采集者自然睁开并居中，舒适的同时达到自动调整位置的效果。
图9为用户(被采集者)的体验流程，步骤如下：
第一步：装置抬起，唤醒白光灯；
第二步，装置与脸部贴合；
第二步，眼睛自然注视镜面，相当于照镜子；
第三步，开始采集红外灯开启；
第四步，采集成功，红外灯关闭；
第五步，装置放下，变光灯关闭，流程结束。
该实施例的虹膜采集装置简化用户的操作过程，也具有聚焦的注视对象，提高了用户体验。
以下结合图10-图15以及光影、光斑形成原理详细介绍本实用新型中的虹膜采集设备。
图10为现有技术中红外灯组打光眼睛中心的示意图。图11为打光眼睛中心时，鼻梁反光造成光影光斑的示意图，图12为打光眼睛中心时，光斑1、2、3的分布位置和虹膜纹理示意图。图13为图12中光斑1、2、3的分布位置的放大示意图。
图14为本实用新型的虹膜采集装置的红外灯组打光外眼角部位的示意图。图15为红外灯组打光外眼角部位，光斑收敛的示意图。
本实用新型实施例的红外灯组的光源呈环状分布，打光是从中间方向打出来的，人的眼睛是球面的。
如图10-13所示，打光为眼睛中间时，外眼角部分的亮度会低于内眼角的亮度。打光中心为眼睛中心时，会覆盖到鼻梁位置，鼻梁会将红外光线反射，反射后的光线如果进入到眼睛中就会形成光影和光斑1、2和3。光影和光斑1、2和3会遮挡虹膜纹理，对图像质量形成严重的影响。
光斑形成原因主要包括三点：(1)光斑的形成是由红外灯造成的，因为必须由红外灯组补光，因此红外灯组形成的光斑不能完全消除；(2)为了提高眼部的均匀度和适用性会使用多颗红外灯，组成红外灯组，主灯形成主光斑1，辅灯形成光斑2；(3)左右两个红外灯组之间也会有影响，即左灯板的光线照射到右眼睛上，形成图中的光斑3。
光斑的影响主要包括两点：(1)光斑的有无是必然的，但是光斑过大会占据整个瞳孔，导致不满足图像质量；光斑过于分散，不同瞳距的人使用时，会造成光斑照进虹膜纹理中去，如图12右眼的光斑3；(2)光斑如果出现在虹膜纹理中，会对后续的特征提取或者比对带来问题。
如图14、15所示，打光外眼角时内外眼角亮度基本相同，且不会覆盖到鼻梁。打光中心为眼角，使鼻梁处没有光照，光影消失；打光中心为外眼角，解决了鼻梁光照问题和均匀性问题。
结合墙板的出光孔的位置和大小设计、壳体长度和开口端宽度设计、红外灯组的组合方式和数量设计，使得红外灯组的补光区域、打光位置得到控制。再结合壳体内壁的杂光处理模块，使得照射在内壁的光线反射到不同的方向，使反射到眼睛的光减少；内壁涂层能吸收部分光线，防止出现镜面反射。
通过虹膜采集装置各种设计的共同作用，会将光斑收敛，收敛后的光斑位置固定，始终出现在用户的瞳孔中间位置，可采集到高质量的虹膜图像，有利于后续的特征提取或者比对。
本实用新型通过研究眼部形状和红外灯的特性后，将打光位置调整到外眼角位置；结合结构设计，通过调整墙板出光孔的位置、形状和大小，控制红外光线的覆盖面积和外置，使红外打光不直接照射到鼻梁处；外壳内壁采用反光格栅设计和涂层设计，将杂光进行反射和吸收。以上组合起来最终达到消除光影、减小光斑面积，控制光斑位置、提升打光均匀度的效果，最终使虹膜图像得到提升。
本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种虹膜采集装置，其特征在于，所述虹膜采集装置包括呈筒状结构的壳体和安装在壳体内的处理器、红外灯模块和摄像头模块；
所述壳体具有用于与被采集者面部贴合的开口端；
所述红外灯模块包括两组以壳体中线对称布置的红外灯组，各红外灯组与所述壳体中线倾斜布置；
所述壳体的长度、开口端的宽度以及所述红外灯组的位置、倾斜角度被设计成使得所述红外灯组的光线朝向被采集者的外眼角部位。
2.根据权利要求1所述的虹膜采集装置，其特征在于，每组的所述红外灯组设有多个呈环状分布的红外灯。
3.根据权利要求1所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述壳体的腔体内壁设有杂光处理模块，以吸收和漫反射部分杂光。
4.根据权利要求3所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述杂光处理模块为反光格栅和/或反光涂层。
5.根据权利要求3所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述壳体的下内壁设有反光格栅，所述壳体的内壁涂有消光漆。
6.根据权利要求1或3所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述开口端的中部向内凹进，两侧向外凸出，壳体的开口端下部的中间部位设有向内凹进的鼻托。
7.根据权利要求1或3所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述壳体包括前腔室、后腔室以及将所述前腔室和后腔室隔开的墙板，所述后腔室用于安装所述红外灯模块和摄像头模块；所述壳体在自所述后腔室至前腔室的方向上，其内腔逐渐扩大。
8.根据权利要求7所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述虹膜采集装置还包括安装在壳体内的白光灯模块。
9.根据权利要求7所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述壳体内还安装在墙板上的镜面，所述镜面用于透过所述红外灯模块发出的光线，也用于为被采集者提供镜面反馈。
10.根据权利要求7所述的虹膜采集装置，其特征在于，所述墙板上具有与所述红外灯组位置对应的出光孔，所述出光孔用于限制所述红外灯组发出的部分光线。
技术总结