高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，包括近紅外LED照明光源（1L，1R）、固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡（5）、前焦近紅外光學濾光器（4）、和/或后焦近紅外光學濾光器（6）、圖像成像傳感器（7）等；由LED電流驅動器（1L’，1R’）驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；近紅外LED照明光源（1L，1R）產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等于圖像成像傳感器（7）幀像素全局觸發曝光的周期時序；近紅外LED照明光源（1L，1R）采用與圖像成像傳感器（7）分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜；本發明能實現成像高質量虹膜圖像。
【專利說明】高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于成像虹膜圖像的光電系統，屬光電領域。
【背景技術】
[0002]高用戶使用體驗度即用戶使用時按照自然的移動速度，戴眼鏡，無限制嚴格使用工作范圍，使用速度快。
[0003]高用戶使用體驗度是虹膜識別系統被現實廣泛采用的最大障礙，本發明聚焦在虹膜圖像成像系統設計。
[0004]目前，現實應用中的虹膜識別系統，用戶使用體驗度的還存在很大挑戰，如虹膜識別電子護照通關最典型應用場景，面臨以下幾個用戶使用體驗度問題:
[0005]1、能夠在用戶以自主每秒I米(m/s)的移動速度中識別，用戶可能在步行中識別；
[0006]2、用戶識別時使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux ；
[0007]3、解決大比例用戶佩戴的眼鏡反光影響識別，包括近視凹鏡，遠視凸鏡，隱形眼鏡，偏光鏡等；
[0008]4、提高識別時3D (XYZ軸)的工作范圍，包括更遠的識別距離和更寬的距離(Z軸)范圍，能夠在I米-2米(Z軸)范圍，更進一步5米到10米(Z軸)范圍識別，水平X軸識別范圍至少50cm，垂直Y軸識別范圍至少30cm ；
[0009]5、識別系統具備高可靠高穩定性，無傳統的機械傳動機構，如跟蹤用戶位置的云臺電機，聚焦電機等；
[0010]6、獲取売度均衡的聞質量圖像。
[0011 ] 解決以上問題是目前技術面臨的最大挑戰。
【發明內容】
[0012]本發明要解決的技術問題是提供一種高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其能實現成像高質量虹膜圖像。
[0013]為了解決上述技術問題，本發明提供一種高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，包括近紅外LED照明光源(1L，IR)—左側近紅外LED照明光源IL和右側近紅外LED照明光源IR，固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡，前焦近紅外光學濾光器，和/或后焦近紅外光學濾光器，圖像成像傳感器；
[0014]近紅外LED照明光源(1L，IR)—左側近紅外LED照明光源IL和右側近紅外LED照明光源IR被配置為:
[0015]位于成像光軸的左右兩側；
[0016]由LED電流驅動器(1L’，IR’)一左側LED電流驅動器1L’和右側LED電流驅動器IR’驅動輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0017]左側LED電流驅動器1L’連接左側近紅外LED照明光源IL用于驅動左側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0018]右側LED電流驅動器IR’連接右側近紅外LED照明光源IR用于驅動右側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光；
[0019]近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器被組合配置為:
[0020]I).近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等于圖像成像傳感器(7)幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序；
[0021]2).近紅外LED照明光源(1L，IR)采用與圖像成像傳感器分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜；
[0022]近紅外LED照明光源(1L，IR)與固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡被組合配置為:
[0023]近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射或發散角度FWHM大于等于固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡的成像視場角FOV ；
[0024]保證成像視場亮度均衡性P =Iedge/Icenter*100% ≥ 50%,
[0025]ledge為成像視場邊緣亮度，Icenter為成像視場中心亮度；
[0026]近紅外LED照明光源(1L，IR)與近紅外光學濾光器被組合配置為:
[0027]近紅外光學濾光器的半峰值透射波長FWHM大于等于近紅外LED照明光源的半峰值輻射波長FWHM ；
[0028]所述近紅外光學濾光器包括前焦近紅外光學濾光器4，和/或后焦近紅外光學濾光器6 ；
[0029]固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡5被配置為:液體透鏡、EDOF相位波前編碼透鏡、WLA晶圓級透鏡陣列中的任意一種。
[0030]備注說明:前焦近紅外光學濾光器4和后焦近紅外光學濾光器6，在本發明中可擇一使用，也可2者均使用。
[0031]在本發明中，實現了分時形成，左側近紅外LED照明光源與左側虹膜直接照明成像以及與右側虹膜交叉照明成像，右側近紅外LED照明光源與左側虹膜交叉照明成像以及與右側虹膜直接照明成像，然后按次序進行循環切換直至獲取高質量虹膜圖像。
[0032]作為的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的改進:
[0033]用于直接照明成像的LED照明光源的發射角度Φ d應該滿足:5.7-11.25度；
[0034]用于交叉照明成像的LED照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度；
[0035]發射角度Φ(1，Φ c定義為近紅外LED照明光源中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸的角度。
[0036]如圖3所示，表示用于直接照明成像的照明光源的發射角度Φ(1，表示用于交叉照明成像的照明光源的發射角度Φ C，發射角度Φ是Φ(1和Φ c的統稱。發射角度Φ就是指近紅外LED照明光源中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸的角度。
[0037]作為本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的進一步改進:
[0038]所述的分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜包括以下步驟:
[0039](I)關閉右側近紅外LED照明光源IR，開啟左側近紅外LED照明光源IL ；
[0040](2)圖像成像傳感器同時成像輸出左側虹膜直接照明成像圖像Ia和右側虹膜交叉照明成像圖像Ib;[0041](3)關閉左側近紅外LED照明光源1L，開啟右側近紅外LED照明光源IR ；
[0042](4)圖像成像傳感器(7)同時成像輸出右側虹膜直接照明成像圖像Id和左側虹膜交叉照明成像圖像Ic;
[0043](5)判斷左右虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L、IR)，不滿足質量要求則返回(I)按流程次序直至滿足質量要求。
[0044]滿足質量要求就是指滿足在佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上不出現鏡面反射，不嚴重影響虹膜圖像質量被用于識別。所說的判斷規則本專業領域一般通過檢測圖像中虹膜區域的鏡面反射點，即滿量程(最大值)的像素值的數量占比來統計。
[0045]作為本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的進一步改進:
[0046]近紅外LED照明光源(1L、IR)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足:
[0047]I=E*WD2/cos2 Φ E<10mff/cm2WD表示成像系統的工作物距；
[0048]E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度，E要求小于眼睛LED照明福射安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safety of lamps and lampsystems)上限，本標準限制了 LED照明輻射可能對視網膜，水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應；
[0049]所述的近紅外LED照明光源(1L、IR)產生的輻射的短時間周期T (ms,毫秒)應該滿足:
[0050]T ≤ 3.33ms。
[0051]作為本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的進一步改進:
[0052]所述的固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡的固定焦距FEL被配置為:
[0053]EFL=WD* β ；
[0054]其中:WD表示成像系統的工作物距；
[0055]β為光學成像系統的放大倍率；
[0056]β =S0P*R0P ；
[0057]SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度；
[0058]ROP為虹膜圖像像素分辨率。
[0059]作為本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的進一步改進:
[0060]所述的固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡的光學空間分辨率(optical spatialresolution)被配置為:
[0061]在物方平面應該滿足:60%調制傳遞函數(MTF=0.6)時≥5線對每毫米(lp/mm)。
[0062]作為本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統的進一步改進:
[0063]所述的圖像成像傳感器被配置為:至少超高清(UHD8K*4K)像素分辨率，即大于等于8192像素*4320像素。
[0064]本發明的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，實現了以下高用戶使用體驗度的效果:
[0065]1、能夠在用戶以自主每秒I米(m/s)的移動速度中識別。
[0066]2、用戶識別時使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux0
[0067]3、解決了大比例用戶佩戴的眼鏡反光影響識別，包括近視凹鏡，遠視凸鏡，隱形眼鏡，偏光鏡等。
[0068]4、提高了識別時3D (XYZ軸)的工作范圍，包括更遠的識別距離和更寬的距離(Z軸)范圍，能夠在I米-2米(Z軸)范圍，更進一步5米到10米(Z軸)范圍識別，水平X軸識別范圍至少50cm，垂直Y軸識別范圍至少30cm。
[0069]5、識別系統具備高可靠高穩定性，無傳統的機械傳動機構，如跟蹤用戶位置的云臺電機，聚焦電機等。
[0070]6、獲取売度均衡的聞質量圖像。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0071]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0072]圖1為本發明具體實施例1虹膜圖像光電成像系統總體原理圖。
[0073]圖2為本發明具體實施例1紅外LED照明光源產生的最高輻射強度短時間周期時序與成像傳感器幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序原理圖；
[0074]圖3為本發明具體實施例1近紅外LED照明光源與圖像成像傳感器分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜原理圖。
【具體實施方式】
[0075]實施例1、
[0076]圖1描述了具體實施例1的虹膜圖像光電成像系統總體原理，虹膜圖像光電成像系統包括以下部分組成:
[0077]成像光軸0，左側近紅外LED照明光源1L，右側近紅外LED照明光源IR，左側LED電流驅動器1L’，右側LED電流驅動器IR’，成像視場2，透射保護光學窗口 3，前焦近紅外光學濾光器4，固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡5，后焦近紅外光學濾光器6，圖像成像傳感器7，密閉模組外殼8。密閉模組外殼8用于使光學成像系統整體封閉于模組外殼內。
[0078]具體為:
[0079]左側近紅外LED照明光源1L，右側近紅外LED照明光源IR，位于成像光軸O的左右兩側，左側LED電流驅動器1L’連接左側近紅外LED照明光源IL用于驅動左側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光，右側LED電流驅動器IR’連接右側近紅外LED照明光源IR用于驅動右側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光。
[0080]密閉模組外殼8內依次安裝有透射保護光學窗口 3，前焦近紅外光學濾光器4，固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡5，后焦近紅外光學濾光器6，圖像成像傳感器7，其按照從前往后相對位置安裝在同一成像光軸O上。
[0081]近紅外LED照明光源(即，左側近紅外LED照明光源1L，右側近紅外LED照明光源IR)輻射的近紅外光和外圍環境光在物方虹膜反射后，進入前焦近紅外光學濾光器4過濾提取成像范圍的波長，再進入固定焦距的光學成像透鏡5，所述的固定焦距的光學成像透鏡5被配置為自動聚焦AF光學成像透鏡或固定聚焦光學成像透鏡；從而實現光學聚焦到位于像方的圖像成像傳感器7使圖像光信號轉換圖像電信號輸出，后焦近紅外光學濾光器6進一步提高成像的波長的信噪比。
[0082]備注說明:外圍環境光就指上文提到的，用戶識別時使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux所說的自然光。
[0083]物方虹膜是指圖1中的位于成像視場2中的左右虹膜，其在成像光軸O的物體方向上所以稱物方虹膜。
[0084]使用環境中不同光照度的非成像的干擾雜散光的嚴重影響虹膜圖像質量；光照度越大影響虹膜圖像質量越大。使用者不同移動速度引起的運動模糊嚴重影響虹膜圖像質量，移動速度越大影響虹膜圖像質量越大。
[0085]使用者佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上出現鏡面反射，嚴重影響虹膜圖像質量。
[0086]為克服以上問題本發明采用以下的設計:
[0087]前焦近紅外光學濾光器4，和后焦近紅外光學濾光器6組合如此設計使成像波長與非成像的干擾雜散光的信噪比SNR (SNR:signal-to-noise ratio)滿足:≥60dB(1000:1)。
[0088]備注說明:前焦近紅外光學濾光器4，和后焦近紅外光學濾光器6可以按照成像波長與非成像的干擾雜散光的信噪比SNR (SNR:signal-to-noise ratio)滿足:≥60dB(1000:1)這個需求，通 過普通光學鍍膜技術組合設計得到，而這種光學鍍膜技術可以是普通工程技術人員就直接獲得的。
[0089]近紅外LED照明光源(1L，IR)被配置為:位于的成像光軸O的左右兩側；分別由LED電流驅動器(1L’，IR’ )驅動輸出短時間周期T最高強度輻射I光。
[0090]近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器7被組合配置為:
[0091]1、近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等于圖像成像傳感器7幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序。
[0092]圖2進一步解釋了本發明具體實施例1近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度短時間周期時序與圖像成像傳感器7幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序原理圖。
[0093]本發明的圖像成像傳感器7幀像素全局觸發曝光(積分)的方法，采用了僅在成像波長范圍內和最高輻射強度短時間周期內對圖像成像傳感器7所有幀像素同時進行觸發曝光(積分)。
[0094]即使如電子滾動快門(ERS)其不同行的曝光周期時序是不一致的，但滿足在成像波長范圍內和最高輻射強度短時間周期內所有幀像素同時進行全局觸發曝光的條件下，最高輻射強度短時間周期內與最高輻射強度短時間周期外的曝光(積分)光子信號累積量之比遠大于1000:1，這樣對于一般成像傳感器ADC最有效分辨率僅為8位或10位，可以忽略不計。
[0095]因此本方法適用于各類型圖像成像傳感器，如全局快門(global shutter),電子滾動快門(ERS)或全局釋放快門GRS等，各種各類型圖像成像傳感器，
[0096]采用近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度短時間周期與圖像成像傳感器7幀像素全局觸發曝光(積分)的周期時序匹配的方法，這也是本發明重大優點特性。
[0097]近紅外LED照明光源(1L，IR)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足:
[0098]I=E*WD2/cos2 ΦE<10mff/cm2WD表示成像系統的工作物距。
[0099]E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度(mW/cm2，毫瓦每平方厘米)，E要求小于眼睛LED照明福射安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safetyof lamps and lamp systems)上限,本標準限制了 LED照明福射可能對視網膜,水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應。
[0100]發射角度Φ是指近紅外LED照明光源(1L，IR)中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸O的角度。如圖3所示，即表示用于直接照明成像的照明光源的發射角度Φ(1和表示用于交叉照明成像的照明光源的發射角度Φ(:，發射角度Φ是Φ(1和的統稱。
[0101]近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的輻射的短時間周期T (ms，毫秒)應該滿足:T ^ 3.33ms。
[0102]由于是采用短時間周期輻射方法，按照國際標準其在連續I秒內產生10次輻射也只有不到10* (3.33ms/ls)=l/30的等效效輻射，所以其等效的輻射遠小于國際標準上限。
[0103]如此設計能提高至少10倍的成像波長與非成像的干擾雜散光的信噪比SNR(SNR: signal-to-no ise ratio)滿足:> 80dB (10000:1)。
[0104]如此設計使虹膜圖像成像的使用環境光照度要求滿足從室內完全黑暗OLux到室外太陽直射100，OOOLux。
[0105]更重要的短時間周期的幀像素全局觸發曝光(積分)能完全消除lm/s的運動模糊，使虹膜圖像成像的移動速度要求滿足從步行移動速度lm/s到完全靜止的移動速度Ocm/s。這也是本發明最大優點特性。
[0106]2、近紅外LED照明光源(1L，IR)采用與圖像成像傳感器7分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜。以用于避免佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上出現鏡面反射嚴重影響虹膜圖像質量。
[0107]圖3進一步解釋本發明具體實施例1近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器7分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜。
[0108]IL表示左側近紅外LED照明光源；1R表示右側近紅外LED照明光源；
[0109]2L表示左虹膜；2R表示右虹膜；
[0110]3L表示左虹膜成像光軸；3R表示右虹膜成像光軸；
[0111]Φ(1表示用于直接照明成像的照明光源的發射角度；表示用于交叉照明成像的照明光源的發射角度；WD表示成像系統的工作物距。
[0112]其中:
[0113]用于直接照明成像的照明光源的發射角度Φ(1應該滿足:5.7-11.25度。
[0114]用于交叉照明成像的照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度。
[0115]發射角度Φ(1和$(3定義為近紅外1^0照明光源(11^110中心到虹膜中心(21^210的連線與成像光軸(3L，3R)的角度。
[0116]具體的解釋，分時形成左側近紅外LED照明光源IL與左側虹膜2L直接照明成像Ia以及與右側虹膜2R交叉照明成像Ib，右側近紅外LED照明光源IR與左側虹膜2L交叉照明成像Ic以及與右側虹膜2R直接照明成像Id，由于圖像成像傳感器7能同時成像輸出左右兩側虹膜圖像(2L，2R)，所以分時形成的一側近紅外LED照明光源能同時產生左右兩側虹膜的直接照明成像圖像和交叉照明成像圖像，然后按次序進行循環切換，即Ialb->lcld->lalb->lcld…直至獲取高質量虹膜圖像。
[0117]具體流程是:[0118](I)關閉右側近紅外LED照明光源IR，開啟左側近紅外LED照明光源IL ;
[0119](2)圖像成像傳感器7同時成像輸出左側虹膜2L直接照明成像圖像Ia和右側虹膜2R交叉照明成像圖像Ib;
[0120](3)關閉左側近紅外LED照明光源1L，開啟右側近紅外LED照明光源IR;
[0121](4)圖像成像傳感器7同時成像輸出右側虹膜2R直接照明成像圖像Id和左側虹膜2L交叉照明成像圖像Ic;
[0122](5)判斷虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L，IR)，不滿足質量要求則返回(I)按流程次序進行分時循環切換直至滿足質量要求。
[0123]滿足質量要求就是指滿足在佩戴各類眼鏡的使用環境下虹膜圖像上不出現鏡面反射，不嚴重影響虹膜圖像質量被用于識別。所說的判斷規則本專業領域一般通過檢測圖像中虹膜區域的鏡面反射點，即滿量程(最大值)的像素值的數量占比來統計。
[0124]為實現獲取亮度均衡的高質量虹膜成像圖像，近紅外LED照明光源(1L，IR)與自動聚焦光學成像透鏡5被配置為:
[0125]近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射或發散角度FWHM大于等于自動聚焦光學成像透鏡5的成像視 場角FOV ;如圖1中所示的近紅外LED照明光源的半峰值輻射或發散角度Θ。
[0126]備注說明:成像視場角FOV就是圖1中標注的成像視場2，水平X軸范圍W，垂直Y軸范圍H的區域。
[0127]保證成像視場亮度均衡性P =Iedge/Icenter*100% ^ 50% ；
[0128]其中:
[0129]Iedge為成像視場邊緣亮度；
[0130]Icenter為成像視場中心亮度。
[0131]近紅外LED照明光源(1L，IR)與近紅外光學濾光器被配置為:
[0132]近紅外光學濾光器的半峰值透射波長FWHM大于等于近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射波長FWHM。如此設計可以獲得最大限度的成像波長利用率。
[0133]備注說明:上述近紅外光學濾光器包括前焦近紅外光學濾光器4和后焦近紅外光學濾光器6。
[0134]自動聚焦光學成像透鏡(固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡5)的固定焦距FEL被配置為:
[0135]EFL=WD* β ；
[0136]其中:WD表示成像系統的工作物距；
[0137]β為光學成像系統的放大倍率；
[0138]β =S0P*R0P
[0139]SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度，如2um/pixel ；
[0140]ROP為虹膜圖像像素分辨率，如15pixels/mm ；
[0141]滿足識別距離如I米，采用FEL=30mm,
[0142]更進一步遠達的10米,采用FEL=300mm。
[0143]自動聚焦光學成像透鏡的光學空間分辨率(optical spatial resolution)被配置為:[0144]在物方平面應該滿足:60%調制傳遞函數時(MTF=0.6)≥5線對每毫米(lp/mm)。
[0145]圖像成像傳感器7被配置為:
[0146]至少超高清(UHD8K*4K)像素分辨率，即大于等于8192像素*4320像素；
[0147]按照15像素每毫米(pixels/mm)的虹膜圖像像素分辨率要求能形成:
[0148]水平X軸識別范圍W至少55cm，垂直Y軸識別范圍H至少30cm。
[0149]自動聚焦(AF)的光學成像透鏡5除傳統的微步進電機，VCM音圈，MEMS,實現AF，但這些技術的在海量頻率使用中，如每天超過I萬人次使用，存在非常大的不可靠性，而且自動聚焦執行控制過程非常緩慢。
[0150]更優選的可采用以下自動聚焦技術實現:液體透鏡，EDOF, WLA晶圓級透鏡陣列。
[0151]液體透鏡技術通過控制2種等密度液體間的電壓來改變液體界面形狀形成的屈光度來實現AF，該技術還有個優點就是具有開環控制而且其物距與控制電壓是線性固定關系的，不同于閉環反饋控制，該特性使得自動聚焦執行控制過程非常快速，I次對焦就能在焦點位置附近。液體透鏡通過附加設計在傳統固定焦距光學成像透鏡的光瞳位置以獲得最好的成像質量最小化波前誤差。
[0152]EDOF相位波前編碼透鏡擴展景深技術通過在傳統固定焦距光學成像透鏡的光瞳位置附加非球面相位編碼光學元件實現對入射光的波前相位編碼以獲得相位固定的光物理成像，再由圖像成像傳感器輸出后通過固定解碼算法軟件重建原始圖像，實現AF。
[0153]WLA晶圓級透鏡陣列技術通過透鏡陣列能獲得光全息的振幅和相位，再由圖像成像傳感器輸出后通過固定算法軟件重建原始圖像，實現AF，甚至3維圖像。
[0154]后2種無任何聚焦調整控制要求和控制過程，僅需通過固定軟件算法重建原始圖像，因此對于聞速大人流量聞速通過率是最理想的。
[0155]本發明描述的具體實施例內容和技術特征，可以在相同或等同理解的范圍內被實施。
[0156] 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，包括近紅外LED照明光源(1L，IR)-左側近紅外LED照明光源IL和右側近紅外LED照明光源IR，固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡(5)，前焦近紅外光學濾光器(4)，和/或后焦近紅外光學濾光器(6)，圖像成像傳感器(7)，其特征是: 近紅外LED照明光源(1L，1R)—左側近紅外LED照明光源IL和右側近紅外LED照明光源IR被配置為: 位于成像光軸(O)的左右兩側； 由LED電流驅動器(1L’，IR’ )—左側LED電流驅動器1L’和右側LED電流驅動器IR’驅動輸出短時間周期T最高輻射 強度I的光； 左側LED電流驅動器1L’連接左側近紅外LED照明光源IL用于驅動左側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光； 右側LED電流驅動器IR’連接右側近紅外LED照明光源IR用于驅動右側LED輸出短時間周期T最高輻射強度I的光； 近紅外LED照明光源(1L，IR)與圖像成像傳感器(7)被組合配置為: 1).近紅外LED照明光源(1L，IR)產生的最高輻射強度I短時間周期T時序等于圖像成像傳感器(7)幀像素全局觸發曝光的周期時序； 2).近紅外LED照明光源(1L，IR)采用與圖像成像傳感器(7)分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜； 近紅外LED照明光源(1L，IR)與固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡(5)被組合配置為: 近紅外LED照明光源(1L，IR)的半峰值輻射或發散角度FWHM大于等于固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡(5)的成像視場角FOV ； 近紅外LED照明光源(1L，IR)與近紅外光學濾光器被組合配置為: 近紅外光學濾光器的半峰值透射波長FWHM大于等于近紅外LED照明光源的半峰值輻射波長FWHM ； 所述近紅外光學濾光器包括前焦近紅外光學濾光器4，和/或后焦近紅外光學濾光器6 ； 固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡5被配置為:液體透鏡、EDOF相位波前編碼透鏡、WLA晶圓級透鏡陣列中的任意一種。
2.根據權利要求1所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 用于直接照明成像的LED照明光源的發射角度Φ(1應該滿足:5.7-11.25度； 用于交叉照明成像的LED照明光源的發射角度Φ c應該滿足:11.25-35度； 發射角度Φ(1，Φ c定義為近紅外LED照明光源中心到左右虹膜中心的連線與成像光軸的角度。
3.根據權利要求1或2所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 所述的分時循環切換進行直接照明和交叉照明成像左右虹膜包括以下步驟: Cl)關閉右側近紅外LED照明光源IR，開啟左側近紅外LED照明光源IL ； (2)圖像成像傳感器(7)同時成像輸出左側虹膜直接照明成像圖像Ia和右側虹膜交叉照明成像圖像lb; (3)關閉左側近紅外LED照明光源1L，開啟右側近紅外LED照明光源IR； (4)圖像成像傳感器(7)同時成像輸出右側虹膜直接照明成像圖像Id和左側虹膜交叉照明成像圖像Ic; (5)判斷左右虹膜圖像質量，滿足質量要求關閉左右兩側近紅外LED照明光源(1L、IR)，不滿足質量要求則返回(1)按流程次序直至滿足質量要求。
4.根據權利要求3所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 近紅外LED照明光源(1L、IR)最高輻射強度I (mW/sr，毫瓦每球面度)應該滿足: I=E*WD2/cos2 Φ E<10mff/cm2WD表示成像系統的工作物距； E定義為工作物距WD處接受的照明光源的最大輻射照度，E要求小于眼睛LED照明輻身寸安全國際標準(IEC62471:2006Photobiological safety of lamps and lamp systems)上限，本標準限制了 LED照明輻射可能對視網膜，水晶體和角膜的引起的熱輻射生物安全效應； 所述的近紅外LED照明光源(1L、1R)產生的輻射的短時間周期T (ms，毫秒)應該滿足: T ≤ 3.33ms。
5.根據權利要求4所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 所述的固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡(5)的固定焦距FEL被配置為:
EFL=WD* β ； 其中:WD表示成像系統的工作物距； β為光學成像系統的放大倍率； β=S0P*R0P ； SOP為圖像成像傳感器(7)單位像素的物理尺度； ROP為虹膜圖像像素分辨率。
6.根據權利要求5所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 所述的固定焦距的自動聚焦光學成像透鏡(5)的光學空間分辨率(optical spatialresolution)被配置為: 在物方平面應該滿足:60%調制傳遞函數(MTF=0.6)時> 5線對每毫米(lp/mm)。
7.根據權利要求6所述的高用戶使用體驗度的虹膜圖像光電成像系統，其特征是: 所述的圖像成像傳感器(7)被配置為:至少超高清(UHD8K*4K)像素分辨率，即大于等于8192像素*4320像素。
【文檔編號】H04N5/235GK103945136SQ201410136621
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】沈洪泉, 金城 申請人:沈洪泉