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動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備的制作方法

文檔序號(hào):11412254閱讀:621來(lái)源:國(guó)知局
動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備的制造方法與工藝

本發(fā)明屬于光學(xué)工程、生物特征識(shí)別、圖像處理以及計(jì)算機(jī)或機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及虹膜自動(dòng)識(shí)別設(shè)備,特別地用于實(shí)現(xiàn)對(duì)犬只等動(dòng)物虹膜的高質(zhì)量自動(dòng)虹膜成像。



背景技術(shù):

隨著國(guó)民生活水平的不斷提高,目前城市養(yǎng)寵物,例如養(yǎng)犬的居民越來(lái)越普遍。然而,長(zhǎng)期以來(lái),由于寵物例如犬只管理缺乏有效的監(jiān)管手段,隨之而來(lái)的‘犬患’和‘犬害’也日益嚴(yán)重,給監(jiān)管部門、寵物主人及居民生活都帶了一定的壓力。一方面,寵物走失和遺棄現(xiàn)象大量增加,流浪犬驚擾甚至攻擊市民,存在傳播致命狂犬病等傳染性疾病的巨大風(fēng)險(xiǎn)。不文明養(yǎng)犬、非法養(yǎng)犬、非法買賣、不按時(shí)檢疫和注射疫苗、產(chǎn)生糾紛后逃避責(zé)任等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,從而使得犬只監(jiān)管成為困擾城市衛(wèi)生、安全、交通秩序與環(huán)境管理的一大難題,嚴(yán)重威脅了社會(huì)公眾利益和城市建設(shè)。犬類引起的糾紛時(shí)見(jiàn)報(bào)道,并存在處理不當(dāng)誘發(fā)沖突的風(fēng)險(xiǎn),成為了影響和諧社會(huì)建設(shè)的潛在因素。另一方面,寵物的走失或被盜給主人及其家庭帶來(lái)了巨大的心靈創(chuàng)傷,特別是小孩和孤寡老人,長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都難以擺脫其陰影。部分主人不惜花費(fèi)大量時(shí)間和金錢尋找走失寵物,但是例如流浪犬救助機(jī)構(gòu)以及相關(guān)城管部門面對(duì)寵物走失,卻因?yàn)槿狈τ行畔⒑藢?duì)及寵物身份識(shí)別等管理手段而無(wú)法及時(shí)尋找寵物或者通知寵物主人。

上述問(wèn)題的重要解決途徑是建立寵物信息管理系統(tǒng)。寵物信息管理系統(tǒng)的建立首先需要實(shí)現(xiàn)寵物例如犬只身份的識(shí)別。通過(guò)一定技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)寵物唯一性的身份信息錄入,作為寵物例如犬只終身的標(biāo)志,并通過(guò)設(shè)備進(jìn)行高可靠性識(shí)別,解決辨別寵物身份以及主人是誰(shuí)的難題。當(dāng)前,最常見(jiàn)的寵物之一犬只的身份識(shí)別主要通過(guò)無(wú)線射頻電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn),將電子芯片注射到犬只皮下。但這一方法存在給犬只帶來(lái)巨大痛苦和傷害的風(fēng)險(xiǎn),因而受到絕大部分犬主的抵制。雖然犬只注射電子標(biāo)簽的方法在國(guó)內(nèi)已經(jīng)推行了十多年,但是受到的阻力異常大,因此,推及其它寵物也是如此,迫切需要開發(fā)一種針對(duì)寵物安全無(wú)傷害、并且能夠高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)。

生物特征識(shí)別技術(shù)是指利用人或動(dòng)物的生理特征或行為特征,實(shí)現(xiàn)身份鑒定。它具有安全性好、無(wú)傷害的優(yōu)點(diǎn),非常符合寵物例如犬只身份識(shí)別的要求。目前,針對(duì)人的生物特征識(shí)別技術(shù)主要包括臉部識(shí)別、指紋識(shí)別、靜脈識(shí)別、虹膜識(shí)別、掌紋識(shí)別、聲紋識(shí)別、步態(tài)識(shí)別等。這其中虹膜識(shí)別技術(shù)具有極高的準(zhǔn)確率、防偽性、穩(wěn)定性,同時(shí)是一種非接觸式識(shí)別。因此,如果能夠?qū)⒑缒ぷR(shí)別技術(shù)應(yīng)用于寵物識(shí)別,識(shí)別將會(huì)更加安全可靠,且不會(huì)對(duì)寵物帶來(lái)傷害,具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

但是僅將用于人眼的虹膜識(shí)別設(shè)備簡(jiǎn)單用在動(dòng)物身上效果并不理想,這主要因?yàn)樽R(shí)別對(duì)象的不同所導(dǎo)致。一方面,對(duì)于寵物例如犬只的識(shí)別距離不能太近,太近對(duì)使用人的人身安全有不確定性威脅,而且犬只容易緊張,影響識(shí)別效果,所以需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離清晰成像。同時(shí),不同種類的寵物眼睛位置各異,即使在犬只范圍內(nèi),也有相當(dāng)部分犬只的兩只眼睛分居頭部?jī)蓚?cè),所以采用雙眼識(shí)別比較困難,因而應(yīng)該設(shè)計(jì)成單眼成像,成像視場(chǎng)不能太大。但要求獲取清晰虹膜圖像,所以視場(chǎng)又不能太小,這就需要設(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離合適視場(chǎng)高分辨成像光學(xué)系統(tǒng)。另一方面,寵物例如犬只的眼睛與人的眼睛在幾何形態(tài)上有較大差別,采用目前的虹膜識(shí)別設(shè)備進(jìn)行圖像采集,會(huì)出現(xiàn)“亮瞳”現(xiàn)象,影響識(shí)別效果。

中國(guó)發(fā)明專利cn105354562a公開了一種基于虹膜識(shí)別的動(dòng)物管理系統(tǒng)并提出了一種虹膜手持機(jī)。系統(tǒng)包括通過(guò)無(wú)線通信的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)連接和數(shù)據(jù)交換的虹膜采集手持機(jī)和云端服務(wù)器。虹膜手持機(jī)采集動(dòng)物的虹膜圖像信息,虹膜手持機(jī)將采集的虹膜圖像信息發(fā)送到云端服務(wù)器,云端服務(wù)器對(duì)采集的虹膜圖像信息與其存儲(chǔ)的虹膜圖像信息進(jìn)行匹配,云端服務(wù)器將匹配結(jié)果發(fā)送到虹膜識(shí)別手持機(jī)。所述虹膜手持機(jī)包括采集模塊、處理器及無(wú)線通信模塊,照明模塊以及輸入輸出模塊。具體地,手持機(jī)包括手柄和安裝在手柄一端的虹膜采集裝置;其中,所述虹膜采集裝置包括:固定安裝在所述手柄一端的外殼、設(shè)置在所述外殼的前表面上的采集模塊、設(shè)置在所述外殼中處理器及無(wú)線通信模塊。但是該虹膜手持機(jī)拍攝動(dòng)物例如犬只的虹膜圖像效果也不理想,特別是經(jīng)常出現(xiàn)“亮瞳”的現(xiàn)象,大大降低了識(shí)別效率。同時(shí)該專利也沒(méi)有對(duì)動(dòng)物虹膜形態(tài)及采集、識(shí)別過(guò)程的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì),在對(duì)寵物虹膜進(jìn)行識(shí)別時(shí)并不方便。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備,其包括外殼(1)、虹膜相機(jī)(2)、光源(3)、控制處理板(4)、連接件(5)、第二外殼(9);其中虹膜相機(jī)(2)設(shè)置在外殼(1)中,其鏡頭面向識(shí)別對(duì)象;光源(3)設(shè)置在第二外殼(9)中,光源(3)具體為面光源,其發(fā)光面朝向識(shí)別對(duì)象;外殼(1)與第二外殼(9)之間設(shè)置有連接件(5),所述連接件(5)的設(shè)置使得外殼(1)中虹膜相機(jī)(2)的光軸與第二外殼(9)中光源的發(fā)光面之間的角度能夠調(diào)整。此外,設(shè)備還包括與連接件(5)相連的限位件(6),使得當(dāng)光源(3)打開到最大角度時(shí),光源(3)的發(fā)光面與虹膜相機(jī)(2)光軸之間的夾角θ為使得能夠獲得高質(zhì)量虹膜圖像的補(bǔ)光角度。

最佳地,上述夾角θ、光源(3)面陣中心與虹膜相機(jī)(2)光軸的距離d、成像距離l之間的關(guān)系為:cotθ=d/l。優(yōu)選成像距離為70-100cm,當(dāng)光源(3)打開到最大角度時(shí),光源(3)的發(fā)光面與相機(jī)(2)光軸之間的夾角為76°-83°,光源(3)面陣中心與虹膜相機(jī)(2)光軸的距離范圍為120-130mm。

虹膜相機(jī)(2)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足以下條件:有效成像區(qū)域?yàn)?0-70mm,物面分辨率優(yōu)于100μm,虹膜圖像中虹膜直徑像素個(gè)數(shù)大于150。

優(yōu)選地,設(shè)備還具有評(píng)估模塊,其用于對(duì)所獲取的虹膜圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估;當(dāng)評(píng)估虹膜圖像質(zhì)量高于閾值時(shí)進(jìn)行后續(xù)識(shí)別操作;如果評(píng)估的虹膜圖像質(zhì)量低于該閾值,則重復(fù)獲取動(dòng)物虹膜圖像,直到虹膜圖像質(zhì)量高于該閾值為止。該閾值可以通過(guò)如下方法計(jì)算:選擇大量符合識(shí)別要求的動(dòng)物虹膜圖像;對(duì)這些虹膜圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估獲得評(píng)估值;計(jì)算這些圖像評(píng)估值的平均值作為該閾值;該閾值預(yù)先存儲(chǔ)在動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備當(dāng)中。其中,反映虹膜圖像質(zhì)量的評(píng)估值還包括對(duì)虹膜信息豐富程度的計(jì)算,其中虹膜信息的豐富程度為虹膜紋理區(qū)域的平均能量之和。

動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備還包括用于與外部上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線通信模塊,以及對(duì)虹膜相機(jī)(2)采集的虹膜圖像進(jìn)行處理、編碼以生成虹膜信息的圖像處理模塊。

當(dāng)設(shè)備還包括如下的存儲(chǔ)模塊時(shí),設(shè)備可不依賴于上位機(jī)進(jìn)行工作,存儲(chǔ)模塊可以對(duì)一些識(shí)別對(duì)象的虹膜比對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和/或虹膜識(shí)別結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ),從而能夠在不與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的情況下,在動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)虹膜圖像處理后的虹膜數(shù)據(jù)比對(duì)及識(shí)別。

進(jìn)一步設(shè)備還可以包括顯示屏和/或發(fā)聲模塊,用以顯示識(shí)別相關(guān)信息,或者用于進(jìn)行聲音提示。

此外,本發(fā)明還提供一種動(dòng)物虹膜識(shí)別方法,具體包括如下步驟:步驟1:打開光源(3)進(jìn)行補(bǔ)光;步驟2:通過(guò)虹膜相機(jī)(2)獲取識(shí)別對(duì)象的虹膜圖像;其中,光源(3)是面陣光源,光源(3)的發(fā)光面與虹膜相機(jī)(2)光軸之間的夾角θ、光源(3)面陣中心與虹膜相機(jī)(2)光軸的距離d、成像距離l之間的關(guān)系為:cotθ=d/l。

優(yōu)選成像距離為70-100cm,光源(3)面陣中心與虹膜相機(jī)(2)光軸的距離范圍為120-130mm,光源(3)的發(fā)光面與相機(jī)(2)光軸之間的夾角為76°-83°。該識(shí)別方法中,虹膜相機(jī)(2)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以滿足以下條件:有效成像區(qū)域?yàn)?0-70mm,物面分辨率優(yōu)于100μm,虹膜圖像中虹膜直徑像素個(gè)數(shù)大于150。

優(yōu)選地,上述動(dòng)物虹膜識(shí)別方法還包括對(duì)所獲取的虹膜圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的步驟,當(dāng)評(píng)估虹膜圖像質(zhì)量高于閾值時(shí)進(jìn)行后續(xù)識(shí)別操作;如果評(píng)估的虹膜圖像質(zhì)量低于該閾值,則重復(fù)獲取動(dòng)物虹膜圖像,直到虹膜圖像質(zhì)量高于該閾值為止。該閾值通過(guò)如下方法計(jì)算:選擇大量符合識(shí)別要求的動(dòng)物虹膜圖像;對(duì)這些虹膜圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估獲得評(píng)估值;計(jì)算這些圖像評(píng)估值的平均值作為該閾值;該閾值預(yù)先存儲(chǔ)在動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備當(dāng)中。其中,反映虹膜圖像質(zhì)量的評(píng)估值包括對(duì)虹膜信息豐富程度的計(jì)算,其中虹膜信息的豐富程度為虹膜紋理區(qū)域的平均能量之和。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果在于針對(duì)寵物類動(dòng)物進(jìn)行特別的采集流程設(shè)計(jì),同時(shí)設(shè)備具有遠(yuǎn)距離合適視場(chǎng)高分辨成像光學(xué)系統(tǒng),并對(duì)成像距離、有效成像區(qū)域、物面分辨率以及虹膜圖像中虹膜直徑像素個(gè)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì),奠定了獲取高質(zhì)量動(dòng)物虹膜圖像的基礎(chǔ)。特別是對(duì)單側(cè)紅外照明補(bǔ)光進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn),進(jìn)一步能夠有效避免“亮瞳”現(xiàn)象的發(fā)生,大大提高了動(dòng)物虹膜采集的效率、方便性和圖像質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備硬件框架圖;

圖2:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備工作流程圖;

圖3:“亮瞳”現(xiàn)象示意圖;

圖4:紅外led面陣設(shè)計(jì)說(shuō)明圖;

圖5:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備獲取的清晰圖像;

圖6:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備主視圖;

圖7:紅外led面陣光源示意圖;

圖8:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;

圖9:動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備頂視圖;

圖10:連接件與限位件示意圖;

圖11:限位結(jié)構(gòu)放大圖。

說(shuō)明書附圖標(biāo)記:1-外殼、2-虹膜相機(jī)、3-光源、4-控制處理板、5-連接件、6-限位件、7-開關(guān)、8-指示燈、9-第二外殼、11-外殼上部、12-外殼下部、13-手握部、14-電源、15-網(wǎng)絡(luò)通信模塊、21-鏡頭、61-限位件斜面、91-表面、111-眼睛、211-光軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備硬件主要包括電源14、控制處理板4、虹膜相機(jī)2以及光源3,光源3采用紅外led面陣光源,具體硬件框架如圖1所示。電源14同時(shí)給紅外led面陣光源、虹膜相機(jī)2及內(nèi)部控制處理板4供電。紅外led面陣光源對(duì)識(shí)別目標(biāo)進(jìn)行紅外補(bǔ)光。虹膜相機(jī)2負(fù)責(zé)采集目標(biāo)虹膜圖像??刂铺幚戆?負(fù)責(zé)與外部上位機(jī)通信、數(shù)據(jù)交互,控制虹膜相機(jī)2以及控制紅外led面陣光源等。上位機(jī)主要將用戶想進(jìn)行的操作命令傳遞給設(shè)備,例如采集虹膜圖像、停止采集、進(jìn)行虹膜識(shí)別、停止識(shí)別等,同時(shí)顯示采集的虹膜圖像以供人眼判斷是否可用、實(shí)時(shí)顯示采集視頻以調(diào)整設(shè)備或者動(dòng)物姿態(tài)獲取更好圖像、實(shí)時(shí)顯示識(shí)別視頻、顯示識(shí)別結(jié)果等。識(shí)別過(guò)程中上位機(jī)還能夠與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互、進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配。設(shè)備的控制處理板4與外部上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信模塊15例如通過(guò)無(wú)線通信模塊與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸??刂铺幚戆?可以搭載圖像處理模塊,對(duì)虹膜相機(jī)采集的虹膜圖像進(jìn)行處理、編碼以生成輸出至上位機(jī)的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中,控制處理板4也可以具有存儲(chǔ)模塊,對(duì)識(shí)別對(duì)象的虹膜比對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、采集的虹膜圖像和/或識(shí)別結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ),從而可以在不與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的情況下在動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備內(nèi)部實(shí)現(xiàn)虹膜圖像處理后的虹膜數(shù)據(jù)比對(duì)及識(shí)別,可以保證在因網(wǎng)絡(luò)連接不暢等無(wú)法與上位機(jī)連接的情況下,仍能夠單獨(dú)進(jìn)行虹膜識(shí)別。也就是說(shuō),可以將上位機(jī)的上述全部或者部分功能集成到設(shè)備當(dāng)中。進(jìn)一步,為了能夠?qū)ψR(shí)別的結(jié)果進(jìn)行反饋,動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備還可以具有顯示屏,用以顯示獲取的虹膜圖像、識(shí)別結(jié)果是否匹配等識(shí)別相關(guān)信息,也可以通過(guò)蜂鳴器或者發(fā)聲模塊對(duì)虹膜圖像是否匹配進(jìn)行提示。

動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備的基本工作流程如圖2所示。上位機(jī)或者操作人員通過(guò)設(shè)備開關(guān)給控制處理板發(fā)送開始的命令,然后設(shè)備初始化各硬件部件。如果初始化不成功,則例如通過(guò)上位機(jī)、或者設(shè)備的顯示屏和/或發(fā)聲模塊等方式提示初始化設(shè)備失敗并結(jié)束所有操作。硬件初始化成功后打開紅外led面陣光源進(jìn)行補(bǔ)光,接著虹膜相機(jī)開始采集虹膜圖像。一旦采集到動(dòng)物虹膜圖像,圖像處理模塊便對(duì)圖像進(jìn)行處理,包括對(duì)虹膜圖像進(jìn)行虹膜分割、特征編碼等操作。隨后評(píng)估模塊對(duì)所獲取圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備預(yù)先存儲(chǔ)有用于評(píng)估模塊使用的閾值,該閾值通過(guò)如下方法計(jì)算:選擇大量符合識(shí)別要求的寵物例如犬只虹膜圖像;對(duì)這些虹膜圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估獲得評(píng)估值;計(jì)算這些圖像評(píng)估值的平均值作為該閾值并預(yù)先存儲(chǔ)在動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備當(dāng)中。因此,當(dāng)評(píng)估模塊對(duì)新獲取的虹膜圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的評(píng)估值低于該閾值時(shí),則認(rèn)為該獲取的虹膜圖像質(zhì)量不高,不能用于后續(xù)識(shí)別并需要重新獲取動(dòng)物虹膜圖像,否則基于現(xiàn)圖像進(jìn)行后續(xù)操作。優(yōu)選地,上述計(jì)算閾值時(shí)使用的虹膜圖像質(zhì)量評(píng)估值計(jì)算方法與實(shí)際工作流程中新獲取的虹膜圖像質(zhì)量評(píng)估值計(jì)算方法相同。另外為了更好地評(píng)價(jià)虹膜圖像質(zhì)量,虹膜圖像質(zhì)量評(píng)估值包括對(duì)虹膜信息豐富程度的計(jì)算,具體地,虹膜信息的豐富程度采用虹膜紋理區(qū)域的平均能量之和作為評(píng)估,因此,平均能量之和越高,虹膜紋理信息越豐富。當(dāng)新采集的虹膜圖像質(zhì)量評(píng)估值高于閾值時(shí),控制板將虹膜圖像信息發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行比對(duì)識(shí)別,或者控制板將虹膜圖像信息直接與存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的基礎(chǔ)虹膜圖像信息進(jìn)行比對(duì)識(shí)別。

平均能量的定義如下:

對(duì)于一個(gè)灰度圖像中感興趣的區(qū)域f(x,y),通??梢员硎緸閒(x,y)=m(x,y)+σ(x,y)×w(x,y)。其中m(x,y)為感興趣區(qū)域的局部均值,σ(x,y)為感興趣區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差,m(x,y)為一個(gè)具有零均值單位方差的高斯白噪聲函數(shù)。m(x,y)反映了該區(qū)域的平均亮度,σ2(x,y)反映了該區(qū)域的細(xì)節(jié)信號(hào)的平均能量。σ2(x,y)超出一定閾值,認(rèn)為該區(qū)域?yàn)榧y理區(qū)域。對(duì)所有紋理區(qū)域計(jì)算σ2(x,y)之和,就能評(píng)估這些紋理區(qū)域的細(xì)節(jié)豐富程度。平均能量之和越大,認(rèn)為感興趣區(qū)域——虹膜區(qū)域的紋理信息越豐富。

對(duì)于一般寵物例如犬只而言,識(shí)別距離不能太近,太近對(duì)使用人的人身安全有不確定性威脅,而且犬只容易緊張,影響識(shí)別效果?;趯?duì)大量犬只虹膜圖像獲取的情況進(jìn)行分析,對(duì)虹膜識(shí)別設(shè)備進(jìn)行如下優(yōu)化,虹膜相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)選滿足以下條件:成像距離為70-100cm,有效成像區(qū)域?yàn)?0-70mm,物面分辨率優(yōu)于100μm,虹膜圖像中虹膜直徑像素個(gè)數(shù)大于150。即便如此,獲取的虹膜圖像仍然存在如圖3所示“亮瞳”現(xiàn)象,一旦出現(xiàn)“亮瞳”現(xiàn)象將嚴(yán)重影響識(shí)別效果,甚至完全不能識(shí)別。因此本發(fā)明創(chuàng)造性地提出通過(guò)優(yōu)化紅外led面陣光源的方式來(lái)解決該技術(shù)問(wèn)題。參見(jiàn)說(shuō)明書附圖4為紅外led面陣光源設(shè)計(jì)說(shuō)明圖,l為成像距離,d為紅外led面陣光源的中心到虹膜相機(jī)光軸的距離。θ為紅外led面陣光源面與上述光軸之間的夾角。示例光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下:成像距離:80cm、單眼成像、成像區(qū)域:物方水平方向65mm、物方分辨率優(yōu)于100μm、相機(jī)像素分辨率1296×966、像素大小:3.75μm×3.75μm。

(1)焦距計(jì)算:根據(jù)物像公式計(jì)算

m是放大倍率為0.0747,l為物距距離為-800mm,得到系統(tǒng)焦距為55.65mm,實(shí)際選用50mm焦距鏡頭。

(2)景深計(jì)算:根據(jù)景深公式計(jì)算

f數(shù)為8,最大可容忍彌散斑σ為7.47um,計(jì)算得到景深為30.6mm。

基于以上設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):設(shè)光源3的發(fā)光面與虹膜相機(jī)2光軸之間的夾角為θ、光源3面陣中心與虹膜相機(jī)2光軸的距離為d、成像距離為l,三者之間的關(guān)系確定如下:首先根據(jù)應(yīng)用需求及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮,確定成像距離l,不斷調(diào)整光源3面陣中心與虹膜相機(jī)2光軸的距離d,每次調(diào)整d后,重新調(diào)整夾角θ,使其滿足cotθ=d/l。針對(duì)每一組(l,d,θ),對(duì)大量不同品種、體型、年齡等動(dòng)物(動(dòng)物類型確定)進(jìn)行測(cè)試,觀察是否出現(xiàn)“亮瞳”效應(yīng),選擇沒(méi)有“亮瞳”效應(yīng)的(l,d,θ),作為最終的設(shè)計(jì)參數(shù)。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn),紅外led面陣光源補(bǔ)光如滿足以下條件則可以有效避免“亮瞳”現(xiàn)象的出現(xiàn):采用單側(cè)紅外照明補(bǔ)光,在成像距離為70-100cm時(shí),光源面陣平面與光軸的夾角范圍為76°-83°,光源面陣中心與光軸的距離范圍為120-130mm。參見(jiàn)附圖5,采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的光學(xué)成像系統(tǒng)獲取的犬只虹膜圖像,能夠明顯減少亮瞳現(xiàn)象對(duì)虹膜識(shí)別產(chǎn)生的影響。

至此完整的光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)將獲得如下技術(shù)效果:1.通過(guò)對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)的成像距離70-100cm的限定,成像距離合適,能夠保障使用者人身安全,而且也不容易使寵物例如犬只緊張,達(dá)到較好的識(shí)別效果。2.通過(guò)對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)的有效成像區(qū)域大小為50-70mm的限定,能夠容納幾乎所有種類犬只的眼睛大小,而又幾乎只能容納絕大多數(shù)的犬只的單只眼睛,達(dá)到單眼識(shí)別的效果。3.通過(guò)對(duì)光學(xué)成像系統(tǒng)的物面分辨率和圖像分辨率(虹膜直徑像素個(gè)數(shù)大于150)的限定,能夠達(dá)到較優(yōu)虹膜識(shí)別效果。4.采用單側(cè)紅外照明補(bǔ)光,在成像距離為70-100cm時(shí),光源面陣平面與光軸的夾角范圍為76°-83°,光源面陣中心與光軸的距離范圍為120-130mm時(shí),能夠有效避免“亮瞳”現(xiàn)象。

為了能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)以上系統(tǒng)設(shè)計(jì),動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備結(jié)構(gòu)主視圖參見(jiàn)圖6。圖7為紅外led面陣光源示意圖,圖8為動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,圖9為動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備頂視圖,圖10為連接件與限位件示意圖,圖11為限位結(jié)構(gòu)放大圖。參見(jiàn)以上附圖,以下對(duì)動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備主要包括外殼1、虹膜相機(jī)2、光源3、控制處理板4、連接件5、限位件6、開關(guān)7、指示燈8。外殼1分為外殼上部11和外殼下部12,外殼上部11設(shè)計(jì)有手握部13從而方便操作人員操作,也使得設(shè)備整體更加便攜。外殼下部12設(shè)計(jì)有方便連接三腳架等支撐部件的接口。虹膜相機(jī)2設(shè)置在外殼1內(nèi),鏡頭21例如具有50mm焦距,其從外殼的一端(外殼前側(cè))露出用于獲取虹膜圖像。鏡頭21的外側(cè)可以增加濾光片或者保護(hù)罩。控制處理板4可以選擇設(shè)置在外殼1內(nèi),例如安裝在外殼下部12一側(cè),其具體可以搭載用于對(duì)虹膜圖像進(jìn)行分割編碼等處理的圖像處理模塊、與上位機(jī)或其它外部設(shè)備連接的無(wú)線通信模塊、用于對(duì)所獲取的虹膜圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的評(píng)估模塊、用于存儲(chǔ)基礎(chǔ)虹膜圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部、控制虹膜相機(jī)2和光源3的控制模塊等。外殼1內(nèi)部與虹膜相機(jī)2相反的后側(cè)還可以容納有電池。配合電池充電的接口或者其他數(shù)據(jù)接口也可安裝在外殼1的與裝有相機(jī)2相反的那一側(cè)(背側(cè))上。設(shè)備還可以具有顯示器,其也可以設(shè)在外殼1的背側(cè)上,當(dāng)然也可以選擇設(shè)置在外殼1的其它側(cè)面,顯示器與控制處理板4相連并受控制模塊驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選地,顯示器還可以設(shè)置于光源3的背面。設(shè)備選擇性的可以具有發(fā)聲模塊用于進(jìn)行聲音提示,蜂鳴或聲音出口也可設(shè)置在外殼1上。指示燈8示例性地設(shè)置在外殼1的上側(cè),用于指示虹膜識(shí)別設(shè)備的工作狀態(tài)。其可以是具有三種顏色的led燈,例如紅色、黃色和綠色。其中紅色例如指示初始化失敗,黃色指示設(shè)備處在采集-處理-評(píng)估的工作流程中,綠色指示采集完畢獲得可以使用的虹膜圖像。

此外,動(dòng)物虹膜采集設(shè)備還具有專門設(shè)計(jì)的光源3,具體為紅外led面陣光源,其可以以脈沖形式發(fā)射波長(zhǎng)為850nm的紅外光。光源3安裝在第二外殼9當(dāng)中,并通過(guò)連接件5與外殼1相連,該連接件5使得光源3的光發(fā)射面相對(duì)于相機(jī)2光軸的角度可以調(diào)整。在本實(shí)施例中,連接件5包括一可轉(zhuǎn)動(dòng)的樞軸以及與樞軸配套的連接件外殼,樞軸與光源3所在的第二外殼9固定連接,連接件外殼與外殼1固定連接?;谠撛O(shè)計(jì),在動(dòng)物虹膜采集設(shè)備不工作時(shí),可以將光源3通過(guò)樞軸折疊在外殼1的一側(cè),減小體積的同時(shí)也方便攜帶。當(dāng)使用動(dòng)物虹膜采集設(shè)備時(shí),將光源3通過(guò)樞軸打開,并使發(fā)光面朝向識(shí)別對(duì)象。特別地,設(shè)備還可以包括位于外殼1或連接件外殼上的限位件6,例如但不限于設(shè)計(jì)成與相機(jī)2光軸成固定角度的斜面61,參見(jiàn)圖11。如此,光源3在沿樞軸打開到極限時(shí),與該限位件6的斜面61對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的第二外殼9一側(cè)的表面91將與斜面61抵接,并通過(guò)斜面61限制光源3的轉(zhuǎn)動(dòng)。表面91和斜面61的設(shè)計(jì)使得當(dāng)光源3打開到最大角度時(shí),光源3的發(fā)光面與相機(jī)2光軸之間的夾角為76°-83°,且光源面陣中心與光軸的距離范圍為120-130mm,如此可以快速便捷地調(diào)整發(fā)光面的角度到最佳值,可以快速有效地避免“亮瞳”的情況發(fā)生。當(dāng)然,上述通過(guò)限位件的限位面進(jìn)行限位僅僅是一個(gè)示例,也可以采用其它限位方式。

與以上實(shí)施例不同,可以選擇性地將控制處理板4、相關(guān)模塊以及電源設(shè)置在面光源3的背面,即在光源3的背面設(shè)置外殼以容納上述部件,如此將減少虹膜相機(jī)2及容納虹膜相機(jī)2的外殼1的體積,從而使得設(shè)備更加便攜。除此之外,當(dāng)動(dòng)物虹膜采集設(shè)備具有顯示器時(shí),也可以將顯示器設(shè)置在光源3的背面。

上面所述的只是用圖解說(shuō)明本發(fā)明一種動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備的實(shí)施方式,由于對(duì)相同技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很容易在此基礎(chǔ)上進(jìn)行若干修改和改動(dòng),因此本說(shuō)明書并非是要將本發(fā)明一種動(dòng)物虹膜識(shí)別設(shè)備局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi),故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改及等同物,均屬于本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍。

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