[發明專利]用于虹膜成像裝置的系統級光電優化設計方法

有效

• 申請號: 201310042686.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103136421A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 沈洪泉
• 申請（專利權）人: 沈洪泉
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

1.用于虹膜成像裝置的系統級光電優化設計方法，其特征是：在給定工作物距WOD的條件下，系統級優化設計包括光學成像物鏡，近紅外光學濾光器和近紅外照明光源，圖像成像傳感器及系統級光電信號產生及處理方法，依次包括以下步驟：

1）、定義系統級光電參數λ，FWHM，I，E,?EFL，F，FOV，OE_TE，ADC_T，GAIN，?SNR，?ET

近紅外光學濾光器的透射率峰值波長設置為近紅外照明光源等效峰值波長λ，

近紅外光學濾光器的半最大值全波FWHM大于等于近紅外照明光源產生的光譜FWHM，

其中所述的等效峰值波長λ=∑h_iλ_i，∑h_i=1_?<1>?_????，

_?h_i為近紅外照明光源光譜的輻射強度歸一化系數，λ_i為近紅外照明光源光譜，波長范圍750nm-880nm；

近紅外照明光源的輻射強度I（mW/sr，毫瓦每球面度）：

I=E*WOD²???E<10mW/cm^{2??????????????????????}<2>

其中所述的E為在給定的工作物距WOD處接受的近紅外照明光源的最大輻射率或輻射照度；

光學成像物鏡的等效焦距值EFL具有：

EFL=WOD*β/(1+β)????????<3>

其中：WOD為給定的工作物距；

β為虹膜像方和物方空間分辨率比率

β=SOP*POI/SOI???????????<4>

其中所述的

SOP為圖像成像傳感器單位像素的物理尺度；

POI為預設的虹膜直徑在像方空間分辨率的像素尺度，

SOI為預設的虹膜平均直徑在物方空間分辨率的物理尺度；

光學成像物鏡的光圈F值或相對光學孔徑倒數具有：

F=EFL/D????????????????????????????<5>

0.5*SOP/(1.22*λ)≤F≤2.0*SOP/(1.22*λ)??????<6>

其中所述的D為光學成像物鏡的光瞳或通光孔徑的直徑；

光學成像物鏡的視場角FOV具有：

FOV≥2*arctan(（DOI*SOP)/(2*EFL))?????????<7>

其中所述的DOI為圖像成像傳感器的對角線像素數量；

圖像成像傳感器具有光電量子轉換效率OE_TE>1V/?(mW/cm²*s)；

圖像成像傳感器具有ADC轉換分辨率ADC_T=2^NLSB/V，其中所述的LSB為ADC分辨率最低有效位，?N為ADC分辨率有效位數，N≥8；

圖像成像傳感器具有在模擬增益GAIN=1.0時，信噪比SNR>38db；

2）、定義原始的單位像素亮度值Yraw的系統級光電信號產生

Yraw=ET?*?GAIN?*?E?*?OE_TE?*?ADC_T????????????????????????<8>

其中所述的ET為圖像成像傳感器的曝光時間exposure?time或積分時間integration?time，必須保證控制ET<1/30s秒；

其中所述的GAIN為圖像成像傳感器的模擬增益，模擬增益GAIN控制必須保證產生的信噪比SNR>36db；

其中所述的E為公式<2>中定義的在給定的工作物距WOD處接受的近紅外照明光源I控制的最大輻射率或輻射照度，必須保證控制E<10mW/cm^2?；

3）、定義虹膜區域像素亮度統計評估值Ysp

Ysp=S(Yraw)

其中所述的S為虹膜區域像素亮度統計評估函數，所述像素亮度統計評估函數采用的方法包括：像素亮度直方圖統計，像素亮度頻譜統計，像素亮度平均值，像素亮度加權平均值，像素亮度中值等；

4）、ET，GAIN，E光電信號處理控制，實現虹膜區域像素亮度統計評估值?Ysp在預設的[Yll,Yhl]亮度范圍：

Yll≤Ysp≤Yhl

其中所述的Yll為虹膜區域像素亮度下限，Yhl為虹膜區域像素亮度上限；

所述的光電信號處理控制為根據步驟2中定義的公式<8>線性乘積控制關系，改變ET，GAIN，E光電信號實現原始的單位像素亮度值Yraw改變，使相應的虹膜區域像素亮度統計評估值Ysp滿足Yll≤Ysp≤Yhl的預設條件；

5）、像素亮度值Yraw進行原始信號GAMMA校正處理，保持原始值，即保持GAMMA=1.0線性關系

Ygamma=GAMMA（Yraw）=Yraw?^GAMMA=1.0=Yraw

6）、基于虹膜區域像素亮度統計評估值Ysp的像素亮度值Yraw對比度自適應性控制處理并輸出Yout

Yout=Contrast*(Yraw-Ysp)+Ysp

1.0≤Contrast≤2.0

Yout=2^N-1???if?Yout>2^N-1；

Yout=0??????if?Yout<0；

其中所述的Contrast為基于虹膜區域像素亮度統計評估值Ysp的對比度自適應性控制系數，N為ADC分辨率有效位數。

2.根據權利要求1所述用于虹膜成像裝置的系統級光電優化設計方法，其特征是：

圖像成像傳感器采用單色類型時，等效峰值波長λ選擇為雙波段或單波段，所述的雙波段包含750-810nm和810-880nm兩個波段,?FWHM>30nm，所述的單波段包含780-850nm,?FWHM>30nm；

圖像成像傳感器采用彩色類型時，等效峰值波長λ選擇為單波段，所述的單波段為810-880nm，FWHM>30nm。