CN105137568A - 虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置，属于生物识别领域，该成像镜头从前到后为第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组；第一透镜组包括具有正光焦度的第一透镜；第二透镜组包括具有负光焦度的第二透镜和具有负光焦度的第三透镜；第三透镜组包括具有正光焦度的第四透镜、具有正光焦度的第五透镜、具有正光焦度的第六透镜、具有负光焦度的第七透镜和具有正光焦度的第八透镜；第一至第八透镜依次为平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜、双凸透镜、平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜和双凸透镜；第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组相互之间的距离可调。该镜头结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。

Description

虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置

技术领域

本发明涉及生物识别领域，特别是指一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置。

背景技术

现代社会随着互联网和电子商务的不断发展，人们在享受其带来的各种便捷性的同时也更加关注个人信息和身份的安全。而在众多的保护方法中，通过人固有的生物特征来保证信息及身份安全的方式越来越得到广泛的认可，逐渐成为系统登录、身份认证、公共安全管理的首选。目前指纹、虹膜、人脸、静脉等安全认证方法和设备已经在日常生活及安全领域进行应用，但是某一项单一生物特征识别技术都有其局限性，不能满足所有人的应用(如：不能将指纹识别应用于破损指纹的人)，因而组合生物特征识别技术成为近年来关注的热点，其一定程度上克服了一定的局限性，且总体识别精度通常会高于单一生物特征识别技术。在众多生物特征识别组合中，人脸识别和虹膜识别是最具潜力的生物特征识别技术。

目前现有的虹膜和人脸融合识别设备一般有2个以上的成像系统配合使用，一个用于人脸图像拍摄，一个用于虹膜图像拍摄，整体结构复杂，操作控制较难，且价格较高，如：专利CN1618079利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法，其整个系统包括2个或更多人脸识别相机以及两个虹膜识别相机，整个系统利用人脸相机采集的信息经分析得到控制信息以控制步进电机驱动虹膜相机进行工作，系统比较复杂，需要非常精密的配合才能很好的应用。

发明内容

本发明提供一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头、成像模组和识别装置，该镜头结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，沿光轴方向从前到后依次包括：具有正光焦度的第一透镜组，具有负光焦度的第二透镜组，和具有正光焦度的第三透镜组，其中：

所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面为凸面，后表面为平面；

所述第二透镜组沿光轴方向从前到后依次包括第二透镜和第三透镜；所述第二透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；所述第三透镜为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面为凹面，后表面为平面；

所述第三透镜组沿光轴方向从前到后依次包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；所述第五透镜为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面为凸面，后表面为平面；所述第六透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；所述第七透镜为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面为平面，后表面为凹面；所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组相互之间的距离可调，当处于第一位置关系时，能够用于采集人脸图像；当处于第二位置关系时，能够用于采集虹膜图像；当处于第一位置关系时所述两档变焦成像镜头的焦距小于当处于第二位置关系时所述两档变焦成像镜头的焦距。

一种虹膜/人脸用两档变焦成像模组，包括上述任一的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头以及位于所述虹膜/人脸用两档变焦成像镜头后方的图像传感器，所述图像传感器为CCD或CMOS传感器。

一种虹膜/人脸用两档变焦识别装置，包括上述任一的成像模组以及与所述成像模组连接的硬件电路。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头沿光轴方向从前到后依次有第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，并且它们之间的距离可调，当处于第一位置关系时，此时为短焦端，能够用于采集人脸图像；当处于第二位置关系时，此时为长焦端，能够用于采集虹膜图像；短焦端的焦距小于长焦端的焦距，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头适用于较宽的成像波长范围，包括可见光波段(400-700nm)和近红外波段(700-900nm)。本发明使用3组透镜组即可完成人脸和虹膜图像的采集，结构简单，成本低；并且变焦只需要移动第二透镜组和第三透镜组即可，使用方便。

本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头沿光轴方向从前到后的八片透镜依次为平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜、双凸透镜、平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜和双凸透镜。该成像镜头在短焦端采集人脸图像时，在可见光波段具有较高的成像质量，可用于采集清晰的人脸图像；在长焦端采集虹膜图像时，在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小，可用于采集纹理丰富的虹膜图像(尤其是双目虹膜图像)。成像质量高。

因此，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。

附图说明

图1为本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头的结构示意图；

图2为本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在变焦时各透镜组的变化示意图；其中2a为短焦端，2b为长焦端；

图3为实施例一的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在短焦端的光学性能曲线图，其中：3A为畸变曲线图，3B为场曲曲线图，3C为MTF特性曲线图；

图4为实施例一的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在长焦端的光学性能曲线图，其中：4A为畸变曲线图，4B为场曲曲线图，4C为MTF特性曲线图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，如图1所示，沿光轴方向从前到后依次包括：具有正光焦度的第一透镜组101，具有负光焦度的第二透镜组102，和具有正光焦度的第三透镜组103，其中：

第一透镜组101包括第一透镜1，第一透镜1为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面11为凸面，后表面12为平面；

第二透镜组102沿光轴方向从前到后依次包括第二透镜2和第三透镜3；第二透镜2为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面21为凸面，后表面22为凹面；第三透镜3为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面31为凹面，后表面32为平面；

第三透镜组103沿光轴方向从前到后依次包括第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和第八透镜8；第四透镜4为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面41为凸面，后表面42为凸面；第五透镜5为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面51为凸面，后表面52为平面；第六透镜6为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面61为凸面，后表面62为凹面；第七透镜7为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面71为平面，后表面72为凹面；第八透镜8为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面81为凸面，后表面82为凸面；

第一透镜组101、第二透镜组102和第三透镜组103相互之间的距离可调，当处于第一位置关系时，能够用于采集人脸图像；当处于第二位置关系时，能够用于采集虹膜图像；当处于第一位置关系时两档变焦成像镜头的焦距小于当处于第二位置关系时两档变焦成像镜头的焦距。为保证成像时免于其他光线的干扰，可以设置滤光片滤除杂散光，滤光片包括可见光滤光片以及近红外滤光片，其中当处于第一位置关系时即短焦端，采集人脸图像时，设置可见光滤光片允许可见光波段(400-700nm)通过，其他波段光滤除掉，当处于第二位置关系时即长焦端，采集虹膜图像，设置近红外滤光片允许近红外波段通过，其他波段光滤除掉，同时需要配置滤光片切换装置，用于使用时可见光滤光片和近红外滤光片的切换。

与现有技术相比，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头沿光轴方向从前到后依次有第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组，并且它们之间的距离可调，当处于第一位置关系时，此时为短焦端，能够用于采集人脸图像；当处于第二位置关系时，此时为长焦端，能够用于采集虹膜图像；短焦端的焦距小于长焦端的焦距，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头适用于较宽的成像波长范围，包括可见光波段(400-700nm)和近红外波段(700-900nm)。本发明使用3组透镜组即可完成人脸和虹膜图像的采集，结构简单，成本低；并且变焦只需要移动第二透镜组和第三透镜组即可，使用方便。

本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头沿光轴方向从前到后的八片透镜依次为平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜、双凸透镜、平凸透镜、凸凹透镜、平凹透镜和双凸透镜。该成像镜头在短焦端采集人脸图像时，在可见光波段具有较高的成像质量，可用于采集清晰的人脸图像；在长焦端采集虹膜图像时，在近红外波段具有较高的成像质量，畸变小，可用于采集纹理丰富的虹膜图像(尤其是双目虹膜图像)。成像质量高。

因此，本发明的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。

作为本发明的一种改进，各个透镜的焦距可以满足：12≤F1/Fw≤22，-2.5≤F2/Fw≤-1.3，0.8≤F3/Fw≤1.8，1.5≤Fw/FT≤3.5；其中，Fw为虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在采集人脸图像时的焦距，FT为虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在采集虹膜图像时的焦距，F1为第一透镜组焦距，F2为第二透镜组焦距，F3为第三透镜组焦距。

当各个透镜的焦距满足上述关系时，具有好的成像质量。

进一步的，Fw＝6mm，FT＝12mm，72mm≤F1≤132mm，-15mm≤F2≤-7.8mm，4.8mm≤F3≤10.8mm。

作为本发明的另一种改进，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的材质满足：1.5≤nd≤1.8,25≤vd≤65，其中，nd为透镜材质的折射率，vd为透镜材质的色散系数。采用上述折射率和色散系数的材质既能够得到较好的成像质量，又能节省材料成本。

优选的，如图1所示，第七透镜7和第八透镜8之间设置有用于控制光线(此处的光线指可见光和近红外光，下同)通过率的光阑9。光阑能够调节通过的光线的强弱，不同的环境下可以选择不同的光阑。

作为本发明的另一种改进，可以在第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的前表面及后表面均镀有能增强光线透过率的增透膜。增透膜能够增强光线的透过率，能够以较小的发射功率获得较清晰的虹膜图像，能够在较差的光照环境下获得较清晰的人脸图像。

优选的，增透膜透过光线的波长为400-700nm和700-900nm。400-700nm为可见光波段，增强可见光的透过率，方便采集人脸图像，700-900nm为近红外波段，增强近红外光的透过率，方便采集虹膜图像。

为进一步的节约成本，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的材质可以为玻璃。

下面以一个具体的实施例来对本发明进行进一步的阐述：

实施例一：

如图1所示，本实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头由八片三组透镜组和光阑9以构成，该镜头后方设置有图像传感器10，沿光轴方向从前到后依次为：具有正光焦度的第一透镜组101，其由一片具有正光焦度的第一透镜1构成，第一透镜1为平凸透镜，前表面11为凸面，后表面12为平面；具有负光焦度的第二透镜组102，其由第二透镜2和第三透镜3构成，第二透镜2具有负光焦度，其为凸凹透镜，前表面21为凸面，后表面22为凹面，第三透镜3具有负光焦度，其为平凹透镜，前表面31为凹面，后表面32位平面；具有正光焦度的第三透镜组103，其由第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7、第八透镜8及光阑9构成，第四透镜4具有正光焦度，其为双凸透镜，前表面41为凸面，后表面42为凸面，第五透镜5具有正光焦度，其为平凸透镜，前表面51为凸面，后表面52为平面，第六透镜6具有正光焦度，其为凸凹透镜，前表面61为凸面，后表面62为凹面，第七透镜7具有负光焦度，其为平凹透镜，前表面71为平面，后表面72为凹面，第八透镜8具有正光焦度，其为双凸透镜，前表面81为凸面，后表面82为凸面，光阑9位于第七透镜7与第八透镜8之间，八片透镜均为玻璃材质。成像面为图像传感器面，采用CCD或Cmos传感器。

本实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头适用于较宽的成像波长范围，包括可见光波段(400-700nm)和近红外波段(700-900nm)，为增加光线的透过率，透镜各面均镀有增透膜。

图2为本实施例在变焦时各透镜组的变化示意图，其中2a为短焦端，用于采集人脸图像，2b为长焦端，用于采集虹膜图像；将第一透镜组101固定，第二透镜组102在从短焦端向长焦端变焦时，朝向扩大与第一透镜组101的间隔的方向，沿着光轴方向，大幅远离第一透镜组101；第三透镜组103在从短焦端向长焦端变焦时，朝着缩短与第二透镜组102的间隔的方向，沿着光轴，向第二透镜组102大幅移动。本实施例在短焦端时适用于可见光波段(400-700nm)成像，可用于拍摄人脸图像进行人脸识别；在长焦端适用于近红外波段(700-900nm)成像，可用于拍摄清晰的双目虹膜图像，进行虹膜识别。

本实施例的具体结构参数详见表一，包括透镜面的表面类型、曲率半径、透镜厚度、折射率、色散系数等，具体设计规格详见表二，包括视场角、焦距、光圈等。其中Fw＝6mm,FT＝12mm,F1＝99mm,F2＝-11.2mm,F3＝8.9mm，其满足：12≤F1/Fw≤22，-2.5≤F2/Fw≤-1.3，0.8≤F3/Fw≤1.8，1.5≤Fw/FT≤3.5；其中Fw为虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在广角端(短焦端)的焦距，FT为虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在望远端(长焦端)的焦距，F1为第一透镜组焦距，F2为第二透镜组焦距，F3为第三透镜组焦距。

表一：实施例一的具体结构参数

表二：实施例一的具体设计规格

图3为本发明实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在短焦端的光学性能曲线图，3A显示本实施例的畸变曲线图(％)，在全视场范围内，畸变像差均在2％范围内；3B显示本实施例的场曲曲线图(mm)，在全视场范围内，子午面及弧矢面各光线的场曲像差均小于0.05mm；3C显示本实施例的MTF特性曲线，各视场MTF曲线比较均匀一致，中心和边缘成像质量相差较小，在空间频率100lp/mm处MTF值均接近0.6；由以上光学特性曲线图可以看出，本实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在短焦端其像散和畸变像差得到了很好的校正，具有优良的光学性能。

图4为本发明实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在长焦端的光学性能曲线图，4A显示本实施例的畸变曲线图(％)，在全视场范围内，畸变像差均在0.5％范围内；4B显示本实施例的场曲曲线图(mm)，在全视场范围内，子午面及弧矢面各光线的场曲像差均小于0.1mm；4C显示本实施例的MTF特性曲线，在空间频率100lp/mm处，中心视场MTF值在0.5以上，边缘视场MTF值在0.4以上；由以上光学特性曲线图可以看出，本实施例的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在长焦端其像散和畸变像差得到了很好的校正，具有优良的光学性能。

另一方面，本发明提供一种虹膜/人脸用两档变焦成像模组，包括上述任一的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头以及位于该虹膜/人脸用两档变焦成像镜头后方的图像传感器10，图像传感器10为CCD或CMOS传感器。本发明的成像模组结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。

再一方面，本发明提供一种虹膜/人脸用两档变焦识别装置，包括上述任一的成像模组以及与该成像模组连接的硬件电路。本发明的识别装置结构简单，成本低，使用方便，能够采集高质量的人脸和虹膜图像。本发明的识别装置应用于多模态识别，同时进行人脸和虹膜识别的身份认证，使得装置结构更加简单，成本更低。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，沿光轴方向从前到后依次包括：具有正光焦度的第一透镜组，具有负光焦度的第二透镜组，和具有正光焦度的第三透镜组，其中：

所述第一透镜组包括第一透镜，所述第一透镜为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面为凸面，后表面为平面；

所述第二透镜组沿光轴方向从前到后依次包括第二透镜和第三透镜；所述第二透镜为具有负光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；所述第三透镜为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面为凹面，后表面为平面；

所述第三透镜组沿光轴方向从前到后依次包括第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜；所述第四透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；所述第五透镜为具有正光焦度的平凸透镜，其前表面为凸面，后表面为平面；所述第六透镜为具有正光焦度的凸凹透镜，其前表面为凸面，后表面为凹面；所述第七透镜为具有负光焦度的平凹透镜，其前表面为平面，后表面为凹面；所述第八透镜为具有正光焦度的双凸透镜，其前表面为凸面，后表面为凸面；

所述第一透镜组、第二透镜组和第三透镜组相互之间的距离可调，当处于第一位置关系时，能够用于采集人脸图像；当处于第二位置关系时，能够用于采集虹膜图像；当处于第一位置关系时所述两档变焦成像镜头的焦距小于当处于第二位置关系时所述两档变焦成像镜头的焦距。

2.根据权利要求1所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，12≤F1/Fw≤22，-2.5≤F2/Fw≤-1.3，0.8≤F3/Fw≤1.8，1.5≤Fw/FT≤3.5；其中，Fw为所述虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在采集人脸图像时的焦距，FT为所述虹膜/人脸用两档变焦成像镜头在采集虹膜图像时的焦距，F1为第一透镜组焦距，F2为第二透镜组焦距，F3为第三透镜组焦距。

3.根据权利要求1所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，Fw＝6mm，FT＝12mm，72mm≤F1≤132mm，-15mm≤F2≤-7.8mm，4.8mm≤F3≤10.8mm。

4.根据权利要求1所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的材质满足：1.5≤nd≤1.8,25≤vd≤65，其中，nd为透镜材质的折射率，vd为透镜材质的色散系数。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，所述第七透镜和第八透镜之间设置有用于控制光线通过率的光阑。

6.根据权利要求5所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的前表面及后表面均镀有能增强光线透过率的增透膜。

7.根据权利要求6所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，所述增透膜透过光线的波长为400-700nm和700-900nm。

8.根据权利要求5所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和第八透镜的材质为玻璃。

9.一种虹膜/人脸用两档变焦成像模组，其特征在于，包括权利要求1-8任一权利要求所述的虹膜/人脸用两档变焦成像镜头以及位于所述虹膜/人脸用两档变焦成像镜头后方的图像传感器，所述图像传感器为CCD或CMOS传感器。

10.一种虹膜/人脸用两档变焦识别装置，其特征在于，包括权利要求9所述的成像模组以及与所述成像模组连接的硬件电路。