[发明专利]用于虹膜成像装置的系统级光电优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于虹膜成像装置的系统级光电优化设计方法，属光电领域。

背景技术

目前为止，所有的用于虹膜成像装置的公开文献和专利检索显示，都大致为描述虹膜成像装置的结构，部件及光学电学元件组成方法等内容。

本发明人发现到目前为止没有任何一种在实际应用中在给定需求条件下，用于系统级的指导虹膜成像装置光电优化设计的方法，另一方面特别是如何获得虹膜与巩膜，虹膜与瞳孔，虹膜纹理三者高对比度的高质量虹膜图像都需要一种系统级光电优化设计方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在客观给定需求条件下，提供一种用于系统级的指导虹膜成像装置光电优化设计的方法，完成系统级的虹膜成像装置设计，实现成像高质量虹膜图像。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于虹膜成像装置的系统级光电优化设计方法，根据在给定工作物距WOD的条件下，系统级优化设计包括光学成像物镜，近红外光学滤光器和近红外照明光源，图像成像传感器及优化的系统级光电信号产生及处理方法，其所述的特征是：

1.定义系统级光电参数λ，FWHM，I，E, EFL，F，FOV，OE_TE，ADC_T，GAIN， SNR，ET

近红外光学滤光器的透射率峰值波长设置为近红外照明光源等效峰值波长λ，

近红外光学滤光器的半最大值全波FWHM大于等于近红外照明光源产生的光谱FWHM，

其中所述的等效峰值波长λ=∑h_iλ_i，∑h_i=1 _{<1>     ，}

h_i为近红外照明光源光谱的辐射强度归一化系数_；λ_i为近红外照明光源光谱，波长范围750nm-880nm；

更进一步，图像成像传感器采用单色类型时，等效峰值波长λ选择为双波段或单波段，所述的双波段进一步包含750-810nm（典型值为780nm）和810-880nm（典型值为850nm）两个波段, FWHM>30nm，所述的单波段包含780-850nm（典型值为810nm）, FWHM>30nm；

图像成像传感器采用彩色类型时，等效峰值波长λ选择为单波段，所述的单波段为810-880nm（典型值为850nm），FWHM>30nm；

近红外照明光源的辐射强度I（mW/sr，毫瓦每球面度）：

I=E*WOD²   E<10mW/cm²                      <2>

其中：  E为在给定的工作物距WOD处接受的近红外照明光源的最大辐射率或辐射照度；

光学成像物镜的等效焦距值EFL具有：

EFL=WOD*β/(1+β)        <3>

其中：WOD为给定的工作物距；

β为虹膜像方和物方空间分辨率比率

β=SOP*POI/SOI           <4>

其中所述的

SOP（size of pixel）为图像成像传感器单位像素的物理尺度；

POI为预设的虹膜直径在像方空间分辨率的像素尺度，

SOI为预设的虹膜平均直径在物方空间分辨率的物理尺度；

光学成像物镜的光圈F值（或相对光学孔径倒数）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为光学成像物镜的光瞳或通光孔径的直径；

光学成像物镜的视场角FOV具有：

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

其中所述的DOI为图像成像传感器的对角线像素数量；

图像成像传感器具有光电量子转换效率OE_TE>1V/ (mW/cm²*s)

图像成像传感器具有模数转换器ADC的转换分辨率ADC_T=2^NLSB/V，LSB为ADC分辨率最低有效位， N为ADC分辨率有效位数，N≥8；

图像成像传感器具有在模拟增益GAIN=1.0时，信噪比SNR>38db；