本实用新型涉及生物识别领域，特别是指一种具有补光电路的虹膜识别装置。
背景技术：
虹膜识别作为生物识别中最安全、最精确的识别方法越来越受到人们的关注。虹膜是瞳孔和巩膜之间的环形可视区域，由复杂的纤维状组织构成，具有丰富的、错综复杂的纹理结构，这些复杂的纹理结构构成了虹膜识别的重要特征。虹膜的形成是在胚胎时期随机生成的，而且每个人虹膜结构各不相同，并且这种独特的虹膜结构在人的一生中几乎不发生变化。虹膜识别主要包括虹膜图像的获取、虹膜图像质量评估、虹膜图像的预处理、虹膜图像归一化、虹膜图像的特征提取以及虹膜特征比对。
现有的虹膜识别装置多为近距离(40厘米以内)虹膜识别装置，其多采用一颗或两颗近红外LED补光灯就可以实现虹膜识别补光要求；而对于中远距离(中距离为40-80厘米，远距离为80厘米以上)虹膜识别装置，由于其识别距离较远，采集虹膜图像时需要较多能量的近红外光，故会采用更多颗近红外LED补光灯，然而，当补光灯的数量较多时，发明人研究发现，桌面化应用场景对佩戴眼镜的人群不太友好，眼镜镜面反光严重导致虹膜识别效果不佳。
并且，对于采用较多颗近红外LED补光灯的补光电路，考虑到LED灯的特性，现有技术通常采用的电路设计方案是利用电源(如12V)直接驱动近红外LED补光灯，电路中串联限流电阻，并采用MOS管进行电源开关控制。例如，发明人之前采用的补光电路如图1所示，采用9颗近红外LED补光灯实现虹膜识别补光要求，9颗近红外灯采用3串3并模式，使用MOS管做整个电源开关控制。
图1所示电路中，当选用近红外灯主要特性：VF＝1.5V，IF＝150mA，3路并联灯组理论电流约450mA，故需开关管导通电流大于500mA及以上，且导通阻抗小于0.15Ω，根据近红外灯的特性选定限流电阻阻值为50欧姆(标称49.9Ω)，正常工作时每颗限流电阻功耗约为1.125W，故需选用2W的绕线电阻；具体工作流程为：电源输入12V，当需要进行虹膜识别时，主控板上的控制芯片发出开灯指令，灯板收到开灯指令后MOS管导通，近红外灯点亮开始工作；当虹膜识别完成，主控板上的控制芯片发出关灯指令，灯板收到关灯指令后，MOS管截止，近红外灯停止工作。
发明人发现上述电路存在如下缺点：该电路采用电阻限流，导致约60％的功耗损耗，且限流电阻发热严重，发热还会给虹膜镜头成像带来温飘，需额外考虑结构做散热处理；绕线电阻体积较大，对PCB布局有较大影响，而且需要额外12V电源供电。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种散热少、体积小、虹膜识别效果好的具有补光电路的虹膜识别装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：
一种具有补光电路的虹膜识别装置，包括壳体，所述壳体内设置有虹膜镜头，其中：
所述壳体内还设置有主控板和与所述主控板相连接的第一补光灯板和第二补光灯板，所述第一补光灯板和第二补光灯板对称设置于所述虹膜镜头的水平方向两侧，所述虹膜镜头的光轴与所述第一补光灯板、第二补光灯板的中心延长线的交角为1-10度；
所述第一补光灯板和第二补光灯板上均布设置有若干近红外LED补光灯，所述第一补光灯板和第二补光灯板对应的补光电路均包括用于驱动连接所述近红外LED补光灯的补光灯驱动芯片；
所述主控板上设置有分时使能控制电路，用于控制所述补光电路交替点亮所述第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯。
进一步的，所述虹膜镜头的光轴与所述第一补光灯板、第二补光灯板的中心延长线的交角为2-3度。
进一步的，所述补光灯驱动芯片为SGM3780，其中：
所述补光灯驱动芯片的第5引脚SW1和第6引脚SW2经电感连接电源，第4引脚VIN连接电源同时经电容接地，第10引脚ENF经电阻接地，第11引脚ENM经电阻接地同时连接至主控板的补光电路使能控制端，第3引脚AGND1、13引脚AGND2、7引脚PGND及15引脚GND直接接地，第1引脚RSETM经并联电阻接地，第2引脚RSETF经电阻接地，第8引脚VOUT1和第9引脚VOUT2连接补光灯并联电路的正极，补光灯并联电路的正极还经电容接地，第12引脚D1和第14引脚D2连接补光灯并联电路的负极。
进一步的，所述分时使能控制电路采用振荡电路输出设定频率的方波，再分别通过与门和非门来控制所述第一补光灯板和第二补光灯板的补光电路的使能。
进一步的，所述振荡电路采用NE555计时器芯片，其中：
所述NE555计时器芯片的第1引脚GND接地，第4引脚R连接至主控板的计时器芯片使能控制端，第5引脚CV经电容接地，第8引脚VCC接电源，第3引脚Q一路经非门连接至第一与门的一个输入端，该第一与门的另一输入端接所述计时器芯片使能控制端，该第一与门的输出端为所述第一补光灯板的补光电路使能控制端，第3引脚Q另一路连接至第二与门的两个输入端，该第二与门的输出端为所述第二补光灯板的补光电路使能控制端。
进一步的，所述NE555计时器芯片的第7引脚DIS经电阻接电源，第6引脚THR和第2引脚TR均经电容接地同时经电阻连接所述第7引脚DIS。
进一步的，所述非门采用74HC04内含6组相同的反相器的非门，所述第一与门和第二与门采用74HC08的四组2输入端与门。
进一步的，所述虹膜镜头的采集距离为40-80厘米，所述第一补光灯板和第二补光灯板上分别设置有4颗近红外LED补光灯，分为2列每列2颗，同时所述虹膜镜头的图像传感器芯片单元为低照度模式。
进一步的，所述主控板上设置有DSP处理芯片单元，所述DSP处理芯片单元连接有图像传感器芯片单元、接口单元、电源单元和所述分时使能控制电路，通过所述DSP处理芯片单元的GPIO管脚来控制所述补光电路交替点亮所述第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯。
进一步的，所述DSP处理芯片单元还连接有加密芯片单元，所述主控板包括控制处理板和传感器板，所述DSP处理芯片单元、加密芯片单元、接口单元、电源单元和所述分时使能控制电路位于所述控制处理板上，所述图像传感器芯片单元位于所述传感器板上。
本实用新型实施例具有以下有益效果：
上述方案中，主控板连接有第一补光灯板和第二补光灯板，由于两补光灯板均采用补光灯驱动芯片来直接驱动近红外LED补光灯，控制精度高；相对于现有技术无需设置限流电阻，散热少，并且也无需设置12V电源对近红外LED补光灯供电，电路整体体积小，便于布局；两补光灯板对称成一定角度设置于虹膜镜头的水平方向两侧，主控板上设置有分时使能控制电路，用于控制补光电路交替点亮第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯，本实用新型实施例通过采用两路补光电路，使两补光灯板在不同角度分时点亮，从而能够消除光斑对虹膜识别造成的影响，提高虹膜识别效果。因此，本实用新型实施例散热少、体积小、虹膜识别效果好。
附图说明
图1为发明人之前采用的虹膜识别装置的补光电路的电路连接图；
图2为本实用新型具有补光电路的虹膜识别装置实施例的原理图；
图3为图2所示虹膜识别装置中虹膜镜头与补光灯板的位置关系图；
图4为图2所示虹膜识别装置中补光电路的电路连接图；
图5为图2所示虹膜识别装置中分时使能控制电路的电路连接图；
图6为图2所示虹膜识别装置中主控板上的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、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。
本实施例提供一种具有补光电路的虹膜识别装置，包括壳体，壳体内设置有虹膜镜头，其中：
如图2-3所示，壳体内还设置有主控板11和与主控板11相连接的第一补光灯板12和第二补光灯板13，第一补光灯板12和第二补光灯板13对称设置于虹膜镜头14的水平方向两侧，虹膜镜头14的光轴与第一补光灯板12、第二补光灯板13的中心向前延长线的交角α为1-10度；
第一补光灯板12和第二补光灯板13上均布设置有若干近红外LED补光灯，第一补光灯板和第二补光灯板各自对应的补光电路均包括用于驱动连接所述近红外LED补光灯的补光灯驱动芯片；
主控板11上设置有分时使能控制电路，用于控制所述补光电路交替点亮第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯。
本实施例具有以下优点：
(1)主控板连接有第一补光灯板和第二补光灯板，由于两补光灯板均采用补光灯驱动芯片来直接驱动近红外LED补光灯，控制精度高；相对于现有技术无需设置限流电阻，散热少，并且由于采用补光灯驱动芯片(芯片的电源完全可以来自外部USB接口，实现非常方便)来供电也无需设置12V电源对近红外LED补光灯供电，电路整体体积小，便于布局；
(2)发明人通过多次对比实验发现，在近红外LED补光灯常亮的情况下，佩戴眼镜做虹膜识别时在近红外灯与眼镜镜面成某些角度时会在眼镜镜面上形成光斑，从而造成虹膜区域被光斑遮挡，虹膜识别困难的问题。因此，本实施例中，两补光灯板对称成一定角度设置于虹膜镜头的水平方向两侧，主控板上设置有分时使能控制电路，用于控制补光电路交替点亮第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯，本实施例通过采用两路补光电路，使两补光灯板在不同角度分时点亮，从而能够消除光斑对虹膜识别造成的影响，提高虹膜识别效果。
综上，本实施例散热少、体积小、虹膜识别效果好，特别适用于采用较多颗近红外LED补光灯的中远距离虹膜识别装置。
优选的，虹膜镜头14的光轴与第一补光灯板12、第二补光灯板13的中心向前延长线的交角α为2-3度，该角度能够起到最佳的补光效果，提高虹膜图像的采集质量。
上述实施例中，对于补光电路，具体可以采用以下电路连接方式：
如图4所示，补光灯驱动芯片U2为SGM3780，补光灯驱动芯片U2的第5引脚SW1和第6引脚SW2经电感L2连接电源VBUS，第4引脚VIN连接电源同时经电容C4接地，第10引脚ENF经电阻R8接地，第11引脚ENM经电阻R9接地同时连接至主控板的补光电路使能控制端(第一补光灯板对应的补光电路使能控制端为LED1_EN，第二补光灯板对应的补光电路使能控制端为LED2_EN)，用于接收主控板上控制芯片的控制指令，第3引脚AGND1、13引脚AGND2、7引脚PGND及15引脚GND直接接地，第1引脚RSETM经并联电阻R10和R11接地，第2引脚RSETF经电阻R12接地，第8引脚VOUT1和第9引脚VOUT2连接补光灯并联电路(图4所示实施例中，补光灯并联电路采用2串2并模式，由D2、D3、D4、D6共4颗LED灯构成)的正极，补光灯并联电路的正极还经电容C5接地，第12引脚D1和第14引脚D2连接补光灯并联电路的负极。第一补光灯板和第二补光灯板可以采用相同结构的补光电路。
本实施例中，基于LED驱动芯片SGM3780做驱动，使用其movie/torch mode，在目前双路300mA驱动电流情况下，该芯片驱动效率约为92％，L2电感1uH，C4电容2.2uF/10V，C5电容4.7uF/10V，R8-R12电阻阻值分别为：100KΩ、100KΩ、130KΩ、130KΩ、100KΩ。
电路工作流程为：
当采集用户虹膜图像时，主控板的控制芯片发送控制指令即高电平控制补光灯驱动芯片使能端ENM使能，开始工作(LED1_EN为低电平时补光灯驱动芯片不工作)，同时电源VBUS向补光灯驱动芯片第5引脚和第6引脚(SW1、SW2电压输入端)提供输入电压，L2电感此时对电路电荷进行积累，积累到一定程度电压使得驱动芯片的SW与VOUT之间的MOS管不断开关，形成电流突变，进而控制输出给LED灯的电压。
本实施例的补光电路效率高，整机无需额外考虑散热问题，控制精度较高，且芯片集成了开/短路保护，电路整体稳定性较传统限流电路更高，电路布局空间较小，利于布局。
上述实施例中，对于分时使能控制电路，优选采用振荡电路输出设定频率的方波，再分别通过与门和非门来控制第一补光灯板和第二补光灯板的补光电路的使能。
具体的，如图5所示，振荡电路可以采用NE555计时器芯片，其中：
NE555计时器芯片是8脚封装，第1引脚GND接地，第4引脚复位端R连接至主控板的计时器芯片使能控制端CTL(加上低电平时可使输出为低电平)，第5引脚控制电压端CV经电容接地(可用该引脚改变上下触发电平值，若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，串入一只电容接地，以防引入干扰)，第8引脚VCC接电源VBUS，第3引脚输出端Q一路经非门U5A连接至第一与门U6B的一个输入端，该第一与门U6B的另一输入端接所述计时器芯片使能控制端CTL，该第一与门U6B的输出端为第一补光灯板的补光电路使能控制端LED1_EN，第3引脚输出端Q另一路连接至第二与门U6A的两个输入端，该第二与门U6A的输出端为第二补光灯板的补光电路使能控制端LED2_EN。
进一步的，NE555计时器芯片的第7引脚放电端DIS经电阻R19接电源VBUS，第6引脚阈值端THR(上比较器的输入)和第2引脚触发端TR(下比较器的输入)均经电容C10接地同时经电阻R20连接第7引脚DIS。非门U5A可以采用74HC04内含6组相同的反相器的非门，即1脚输入高电平时，2脚输出低电平；第一与门U6B和第二与门U6A可以采用74HC08的四组2输入端与门，1和2脚为输入端，3脚为输出端，1脚和2脚输入高电平时，3脚输出高电平。
图5所示的分时使能控制电路，采用传统的NE555计时器芯片，实现振荡器功能，通过R19、R20、C10的值来设定振荡频率及占空比，具体值需根据选定镜头和帧率做具体调试适配。门电路U5和U6输出分别控制2路补光灯驱动，且这2个门电路能确保控制电路延时保持一致。
具体控制流程如下：
(1)主控板的计时器芯片使能控制端CTL输出高电平时，NE555正常工作，3脚输出振荡电平，
A、当振荡输出高电平时，U5非门的2脚输出低电平，U6与门的6脚输出为低电平，即LED1_EN低电平，第一路补光电路不工作；U6与门的3脚输出高电平，即LED2_EN高电平，第二路补光电路工作；
B、当振荡输出低电平时，U5非门的2脚输出高电平，U6与门的6脚输出为高电平，即LED1_EN高电平，第一路补光电路工作；U6与门的3脚输出低电平，即LED2_EN低电平，第二路补光电路不工作。
(2)主控板的计时器芯片使能控制端CTL输出为低电平时，NE555处于复位清零状态，3脚输出始终为低电平。
A、U5非门的2脚输出为高电平，U6与门的6脚输出为低电平，即LED1_EN低电平，第一路补光电路不工作；
B、U6与门的3脚输出低电平，即LED2_EN低电平，第二路补光电路不工作。
本方案中，采用两个SGM3780构成两路补光电路，使能波形相位相差180°，使得两路补光电路分别驱动两补光灯板上的补光灯不会同时点亮，其电流总和也不会超出USB2.0的供电能力。
在进一步的实施例中，虹膜镜头的采集距离可以为40-80厘米，第一补光灯板和第二补光灯板上分别设置有4颗近红外LED补光灯，分为2列每列2颗(可以采用图4所示2串2并连接模式)，同时虹膜镜头的图像传感器芯片单元为低照度模式。
本实施例特别适用于中距离虹膜识别装置，相对于发明人之前需要用9颗近红外LED补光灯的方案，LED补光灯数量大大减少，虽然可能存在补光不足的问题，本实施例通过技巧性的设置虹膜镜头的图像传感器芯片单元为低照度模式，利用其自带的该工作模式，完美的解决补光可能不足的问题，使得采用上述较少数量的补光灯即可在中距离情况下实现图像采集识别。
以上实施例中，主控板上的电路可以采用以下典型布置方式：
如图6所示，主控板上设置有DSP处理芯片单元111(作为控制芯片)，DSP处理芯片单元111连接有图像传感器芯片单元112(其上对应设置所述虹膜镜头)、接口单元113、电源单元114和所述分时使能控制电路115，通过DSP处理芯片单元111的GPIO管脚来控制补光电路交替点亮第一补光灯板和第二补光灯板上的近红外LED补光灯。本方案通过DSP的GPIO使能控制即可实现双路补光灯交替点亮，节省DSP硬件资源，控制简单。
为了提高数据传输的安全性，DSP处理芯片单元111还可以连接有加密芯片单元116，以对虹膜图像数据进行加密处理。另外，为方便安装和内部结构设计，主控板可以包括控制处理板和传感器板，此时DSP处理芯片单元、加密芯片单元、接口单元、电源单元和所述分时使能控制电路位于控制处理板上，图像传感器芯片单元位于传感器板上。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。