[發(fā)明專利]遠(yuǎn)距離虹膜智能成像裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210272253.5
• 申請(qǐng)日: 2012-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN102855471A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚鐵牛;孫哲南;侯廣琦;秦婭楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G02B27/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)工程、生物特征識(shí)別、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)距離虹膜智能成像裝置及方法，用于實(shí)現(xiàn)大景深、高質(zhì)量、多目標(biāo)虹膜智能成像。

背景技術(shù)

生物特征識(shí)別中的虹膜識(shí)別具有唯一性好、準(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)有前景。其中，虹膜成像是虹膜識(shí)別的基礎(chǔ)，直接制約識(shí)別過程的準(zhǔn)確性和效率。

目前商業(yè)應(yīng)用較為成熟的虹膜識(shí)別專利產(chǎn)品(如CN1416779A、CN1282048A、CN1752990A、CN1439998A、JP2001215109A等)大多采用低像素和短焦距的鏡頭，并加入語音、顯示器指示等提示裝置通過限制用戶距離和姿勢(shì)來獲取虹膜圖像，這種需要用戶主動(dòng)配合的近距離采集方式限制了虹膜識(shí)別的應(yīng)用推廣，而遠(yuǎn)距離虹膜成像在降低用戶配合度、增加易用性方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為此，部分研究機(jī)構(gòu)對(duì)遠(yuǎn)距離虹膜成像裝置開展相關(guān)研究(如US7627147B2、US2009/0046899A1、US2003/0219247A1、KR100869998B、CN101520838A、CN101499129B、CN101814130A等)，設(shè)計(jì)開發(fā)基于攝像機(jī)陣列和基于旋轉(zhuǎn)云臺(tái)這兩種人機(jī)交互形式的虹膜成像裝置。

在遠(yuǎn)距離虹膜成像情況下，由于人的虹膜尺寸很小(10mm左右)，為了保證虹膜識(shí)別所需要的圖像分辨率(至少需要150像素)和用來增強(qiáng)虹膜紋理對(duì)比度的近紅外光源的通光量，需要光學(xué)系統(tǒng)的通光孔徑較大，而通光孔徑與光圈成反比，孔徑增大勢(shì)必引起光圈減小，進(jìn)而引起景深變小，景深小容易造成圖像離焦模糊，降低圖像質(zhì)量，最終影響識(shí)別率的提高。因此，景深問題是遠(yuǎn)距離虹膜成像的難點(diǎn)。目前主要有兩種擴(kuò)大虹膜圖像景深的方法，一種是調(diào)整變焦鏡頭自動(dòng)對(duì)焦(如KR100869998B、CN101814130A等)，主要有通過判斷人眼位置和基于清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)兩種自動(dòng)對(duì)焦方式；另一種是利用圖像處理算法恢復(fù)離焦虹膜圖像來提高景深(如US2009/0046249A1、US2007/0216798A1等)，主要有通過增設(shè)白適應(yīng)光學(xué)波前編碼元件并進(jìn)行圖像后處理和僅從算法層面進(jìn)行離焦虹膜圖像復(fù)原兩種形式。

但是，上述兩種增大景深的方法都有各自的弊端。對(duì)于自動(dòng)對(duì)焦方式而言，由于系統(tǒng)延遲(機(jī)械云臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)和自動(dòng)對(duì)焦時(shí)間造成)的存在，虹膜圖像離焦現(xiàn)象仍會(huì)發(fā)生。而對(duì)于圖像處理方式而言，普遍存在景深擴(kuò)大范圍較小的問題。而光場(chǎng)相機(jī)從基礎(chǔ)的光學(xué)成像角度增大景深，具有景深可控范圍大的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于遠(yuǎn)距離虹膜成像領(lǐng)域可解決關(guān)鍵的景深問題。

光場(chǎng)定義為光輻射在空間各個(gè)位置各個(gè)方向的傳播。Adelson首次將光場(chǎng)理論應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺，并提出全光場(chǎng)相機(jī)的概念，在提取圖像深度信息方面更加簡單可靠。Levoy提出光場(chǎng)渲染理論，對(duì)四維光場(chǎng)進(jìn)行參數(shù)化表示并設(shè)計(jì)獲取四維光場(chǎng)的裝置(如WO9849667A2)，進(jìn)一步促進(jìn)了光場(chǎng)相機(jī)的發(fā)展。四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取方式有多種(如CN101430426A、CN102026011A等)，其中，利用四維光場(chǎng)數(shù)據(jù)完成圖像重聚焦、擴(kuò)大圖像景深的實(shí)現(xiàn)方式(如US2010/0026852A1、US7949252B1等)，主要有兩種：一種是Adelson提出的全光場(chǎng)相機(jī)和在此基礎(chǔ)上Ng提出的基于微透鏡陣列的便攜式光場(chǎng)相機(jī)，后者與Adelson設(shè)計(jì)相比光程更短，提高了便攜性；另一種是Georgeiv提出的基于集成成像的采用透鏡-棱鏡組合結(jié)構(gòu)的光場(chǎng)相機(jī)，可外接在普通相機(jī)鏡頭上，移植性更強(qiáng)。

然而，現(xiàn)有光場(chǎng)相機(jī)技術(shù)直接應(yīng)用于遠(yuǎn)距離虹膜成像領(lǐng)域還存在一些問題，首先是算法計(jì)算量大，影響實(shí)時(shí)系統(tǒng)成像速度；其次是重對(duì)焦點(diǎn)需人工指定，不能滿足虹膜成像系統(tǒng)實(shí)際需求。為此，需結(jié)合頭部姿態(tài)估計(jì)、人臉檢測(cè)和人眼檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)相機(jī)在遠(yuǎn)距離虹膜成像領(lǐng)域的智能化應(yīng)用。其中，基于深度圖像的方法(如US2007/0216894A1、CN202171447U等)由于其對(duì)光照不敏感、算法時(shí)間復(fù)雜度低而逐漸成為頭部姿勢(shì)估計(jì)的主流方法；Viola的Adaboost算法在實(shí)時(shí)人臉檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛；融合多種信息的人眼檢測(cè)方法相比基于形狀、表觀的方法能夠取得更為魯棒的定位效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種遠(yuǎn)距離大景深智能虹膜成像裝置和方法，降低用戶配合度，提高虹膜成像質(zhì)量。