本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種遠距離虹膜成像裝置及方法，該裝置包括：用于深度成像的光學(xué)系統(tǒng)I、獲取光場數(shù)據(jù)的光學(xué)系統(tǒng)II；集成一體化近紅外光源；數(shù)據(jù)傳輸模塊；緩存單元；控制輸入設(shè)備；顯示設(shè)備；邏輯控制單元；處理單元。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了利用上述裝置進行遠距離虹膜成像的方法。本發(fā)明專利技術(shù)通過構(gòu)建透鏡陣列和多傳感器光學(xué)系統(tǒng)獲取光場數(shù)據(jù)，利用頭部姿態(tài)估計、人臉檢測和人眼檢測技術(shù)實現(xiàn)智能人機交互方式，結(jié)合圖像增強、拼接、重對焦等圖像處理方法共同實現(xiàn)遠距離大景深虹膜成像。本發(fā)明專利技術(shù)提高了虹膜識別技術(shù)的實用性，拓展了虹膜識別系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，對虹膜生物特征識別的研究和應(yīng)用發(fā)展具有重要推動作用。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光學(xué)工程、生物特征識別、圖像處理和計算機視覺等
，尤其涉及一種，用于實現(xiàn)大景深、高質(zhì)量、多目標虹膜智能成像。
技術(shù)介紹
生物特征識別中的虹膜識別具有唯一性好、準確率高、穩(wěn)定性強的優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)有前景。其中，虹膜成像是虹膜識別的基礎(chǔ)，直接制約識別過程的準確性和效率。目前商業(yè)應(yīng)用較為成熟的虹膜識別專利產(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來獲取虹膜圖像，這種需要用戶 主動配合的近距離采集方式限制了虹膜識別的應(yīng)用推廣，而遠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優(yōu)勢，為此，部分研究機構(gòu)對遠距離虹膜成像裝置開展相關(guān)研究(如 US7627147B2、US2009/0046899AU US2003/0219247AU KR100869998B、CN101520838A、CN101499129B、CN101814130A等)，設(shè)計開發(fā)基于攝像機陣列和基于旋轉(zhuǎn)云臺這兩種人機交互形式的虹膜成像裝置。在遠距離虹膜成像情況下，由于人的虹膜尺寸很小(IOmm左右)，為了保證虹膜識別所需要的圖像分辨率(至少需要150像素)和用來增強虹膜紋理對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，孔徑增大勢必引起光圈減小，進而引起景深變小，景深小容易造成圖像離焦模糊，降低圖像質(zhì)量，最終影響識別率的提高。因此，景深問題是遠距離虹膜成像的難點。目前主要有兩種擴大虹膜圖像景深的方法，一種是調(diào)整變焦鏡頭自動對焦(如KR100869998B、CN101814130A等)，主要有通過判斷人眼位置和基于清晰度評價函數(shù)兩種自動對焦方式；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)波前編碼元件并進行圖像后處理和僅從算法層面進行離焦虹膜圖像復(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。對于自動對焦方式而言，由于系統(tǒng)延遲(機械云臺的運轉(zhuǎn)和自動對焦時間造成)的存在，虹膜圖像離焦現(xiàn)象仍會發(fā)生。而對于圖像處理方式而言，普遍存在景深擴大范圍較小的問題。而光場相機從基礎(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，應(yīng)用于遠距離虹膜成像領(lǐng)域可解決關(guān)鍵的景深問題。光場定義為光福射在空間各個位置各個方向的傳播。Adelson首次將光場理論應(yīng)用于計算機視覺，并提出全光場相機的概念，在提取圖像深度信息方面更加簡單可靠。Levoy提出光場渲染理論，對四維光場進行參數(shù)化表示并設(shè)計獲取四維光場的裝置(如W09849667A2)，進一步促進了光場相機的發(fā)展。四維光場數(shù)據(jù)的獲取方式有多種(如CN101430426A、CN102026011A等)，其中，利用四維光場數(shù)據(jù)完成圖像重聚焦、擴大圖像景深的實現(xiàn)方式(如US2010/0026852A1、US7949252B1等)，主要有兩種一種是Adelson提出的全光場相機和在此基礎(chǔ)上Ng提出的基于微透鏡陣列的便攜式光場相機,后者與Adelson設(shè)計相比光程更短，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)的光場相機，可外接在普通相機鏡頭上，移植性更強。然而，現(xiàn)有光場相機技術(shù)直接應(yīng)用于遠距離虹膜成像領(lǐng)域還存在一些問題，首先是算法計算量大，影響實時系統(tǒng)成像速度；其次是重對焦點需人工指定，不能滿足虹膜成像系統(tǒng)實際需求。為此，需結(jié)合頭部姿態(tài)估計、人臉檢測和人眼檢測技術(shù)實現(xiàn)光場相機在遠距離虹膜成像領(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)由于其對光照不敏感、算法時間復(fù)雜度低而逐漸成為頭部姿勢估計的主流方法；Viola的Adaboost算法在實時人臉檢測系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛；融合多種信息的人眼檢測方法相比基于形狀、表觀的方法能夠取得更為魯棒的定位效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種遠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。 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本專利技術(shù)的一個方面，提供了一種遠距離虹膜成像裝置，其特征在于，該裝置包括一用于深度成像的光學(xué)系統(tǒng)I 101;—獲取光場數(shù)據(jù)的光學(xué)系統(tǒng)II102 ;一為光場虹膜成像和深度成像提供光照的集成一體化近紅外光源103 ;—數(shù)據(jù)傳輸模塊104 邏輯控制單元108 ;—處理單元109，其中所述集成一體化近紅外光源103與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述邏輯控制單元108的控制下，發(fā)射近紅外結(jié)構(gòu)光，或，當滿足下一步的虹膜圖像采集條件時，接受所述邏輯控制單元108的控制，將近紅外結(jié)構(gòu)光切換為發(fā)射近紅外面光源，為被測目標提供光源；所述光學(xué)系統(tǒng)I 101通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述集成一體化近紅外光源103發(fā)射近紅外結(jié)構(gòu)光時，將采集到的深度圖像數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108 ；所述光學(xué)系統(tǒng)II102通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述集成一體化近紅外光源103發(fā)射近紅外面光源時，將采集到的光場圖像數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108 ；所述邏輯控制單元108通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述處理單元109連接，用于對接收到的光場圖像數(shù)據(jù)進行基本圖像處理，并將處理后的光場圖像數(shù)據(jù)和接收到的深度圖像數(shù)據(jù)傳輸至所述處理單元109 ；所述處理單元109用于根據(jù)接收到的深度圖像數(shù)據(jù)，獲取其中的頭部深度信息，進行頭部姿態(tài)估計，并將處理結(jié)果通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108，用于判斷是否進行下一步的虹膜圖像采集，以及根據(jù)接收到的處理后的光場圖像數(shù)據(jù)進行人臉檢測、人眼定位和重對焦成像處理。根據(jù)本專利技術(shù)的另一個方面，還提供了一種利用所述的遠距離虹膜成像裝置進行遠距離虹膜成像的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟1，當被測目標進入觀測場景范圍內(nèi)時，邏輯控制單元108驅(qū)動集成一體化近紅外光源103發(fā)射近紅外結(jié)構(gòu)光；步驟2，近紅外結(jié)構(gòu)光束在被測目標表面發(fā)生形變，光學(xué)系統(tǒng)I 101接收到包含形變光線的圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)經(jīng)所述邏輯控制單元108傳輸?shù)教幚韱卧?09，處理單元109首先計算得到被測目標表面深度信息，生成相應(yīng)的深度圖像，接著根據(jù)所生成的該深度圖像對頭部姿態(tài)進行估計；步驟3，若頭部姿態(tài)估計結(jié)果滿足虹膜成像條件，即被測目標面部正對遠距離虹膜成像裝置時，所述邏輯控制單元108驅(qū)動所述集成一體化近紅外光源103切換為近紅外面光源；步驟4，將經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)II中的成像鏡頭201、像方遠心光路202、平板陣列203、微透鏡陣列組204采集得到的光場圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦鈱W(xué)系統(tǒng)II中的CMOS圖像傳感器陣列205 ；步驟5，所述邏輯控制單元108將所述CMOS圖像傳感器陣列205獲取到的光場圖像數(shù)據(jù)進行圖像去噪、畸變校正和圖像增強處理，并根據(jù)所述CMOS圖像傳感器陣列205中 傳感器之間的相對機械位置關(guān)系，對相鄰傳感器采集到的光場本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種遠距離虹膜成像裝置，其特征在于，該裝置包括：一用于深度成像的光學(xué)系統(tǒng)I？101；一獲取光場數(shù)據(jù)的光學(xué)系統(tǒng)II102；一為光場虹膜成像和深度成像提供光照的集成一體化近紅外光源103；一數(shù)據(jù)傳輸模塊104；一邏輯控制單元108；一處理單元109，其中：所述集成一體化近紅外光源103與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述邏輯控制單元108的控制下，發(fā)射近紅外結(jié)構(gòu)光，或，當滿足下一步的虹膜圖像采集條件時，接受所述邏輯控制單元108的控制，將近紅外結(jié)構(gòu)光切換為發(fā)射近紅外面光源，為被測目標提供光源；所述光學(xué)系統(tǒng)I？101通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述集成一體化近紅外光源103發(fā)射近紅外結(jié)構(gòu)光時，將采集到的深度圖像數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108；所述光學(xué)系統(tǒng)II102通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述邏輯控制單元108連接，用于在所述集成一體化近紅外光源103發(fā)射近紅外面光源時，將采集到的光場圖像數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108；所述邏輯控制單元108通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104與所述處理單元109連接，用于對接收到的光場圖像數(shù)據(jù)進行基本圖像處理，并將處理后的光場圖像數(shù)據(jù)和接收到的深度圖像數(shù)據(jù)傳輸至所述處理單元109；所述處理單元109用于根據(jù)接收到的深度圖像數(shù)據(jù)，獲取其中的頭部深度信息，進行頭部姿態(tài)估計，并將處理結(jié)果通過所述數(shù)據(jù)傳輸模塊104傳輸給所述邏輯控制單元108，用于判斷是否進行下一步的虹膜圖像采集，以及根據(jù)接收到的處理后的光場圖像數(shù)據(jù)進行人臉檢測、人眼定位和重對焦成像處理。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：譚鐵牛，孫哲南，侯廣琦，秦婭楠，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院自動化研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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