CN100350420C - 利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法，其可以利用立体人脸识别来识别虹膜，以识别被验证者。所述虹膜识别系统包括：两个或更多个人脸识别相机，用于拍摄被验证者的两幅或更多幅脸部图像；识别系统，用于从所述两个或更多个人脸识别相机接收由所述两个或更多个人脸识别相机所拍摄的所述两幅或更多幅脸部图像，并且根据所述两幅或更多幅脸部图像来产生立体人脸信息，该立体人脸信息包括被验证者的瞳孔与所述两个或更多个人脸识别相机之间的距离信息；以及一个或更多个虹膜识别相机，由所述识别系统控制，以利用所产生的立体人脸信息拍摄被聚焦的被验证者的虹膜。

Description

利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法，它可以利用立体人脸图像来识别虹膜以对被验证者(authenticatee)进行识别。

背景技术

本领域的技术人员所公知的是，在将人体的部分视为识别对象以对个人进行识别的生物测定(biometrics)技术中，已经独立地使用了虹膜、人脸、指纹、静脉等识别技术。

然而，某些生物测定技术不能应用于某些人。例如，不能将虹膜识别技术应用于先天性地或者由于得病而不能睁大眼睛的人。不能将指纹识别技术应用于具有破损指纹的人。此外，不能将人脸识别技术应用于脸部因整形手术等而发生了变化的人。因此，近来发展了代替各种独立生物测定技术的组合生物测定技术，以克服这些缺陷。

组合生物测定技术的总体识别精度通常高于单独应用的独立生物测定技术的总体识别精度。

例如，假定彼此不同的生物测定技术A和B的识别精度分别为90％和80％。如果将生物测定技术A和B应用于100个人，在将生物测定技术A应用于这100个人的情况下，有90个人通过生物测定技术A被识别出来，并且在将生物测定技术B应用于未由生物测定技术A识别出来的剩余10个人的情况下，又有8个人通过生物测定技术B被识别出来。因此，总体识别精度为98％。

当把总体识别精度表达为公式时，在将独立识别精度为a％和b％的独立生物测定技术逐个应用到多个人的情况下，总体识别精度表示为以下公式。

【公式】

a+(100-a)*b/100(％)

该总体识别精度高于独立使用生物测定技术A和B的情况下的识别精度。

同时，传统人脸识别技术通过使用单个相机拍摄人脸图像来实现，因此不能在三维上对该人脸图像进行分析。因此，该人脸识别技术存在以下局限：可以检测到瞳孔的位置，但是不能获得瞳孔到捕捉聚焦虹膜图像所需要的虹膜相机的距离信息。

而且，传统虹膜识别技术具有以下缺点：虹膜识别系统的成本随着高成本聚焦相机的使用而增加。此外，传统手动聚焦虹膜识别相机系统存在这样的不便：用户要在将瞳孔与手中所持的手动相机的镜头对准之后调节该手动相机的焦距和光轴。

此外，虹膜识别系统和人脸识别系统不是作为一个模块使用而是独立使用，因此，系统昂贵，并且很难获得将在人脸识别过程中所获得的瞳孔位置信息和瞳孔到相机的距离信息应用于虹膜识别的促进效应。

在使用人脸识别相机的进一步改进的系统中，多个虹膜识别相机中的一个在人脸识别过程中识别瞳孔位置，并且接着实现虹膜识别。然而，由于使用了单个人脸识别相机，所以不能获得瞳孔到虹膜识别相机的距离，并且用户应把他的瞳孔定位在相机的光轴上，以便在相机焦点附近拍摄到图像。

发明内容

因此，谨记现有技术中所出现的上述问题提出了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种利用立体人脸识别的虹膜识别系统和方法，它可以利用两个或更多个相机所拍摄到的立体人脸图像来拍摄被验证者的虹膜。

本发明的另一个目的是提供一种利用立体人脸识别的个人身份识别方法，它可以在不对被验证者进行虹膜识别的情况下，利用两个或更多个相机所拍摄到的立体人脸图像来对被验证者进行身份识别。

为了实现以上目的，本发明提供了一种利用立体人脸识别的虹膜识别系统，该虹膜识别系统包括：两个或更多个人脸识别相机，用于拍摄被验证者的两幅或更多幅脸部图像；识别系统，用于从所述两个或更多个人脸识别相机接收由所述两个或更多个人脸识别相机拍摄到的所述两幅或更多幅脸部图像，并且根据所述两幅或更多幅脸部图像产生立体人脸信息，该立体人脸信息包括被验证者的瞳孔与所述两个或更多个人脸识别相机之间的距离的信息；以及一个或更多个虹膜识别相机，由所述识别系统控制，以利用所产生的立体人脸信息来拍摄被验证者的虹膜。

在上面，所述利用立体人脸识别的虹膜识别系统优选地还包括一虹膜识别相机驱动系统，所述虹膜识别相机被安装在该驱动系统上，该驱动系统用于根据所述距离信息移动所述一个或更多个虹膜识别相机以自动地把所述一个或更多个虹膜识别相机聚焦在被验证者的虹膜上。因此，该虹膜识别系统通过根据在人脸识别过程中所检测到的瞳孔的位置和距离信息以软件方式自动调节所述一个或更多个虹膜识别相机的对焦，而非使用带有自动聚焦功能的高成本相机来拍摄清晰的虹膜图像，从而可以降低虹膜识别系统的成本。

此外，在上面，所述一个或更多个虹膜识别相机优选地具有焦深(focal depth)为5cm或更长的镜头。当被验证者接近所述虹膜识别系统以使其虹膜被拍摄时，脸部的位置可被识别出来。其后，如果向被验证者发送了消息，例如语音消息，指示被验证者沿上下方向、左右方向、或者前后方向改变其脸部的位置，则所述虹膜识别系统可以容易地拍摄虹膜，而无需使用所述虹膜识别相机驱动系统。设有远心镜头(telecentric 1ens)系统的相机可以作为具有5cm或更长焦深的镜头的虹膜识别相机来使用。通常，对于远心镜头系统，镜头的焦深大约为10cm到15cm。

此外，所述虹膜识别系统优选地还包括：主体，在其正面设有对可见光不透明但对红外线透明的保护玻璃，并且在其中设有所述一个或更多个虹膜识别相机，在所述保护玻璃上表示出被验证者的虹膜要对准的区域；以及红外照明装置，设置在所述一个或更多个虹膜识别相机附近并与所述一个或更多个虹膜识别相机一起安装在主体中。也就是说，如果将所述保护玻璃安装到所述虹膜识别系统的主体的正面，则为方便被验证者在所述保护玻璃上表示了所述区域，当被验证者的瞳孔与该虚线区域对准时，所述虹膜识别系统自动地实现虹膜识别。

为了实现以上目的，本发明提供了一种利用立体人脸识别的虹膜识别方法，该虹膜识别方法包括以下步骤：利用两个或更多个人脸识别相机拍摄两幅或更多幅被验证者的脸部图像，以立体地拍摄该被验证者的脸部；使用识别软件并利用所拍摄到的所述两幅或更多幅脸部图像来计算被验证者的脸部位置和所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者的瞳孔的距离；以及利用所计算出的脸部位置和所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者的瞳孔的距离，控制一个或更多个虹膜识别相机来拍摄被验证者的虹膜。

在上面，优选地在根据所计算出的瞳孔距离移动所述虹膜识别相机之后，进行所述拍摄虹膜的步骤。

此外，在上面，所述拍摄虹膜的步骤优选地包括以下步骤：向被验证者发送消息，以使被验证者可以移动到基于所计算出的所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者的瞳孔的距离的一预定位置；和，如果确定被验证者已经移动到所述预定位置，则拍摄虹膜。

此外，所述利用立体人脸识别的虹膜识别方法还包括以下步骤：从拍摄到的被验证者的虹膜中提取虹膜和瞳孔的边界；和，通过用于麻醉品检测的参数分析过程来确定被验证者是否服用了麻醉毒品。因此，利用本方法，可以通过利用立体人脸识别的虹膜识别来确定被验证者是否服用了麻醉毒品。

为了实现其他目的，本发明提供了一种利用立体人脸识别的个人身份识别方法，该个人身份识别方法包括以下步骤：利用两个或更多个人脸识别相机拍摄被验证者的两幅或更多幅脸部图像，以立体地拍摄该被验证者的人脸；由识别软件利用所拍摄到的脸部图像来提取被验证者的脸部的多个部分；以及，确定由所提取的脸部的多个部分生成的立体人脸信息是否与数据库中存储的特定人脸信息相同。

在上面，优选地由所述拍摄脸部图像的步骤和提取被验证者的脸部的多个部分的步骤来生成数据库中所存储的特定人脸信息。

此外，在上面，优选地通过把被验证者的照片数字化来产生数据库中所存储的特定人脸信息。

附图说明

结合附图阅读下面的详细说明，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征以及其他优点，其中：

图1是根据本发明的优选实施例的用于虹膜和人脸识别的相机系统的控制框图；

图2是示出根据本发明的相机系统与应用系统之间的接口的框图；

图3是示出根据本发明的与相机系统集成的应用系统的框图；

图4是本发明的相机系统的内部配置的示意平面图；

图5是本发明的相机系统的内部配置的透视图；

图6是本发明的相机系统的外观透视图；

图7是示出根据本发明另一实施例的麻醉品检测方法的流程图；

图8是示出根据本发明另一实施例的人员身份识别方法的流程图；以及

图9是示出用于在图8所示人脸信息数据库中存储人脸信息的过程的流程图。

具体实施方式

下面将对附图进行说明，其中贯穿不同附图都使用相同标号来表示相同或者相似的部分。

在下文中，参照附图对根据本发明优选实施例的用于虹膜和人脸识别的相机系统的结构和操作进行说明。

图1是根据本发明的优选实施例的用于虹膜和人脸识别的相机系统的控制框图。与控制电路(control board)10相连的有：分别拍摄被验证者的左虹膜和右虹膜的两个虹膜识别相机12和14，分别从左侧和右侧拍摄被验证者的脸部的两个人脸识别相机16和18，以及一个用于对虹膜识别相机12和14进行对焦的步进电机。而且，与控制电路板10相连的还有：用于照亮被验证者的脸部的人脸照明光源22，用于分别照亮被验证者的左虹膜和右虹膜的虹膜照明光源24，使相机12、14、16和18的操作通过与应用系统的串行通信受控的传输线26，以及把通过相机12、14、16和18获得的虹膜和人脸图像信息传输到所述应用系统的视频信号电缆28。优选地将人脸照明光源22实现为卤素灯或红外线发光二极管。优选地将人脸照明光源22实现为红外线发光二极管。

将与从两个人脸识别相机14和16输出的人脸图像信息所对应的人脸视频信号传输给所述应用系统的识别软件，并且通过人脸识别过程中的图像处理来提取构成所述人脸的多个人脸部分，即，眼睛、鼻子、嘴巴等等。相应地，可以根据人脸的一般特征来检测瞳孔的位置。此外，可以通过分析该人脸的左右两侧图像的差异来检测瞳孔的距离信息，即瞳孔到人脸识别相机16和18的距离。因此，可以计算出虹膜识别相机12和14的移动距离，并且将该计算结果传输给控制电路10。通过根据该计算结果驱动步进电机20来使虹膜识别相机12和14移动，从而将虹膜识别相机12和14的焦点固定在虹膜上并且对虹膜进行拍摄。在这种情况下，实现了用于使控制电路10与所述应用系统之间可以通过传输线26进行串行通信的接口。

虽然在本发明的实施例中人脸识别相机的数量为2个，但是如果可以在采用3个或更多人脸识别相机的情况下拍摄正面人脸图像，就能获得更多的立体人脸信息，从而可以提高总体识别精度。

图2是示出根据本发明的相机系统与应用系统之间的接口的框图。所述应用系统包括多个取帧器(frame grabber)、串行端口、外围组件互连(PCI)总线、独立同分布(IID)&误拒绝(FR)的软件、应用接口，以及所述识别软件。通过安装在所述应用系统中的所述多个取帧器将与从虹膜识别相机12和14及人脸识别相机16和18输出的虹膜和人脸图像信息对应的视频信号传输给所述识别软件，并且通过图像处理和分析来检测瞳孔位置和瞳孔到人脸识别相机16和18的距离。将检测结果传输给控制电路10，并且调节虹膜识别相机12和14的对焦，以便虹膜识别相机12和14可以清楚地拍摄到虹膜。在这种情况下，取帧器是将模拟图像信号转换为可在计算机中处理的数字信号并将数字信号输出到另一装置的装置。也就是说，取帧器是捕捉图像并使可以以文件形式存储所捕捉到的图像的装置，并且在本发明中可以将其实现为通用取帧器。

图3是示出根据本发明的与相机系统集成的应用系统的框图。该应用系统包括多个驱动器、通信端口、虹膜检测&预处理单元、人脸检测&预处理单元、虹膜识别单元、人脸识别单元、判决单元、所述应用接口，以及所述识别软件。将与从虹膜识别相机12和14及人脸识别相机16和18输出的虹膜和人脸图像信息对应的视频信号传输到安装在所述应用系统中的识别软件，并且将通过对被验证者进行虹膜识别和人脸识别所获得的验证结果通过所述接口传输到所述应用系统。

图4是本发明的相机系统的内部配置的示意平面图。图5是本发明的实现为一单独模块的相机系统的内部配置的透视图。

用于拍摄脸部左侧和右侧的人脸识别相机16和18设置在该相机系统的主体的左下侧和右下侧部分。虹膜识别相机12和14位于比人脸识别相机16和18靠上和靠内的位置处。将虹膜识别相机12和14放置得使它们之间的距离对应于一个人的两个虹膜之间的距离。虹膜识别相机12和14固定地连接到支撑架36，支撑架36环绕导轴(guide shaft)30装配，固定到绕着步进电机20和滚轮32的齿链(toothed chain)34，并且由步进电机20驱动来完成对焦功能。因此，虹膜识别相机12和14利用步进电机20驱动的齿链34实现沿水平方向的线性运动，并移动到相距被验证者的虹膜的短距离或长距离处，由此调节了虹膜识别相机12和14的对焦。

虽然在本发明的优选实施例中，步进电机20、齿链34、滚轮32和支撑架36构成虹膜识别相机驱动系统，但是驱动系统的部件并不限于以上部件，而且可由本领域的技术人员做不同的修改或调整。

而且，当被验证者的虹膜未聚焦在所述虹膜识别相机时，将向被验证者发送消息，以使被验证者可以移动到虹膜被聚焦的预定位置处，而非直接移动所述虹膜识别相机。如果确定被验证者已经移动到所述预定位置处，就拍摄虹膜。在这种情况下，所述虹膜识别相机镜头的焦深优选地大于5cm。

而且，将用于照亮被验证者虹膜的虹膜照明光源24实现为多个红外线发光二极管，沿着虹膜识别相机12和14的外周来设置所述多个红外线发光二极管。虽然在图5中示出了将人脸照明光源22实现为卤素灯的示例，但对本领域的技术人员而言，显然可将人脸照明光源22实现为红外线发光二极管而非卤素灯。

此外，反射板42设置在主体之后，即在虹膜识别相机12和14以及人脸识别相机16和18之后。

上述相机系统在人脸识别过程中检测瞳孔的位置和瞳孔到人脸识别相机16和18的距离，根据该检测结果来驱动步进电机20，并把置于导轴30上的虹膜识别相机12和14移动到使虹膜识别相机12和14的焦点清晰地固定在虹膜上的位置处。其后，进行虹膜识别。如果完成了虹膜识别，则所述相机系统控制虹膜识别相机12和14返回到它们的初始位置。

因此，本发明的相机系统利用人脸识别而非利用高成本自动调焦相机，用软件方式实现了针对虹膜的对焦功能。

图6是本发明的相机系统的外观透视图。参照图6，将所述相机系统实现为一单独的模块，并且该相机系统的正面由保护玻璃38构成。虚线所表示的区域40限定在保护玻璃38的中央部分的周围，它指示出虹膜识别相机12和14对准的区域。因此，如果被验证者的瞳孔与虚线表示的区域40对准，则将自动执行人脸识别和虹膜识别。将保护玻璃38构成为单向镜，以使不能从所述相机系统的外部看到该相机系统的内部。因此，在照明由红外线控制的情况下，利用透射红外线而不透射可见光的保护玻璃38来拍摄被验证者的虹膜和脸部图像。透射红外线意味着有50％或更多的红外线透过保护玻璃38，而不透射可见光意味着50％或更少的可见光透过保护玻璃38。

这种构造用来增加用户的便利性。也就是说，当用户把他的瞳孔与虚线内的区域40对准时，就自动执行人脸识别和虹膜识别。

下面，对利用上述相机系统的虹膜识别方法进行说明。

首先，使用人脸识别相机16和18从左侧和右侧拍摄被验证者的脸部，以获得立体人脸信息。

将与人脸识别相机16和18拍摄的人脸图像信息对应的人脸视频信号传输给所述识别软件。其后，通过利用人脸识别的图像处理来提取脸部的构成部分(即，眼睛、鼻子、嘴巴等)，来检测瞳孔的位置。其后通过分析该脸部的左侧和右侧图像之间的差异，来计算瞳孔到人脸识别相机16和18的距离，以调节虹膜识别相机12和14的对焦。

其后，所述相机系统从所述应用系统接收如上所述计算出的瞳孔到人脸识别相机16和18的距离，根据该距离来移动与步进电机20啮合的齿链34，并且通过虹膜识别相机12和14的移动来调节虹膜识别相机12和14的对焦。

其后，如果完成了调焦，则虹膜识别相机12和14就对被验证者的虹膜进行拍摄，并通过视频信号电缆28将与所拍摄到的虹膜图像信息对应的虹膜视频信号输出到所述应用系统，由此来完成虹膜识别。如果所述应用系统完成了虹膜识别，则所述相机系统通过经由传输线26向控制电路10发送一控制信号，控制虹膜识别相机12和14返回到它们的初始位置，并准备下一次拍摄过程。

图7是示出根据本发明另一实施例的麻醉品检测方法的流程图。

当执行麻醉品检测时，利用在上述相机系统的人脸识别过程中检测到的瞳孔的位置和瞳孔到人脸识别相机16和18的距离，由虹膜识别相机12和14来拍摄瞳孔。

其后，从虹膜识别相机12和14输出的图像信息提取出虹膜和瞳孔的边界，并通过如下所述的用于麻醉品检测的参数分析过程，最终确定被验证者是否服用了麻醉毒品。

用于麻醉品检测的参数分析过程公开在题为“利用瞳孔运动检测麻醉品的方法”的韩国专利未审公报No.2001-0097736中。该分析实现如下。首先，对响应于施加一次或更多次的物理刺激(例如光、声和热)的瞳孔运动进行拍摄。根据由虹膜识别相机12和14所拍摄的瞳孔运动所获得的图片来计算出以下参数：例如，初始瞳孔大小，瞳孔收缩的延迟时间，副交感神经的反应强度，副交感神经的平均反应时间，最小瞳孔大小，交感神经的反应持续时间，交感神经的响应时间变化，以及交感神经的反应强度。其后，根据通过比较计算出的参数与正常人的参数所得出的每一种情况来确定是否服用了麻醉毒品。

图8是示出根据本发明另一实施例的人员识别方法的流程图。图9是示出用于在图8所示人脸信息数据库中存储人脸信息的过程的流程图。

利用两个或更多个人脸识别相机来拍摄被验证者的脸部图像。

其后，利用所拍摄的脸部图像通过所述识别软件的图像处理来提取出被验证者的脸部的多个部分(眼睛，鼻子，嘴等)。其后，确定由所提取的脸部的多个部分产生的立体人脸信息是否与人脸数据库中存储的特定人脸信息相同。通过这些过程，可以在一个人的虹膜数据不存在的情况下利用立体人脸信息识别出这个人来。

用于查询个人身份的人脸数据库存储了通过对所述人脸识别相机所拍摄的数据进行图像处理来提取人脸的多个部分而产生的数据，或者通过对普通相片(例如罪犯、恐怖分子等的相片)进行数字化产生的数据。

工业应用

如上所述，根据本发明的虹膜识别系统是一多生物测定相机，它由一单独的模块实现，从而易于与所述应用系统结合使用并且提高了识别精度。

而且，本发明提供了一种利用立体人脸识别的个人身份识别方法，它可以利用由两个或更多个相机所拍摄的立体人脸图像而不需要对被验证者进行虹膜识别，来对被验证者进行身份识别。

虽然为了说明目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该明白，在不偏离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，可以进行各种修改、增添和替换。

Claims (8)

1、一种利用立体人脸识别的虹膜识别系统，包括：

两个或更多个人脸识别相机，用于拍摄被验证者的两幅或更多幅脸部图像；

识别系统，用于从所述两个或更多个人脸识别相机接收由所述两个或更多个人脸识别相机所拍摄的所述两幅或更多幅脸部图像，并且根据所述两幅或更多幅脸部图像来产生立体人脸信息，该立体人脸信息包括被验证者的瞳孔与所述两个或更多个人脸识别相机之间的距离的信息；以及

一个或更多个虹膜识别相机，由所述识别系统控制，以利用所产生的立体人脸信息拍摄被验证者的虹膜。

2、如权利要求1所述的利用立体人脸识别的虹膜识别系统，还包括一虹膜识别相机驱动系统，其用于根据所述被验证者的瞳孔与所述两个或更多个人脸识别相机之间的距离的信息，移动所述一个或更多个虹膜识别相机，以自动将所述一个或更多个虹膜识别相机聚焦在被验证者的虹膜上，所述一个或更多个虹膜识别相机安装在该驱动系统上。

3、如权利要求1所述的利用立体人脸识别的虹膜识别系统，其中所述一个或更多个虹膜识别相机具有焦深为5cm或更长的镜头。

4、如权利要求1所述的利用立体人脸识别的虹膜识别系统，还包括：

主体，在其正面设有对可见光不透明且对红外光透明的保护玻璃，在该主体内设有所述一个或更多个虹膜识别相机，将被验证者的虹膜要对准的区域表示在所述保护玻璃上；和

红外照明装置，设置在所述一个或更多个虹膜识别相机周围并与所述一个或更多个虹膜识别相机一起安装在所述主体中。

5、一种利用立体人脸识别的虹膜识别方法，包括以下步骤：

利用两个或更多个人脸识别相机拍摄被验证者的两幅或更多幅脸部图像，以立体地拍摄该被验证者的脸部；

使用识别软件，利用所拍摄到的所述两幅或更多幅脸部图像来计算被验证者的脸部位置和所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者瞳孔的距离；以及

利用所计算出的脸部位置和所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者瞳孔的距离，控制一个或更多个虹膜识别相机来拍摄被验证者的虹膜。

6、如权利要求5所述的利用立体人脸识别的虹膜识别方法，其中通过在根据所计算出的所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者瞳孔的距离移动所述一个或更多个虹膜识别相机之后对虹膜进行拍摄，来执行所述拍摄虹膜的步骤。

7、如权利要求5所述的利用立体人脸识别的虹膜识别方法，其中所述拍摄虹膜的步骤包括以下步骤：

向被验证者发送消息，以使被验证者可以移动到基于所计算出的脸部位置和所述两个或更多个人脸识别相机到被验证者瞳孔的距离的预定位置；和

如果确定被验证者已经移动到所述预定位置处，则拍摄虹膜。

8、如权利要求5所述的利用立体人脸识别的虹膜识别方法，还包括以下步骤：

从拍摄到的被验证者的虹膜中提取虹膜和瞳孔的边界；和

通过用于麻醉品检测的参数分析过程，确定被验证者是否服用了麻醉毒品。

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