CN101366047B - 使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用具有立体照相机的移动设备的脸部识别和/或虹膜识别系统和方法，该系统和方法使用至少两个照相机或与之相应的方法获得用户脸部的立体图像，即使当所述立体图像的大小根据距离而变化时，也能校正立体图像的大小。该立体照相机使用具有长景深的单焦镜头来采集更大范围内的聚焦的虹膜图像。当用户不在适于虹膜识别的位置时，向用户发送消息以采集适于识别的虹膜图像。并且，执行根据距离校正虹膜图像的过程，即使当虹膜图像大小改变时，也能防止识别率降低。

Description

使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法

技术领域

本发明涉及使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法，该移动设备例如是移动电话、便携式终端和笔记本电脑，该系统和方法可以减小移动设备的大小，通过计算照相机和用户脸部之间的距离而校正图像大小中的变化，和通过使用红外滤波器，而在使用所述移动设备进行脸部识别和/或虹膜识别时提高识别率。

背景技术

传统的安装在办公室或公寓中的门锁设备由于用于打开门锁设备的钥匙或门卡很容易丢失和复制，因此具有较低的安全性。并且，用户必须携带钥匙和门卡，并记住密码。为了解决传统门锁设备的问题，进行了很多关于具有高安全性和方便性的个人识别技术的研究。

在商业上使用生物识别系统来解决传统门锁设备中的问题。生物识别系统获取个人的生物信息(指纹、脸部、虹膜、角膜、手形、手背的血管、语音等)，并将所获取的生物信息与存储在存储器中的生物信息进行比较，以识别个人。生物识别系统使用照相机来对人身的特定部位拍照，以获取用于识别的生物信息。使用虹膜识别的个人识别系统被广泛地使用。

使用专用照相系统来识别用户的虹膜。传统的专用照相系统分为两类。第一类使用脸部识别立体照相机来执行位置调整功能，并识别出正确的虹膜位置以对所聚焦的虹膜拍照，这在韩国专利申请No.10-200300002822，发明名称为“使用立体脸部识别的虹膜识别系统和虹膜识别方法”的申请中公开。但是，这种照相系统与使用移动设备的虹膜识别不相关。第二类照相系统使用具有自动变焦和自动聚焦功能的照相机来对所对焦的虹膜拍照，该相机系统被LG，松下和OKI所使用。但是，这种照相系统需要大尺寸的照相机，因此增加了制造成本。因此，很难将所述照相机系统应用于移动设备。

发明内容

因此，为了解决上述在现有技术中出现的问题做出了本发明，本发明的主要目的是提供使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法，该立体照相机用来采集适合用于脸部识别和/或虹膜识别的图像，该系统和方法可以通过计算所述照相机和用户脸部之间的距离而根据照相机和用户脸部之间的距离来校正图像大小中的变化，极大地提高虹膜识别率。

本发明的另一个目的是提供使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法，该系统和方法计算用户脸部到立体图像的位置，并当用户脸部的位置不适于对用户的脸部和/或虹膜拍摄时，通过语音、字符或图像来通知用户改变位置，从而方便地将照相机的位置调整为适于脸部识别和/或虹膜识别的位置，从而提高虹膜识别率。

本发明另一个目的是提供使用具有立体照相机的移动设备的虹膜识别系统和方法，当使用红外滤光片机械地或电子地来识别虹膜时，该系统和方法增加了照相机的感光度，从而提高了虹膜识别率。

为了实现本发明的目的，提供了一种虹膜识别系统，该虹膜识别系统包括安装在移动设备中的立体照相机，该立体照相机包括具有长景深(depth offocus)的透镜，以对用户的红膜拍照；数字照相机芯片，用于将立体照相机所采集的模拟图像转换为数字图像；控制器，用于接收通过视频输入单元从数字照相机芯片输出的数字图像、控制视频输入和进行虹膜识别和/或脸部识别；和用于通过所述移动设备将虹膜图像发送至远程服务器或安全设备的装置。

立体照相机使用至少两个照相机来采集至少两个图像，或使用单个图像传感器的至少两个光学透镜来通过该单个图像传感器采集至少两个图像。

立体照相机包括机械或电子控制的红外滤光片。如果需要的话，向立体照相机安装红外照明器，以在红外区域中对用户虹膜拍照，从而获得清楚的红膜图像。

当确定所述立体照相机所获得的立体图象不适于个人识别时，从所述立体图像中计算用户的位置，之后通过语音、字符或图像通知用户改变位置，这样用户能够很方便地将照相机放置在适于面部识别和/或虹膜识别的位置。

当获取的用户瞳孔和虹膜的边界为圆形，而所获得的圆形有切口时，判定立体图像不适于个人识别。

当从所述立体图像计算所述照相机和用户脸部之间的距离时，使得使用距离信息对所述立体图像的大小进行的校正规范化，从而当对虹膜拍照时根据所述照相机和用户脸部之间的距离来校正所述立体图像大小的变化，来提高虹膜识别的准确度。

本发明使用具有立体照相机的移动设备来向用户发送消息，从而很方便地获得虹膜图像。并且，由于能够获得校正后的虹膜图像，因此本发明能够以高识别率进行脸部识别和/或虹膜识别。因此，可以使用较小的移动设备来进行具有高识别率的脸部识别和/或虹膜识别，而不需使用具有自动变焦和自动聚焦功能的昂贵的大尺寸照相机。

附图说明

可以结合附图从以下的详细描述中，更加全面地理解本发明进一步的目的和优点，在附图中：

图1示出了根据本发明的虹膜识别系统的结构；

图2示出了根据本发明实施方式的立体照相机；

图3是根据本发明的虹膜识别方法的流程图；

图4是用于解释根据本发明所获得的虹膜图像适用于个人识别的视图；

图5是用于解释根据本发明的计算立体照相机与对象之间的距离的方法的图示；以及

图6是用于解释根据本发明的基于照相机和虹膜之间的距离对虹膜图像中的大小变化进行校正的方法的图示。

具体实施方式

本发明提供一种方法，该方法用于计算立体照相机与对象之间的距离，从而当使用所述立体照相机与用户脸部之间的距离对用户虹膜拍照时，根据所述立体照相机与用户脸部之间的距离，来校正立体图像大小上的变化，从而提高虹膜识别的准确度。图5是用于解释该方法的图示。

现在结合图5解释两种方法，一种方法使用构造成立体照相机10的CCD(电耦合设备)照相机来对用户脸部进行立体图像拍照，并计算所述照相机与用户脸部或虹膜之间的距离。另一种方法将焦距与使用具有长景深的单焦透镜来拍摄虹膜图像所用的距离进行比较，以校正立体图像大小上的变化的方法。

可以通过从立体照相机所获得的立体图像上测量X轴上右眼中心与左眼中心之间的距离，来计算所述计算立体照相机与用户眼睛之间的距离。也就是说，使用对同一个对象从不同位置所获得的两个图像来计算三维位置。为了用数学的方式来表述，按如下来定义。

将左图表示为L图，右图表示为R图，其形成立体象对。L图和R图表示对象表面同一个点，该点表示为对应点。例如，如图5所示，空间上的点A表示为R图上的点R和L图上的点L。因此，点L和R是对应点。类似的，可以通过从空间点B移动至空间点A来获得点L和R。

当数据表包含涉及通过之前的照相机校准过程所获得的距离测量数据的数据，或存储在存储器中的数据时，可以使用通过校准过程获得的数据来测量L图中的点与R图中对应点的差异并将该差异存储在存储器中。按如下来表示：

L(x，y)＝R(x-D_x(x，y)，y-D_y(x，y))+N(x，y)

这里，D_x和D_y是投影值，表示R图的位置坐标(x，y)在OX和OY轴上的差异。L(x，y)和R(x，y)分别表示L图和R图，N(x，y)是表示噪声或由例如光线和阴影等情况引起的变化情况的函数。

在图5中，目标平面OXY垂直于立体照相机的镜头，并放在距离立体照相机具有合适的距离1的位置。

z＝ξ(x，y)

表示用于估计对象的表面的域，z表示距离对象平面(z＝0)的距离。将对于对象特定点的距离变化表示为

Δl＝ξ(x，y)

所述目标平面上的点记为基本差d_θ。对于相对目标平面上的点的差值的变化记为Δd。

所述目标平面包括点B。在这种情况下，点B产生基本差(d_θ＝L’-R)。点A不在目标平面上，其差具有不同的值(d_A＝L-R)。通常，在对象表面的特征点之间的距离小于对象和立体照相机之间的距离。因此，该关系可以如下表示为：

$\frac{d_0}{f}=\frac{b}{l},\frac{d_0+{\mathrm{\&Delta;}}_d}{f}=\frac{b}{l-\mathrm{\&Delta;l}},\mathrm{\&Delta;l}<<l$

可以从如下表达式中得到用于估计立体照相机与目标平面之间的距离的公式：

$z(x,y)=\frac{l^2}{\mathrm{fb}}(\mathrm{\&rho;}((x_L,y_L),(x_R,y_R))-d_0)$

图6是用于解释根据本发明基于照相机与虹膜之间的距离校正虹膜图像中的大小变化的方法的图示。

虹膜图像的内边界与外边界之间的数据可以通过极坐标方法变换。如图6所示，虹膜图像的内边界和外边界不需要相互对应，所述内边界和外边界划分为具有相同距离的m个角。从第I个内边界部分到第I个外边界部分所获得的图像部分被划分为n个表示为p(r，θ)的辐射样本。可以使用双线性内插法对这n个辐射样本进行计算。

在六点钟方向表示参考角0度，其表示瞳孔中央的正下方。角度按逆时针方向逐渐增加。在0度处，最靠近内边界的象素表示为最低地址，在具有相同半径的圆周上逐渐增加角度得到下一个象素。重复该过程，直到完成一个圆周。之后，对具有更大半径的圆周重复该过程。也就是说，可以由n×m个样本表示极坐标法所得到的数据。

如下是用于获得基本大小的公式。

B＝K/(D-D₀)

在此，D是在脸部位置调整过程中测量的照相机与眼睛之间的距离，K和D₀是在照相机校准过程中所估计的常量。

图1表示根据本发明的虹膜识别系统的结构。立体照相机10对包括左右瞳孔的虹膜区域拍照。由数字照相机芯片20将该立体照相机10所获得的模拟图像转换为数字图像。将从所述数字照相机芯片20输出的数字图像通过视频输入单元30输入控制器40。所述控制器40控制移动设备的所有操作。在本发明中，控制器40从所述数字图像中获取虹膜区域的图像，从所获取的图像中产生虹膜图像信息，将该虹膜图像信息存储在存储单元50中，使所述移动设备能够被使用或将存储在门锁设备中的参考虹膜图像与通过通信装置所发送的虹膜图像进行比较，该门锁设备例如笔记本电脑，以确认这两个虹膜图像是否相互对应。当在安装在办公室或家中的外部门锁设备确认了用户虹膜时，将通过移动设备所测量的虹膜图像传送至所述门锁设备，并将该虹膜图像与存储在所述门锁设备中的虹膜图像进行比较，以识别用户虹膜。

控制器40的输出部分与用于提高立体照相机的感光度的红外照明器60、用于以语音信号向用户输出引导消息的语音输出单元70和用于使用字符通知用户该引导消息的显示屏80相连接。用户操作虹膜识别功能使用的键盘90也连接至所述控制器40的输出端。

所述立体照相机10包括CCD照相机10A和10B，如图2(a)所示，所述CCD照相机10A对左眼拍照，CCD照相机10B对右眼拍照，以进行虹膜识别操作，将在之后对该操作进行描述。或者，所述立体照相机10可以被构造为将单个CCD 12划分为两个区，在这两个CCD区分别设置棱镜13A和13B，左眼和右眼分别通过所述棱镜13A和13B投影在CCD 12的相应部分，以获取立体图像，如图2(b)所示。而且，可以在所述立体照相机10内设置红外滤光片，该红外滤光片被设置为可以被机械地或者电子地驱动。并且，所述红外照明器60可以在立体照相机10中被设置为电子地开启和关闭。在这种情况下，用户操作键盘90，使控制器40控制所述红外滤光片和红外照明器的操作。

参考图3解释根据本发明的虹膜识别系统的操作。当用户使用根据本发明的移动设备来进行虹膜识别时，他/她按下在键盘90中的“开始”按钮，并将他/她的眼睛置于所述立体照相机10前面的适当位置。之后，根据两个方法来进行移动设备虹膜识别的操作。根据第一个方法，用户手动按下键盘90的“红膜图像采集完成”按钮，以进行虹膜识别。根据第二个方法，向移动设备附加能够感测用户动作的传感器，以自动感测用户脸部或眼睛的位置，并且当判断出所感测的位置适于采集虹膜图像时，则采集虹膜图像。

当采集虹膜图像时，通过视频输入单元30向控制器40输入和传送虹膜图像。将所述控制器40设计为具有至少三个功能。第一个功能是预处理功能，用于确定输入的虹膜图像是否适用于虹膜识别。第二个功能是将输入的虹膜图像转换为用于虹膜识别的模板的功能。第三个是将通过立体照相机输入的模板与之前存储的模板进行比较并输出识别结果值的功能。

当通过控制器40的第一功能确定输入的虹膜图像不适于虹膜识别时，也就是说，当输入了由于散焦所造成的模糊的虹膜图像或当虹膜的位置在照相机范围之外从而只采集了虹膜的部分图像时，通过语音输出单元60或其他装置例如显示屏80向用户发送消息，该消息通知用户虹膜图像不适于虹膜识别，从而用户对虹膜再次拍照。

这是由于虹膜图像必须包含在CCD 12的预定区域内。当虹膜图像在CCD 12的预定区域之外时，则缺少部分虹膜图像。这样，在缺少的虹膜区域丢失了信息，这样不能进行准确地虹膜识别。

下面解释用于确定虹膜图像是否在CCD 12的预定区域之外的方法。

如图4所示，虹膜和瞳孔可以用两个圆来表示。图4(a)表示适用于虹膜识别的图像，图4(b)表示不适于虹膜识别的图像。在图4(b中所示的图像例子中，代表虹膜的圆的一部分在预定区域之外，因此可以通过分析瞳孔和虹膜区域来确定该图像是否适用于虹膜识别。并且，即使当虹膜的一部分被眼皮遮住时，也会丢失虹膜图像信息。在这种情况下，用户应当把他的/她的眼睛睁大。当用户距离照相机太近或太远时，虹膜也可能会在预定区域之外。这可以通过使用所述立体照相机而很容易地判断出。

当虹膜图像在预定区域之外时，使用上述方法得知该状态，并且之后通过所述语音输出单元70或显示屏80，向用户发送适当的语音消息或字符消息，以改变用户的位置。

对于控制器40的第三个功能，可以为了移动设备安全的目的而在移动设备中的存储单元中存储注册的虹膜图像。否则，使用移动网络功能通过无线通信将移动设备与远程服务器相连接，以及为了所述远程服务器所提供的各种安全验证服务而将注册的虹膜图像存储在所述远程服务器的数据库或存储器中。当将存储在所述远程服务器的数据库或存储器中的虹膜图像与所述立体照相机所采集的虹膜图像进行比较来执行虹膜识别时，进行各种安全和验证服务来向所述远程服务器传送所述立体照相机所采集的虹膜图像，并控制远程服务器内的虹膜图像，以减小传送数据量。

根据本发明的虹膜识别系统和方法，该方法通过使用移动设备中的立体照相机组来获得适用于脸部识别和/或虹膜识别的图像，并从所获得的图像中计算所述立体照相机与用户脸部之间的距离，以根据该距离校正图像大小中的变化。当用户脸部的位置不适于采集虹膜图像时，本发明从所采集的立体图像中计算用户的位置，并通过语音、字符或图像来通知用户改变位置，这样可以很容易地将立体照相机的位置调整为适于虹膜识别的位置。并且，本发明将所获得的虹膜图像与存储在移动设备中或远程服务器的存储器中或使用了具有立体照相机的移动设备的门锁设备中的虹膜图像进行比较，该立体照相机被构造为机械或电子地使用红外滤光片增加虹膜识别的感光度，从而显著提高虹膜识别率。

Claims (3)

1.一种使用包括立体照相机的移动设备来提高虹膜识别准确度的虹膜识别方法，该方法包括以下步骤：

使用所述立体照相机来对用户的脸部和/或虹膜拍照以采集立体图像，所述立体照相机包括具有长景深的单焦透镜；

基于采集到的立体图像来确定所述立体图像是否在焦距之外以及所述虹膜的位置是否在所述立体照相机的拍摄范围之外，从而判断所述立体图像是否适于个人识别；

当判断所述立体图像适于虹膜识别时，由所述立体图像来计算所述立体照相机与用户脸部之间的距离；以及

使用极坐标转换和内插法来采集具有标准化大小的图像，所述图像形成多个基于瞳孔中心具有相同半径的圆，并将所述圆划分成预定角度以形成极坐标，从而使用计算出的距离来校正虹膜图像大小的变化。

2.根据权利要求1所述的虹膜识别方法，其中所述判断立体图像是否适于个人识别的步骤进一步包括当判断所述立体图像不适于个人识别时基于所述照相机来计算用户脸部距离所述立体照相机的位置的坐标并随后通过语音、字符或图像来告知用户改变位置的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的虹膜识别方法，其中所述对用户脸部和/或虹膜拍照以采集立体图像的步骤以红外线来照亮用户脸部和/或虹膜以增加所述立体照相机在红外区域的感光度和获取清楚的虹膜图像，并对用户脸部和/或虹膜拍照以采集所述立体图像。

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