CN108154126B - 虹膜成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虹膜成像系统及方法，本发明虹膜成像系统包括场景相机、虹膜相机、振镜以及控制器和近红外光源；通过场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像；具有利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整的有益效果，从而达到了快速、便捷地进行虹膜图像采集的目的，节约了系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及生物特征识别技术领域，特别涉及一种虹膜成像系统及方法。
背景技术
随着科技的不断发展进步，生物特征识别技术越来越多地应用在人们的工作和生活中，逐渐成为人们进行身份认证的有力工具。其中，虹膜识别技术因其识别准确率高、防伪性强、非接触式等优点，具备巨大的应用潜力。
但现阶段基于虹膜识别技术的虹膜成像系统在采集人的虹膜图像方面不够灵活和人性化；主要表现在以下几个方面：
现有的虹膜成像系统大部分为景深较小的定焦系统，每次都需要人站在指定位置并调整好眼睛位置角度，才能清晰成像；成像距离近耗时较长，速度较慢，非常不方便。有的虹膜成像系统采用摄像机阵列对不同位置、不同高度的人进行虹膜成像，其缺点是采用摄像机阵列成像，系统成本高，体积庞大。还有的虹膜成像系统利用云台带动宽视角摄像头、窄视角虹膜摄像头和光源同时旋转，捕获人的图像后调整光源及虹膜摄像头，以获得清晰虹膜图像；这种方法需要同时转动宽视角摄像头、窄视角摄像头和光源，扫描速度慢，且系统体积大，很难集成为一体。
鉴于以上描述，有必要提供一种新的虹膜成像系统，以克服上述虹膜成像系统的缺点和不足。
发明内容
本发明提供一种虹膜成像系统及方法，用以利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整，从而达到快速便捷地进行虹膜图像采集的目的。
本发明提供了一种虹膜成像系统，所述虹膜成像系统包括：
场景相机、虹膜相机、振镜以及控制器和近红外光源，振镜设置在虹膜相机成像光轴方向的前方；控制器控制场景相机、虹膜相机以及振镜之间的联动关系；其中：
场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；
控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；
当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。
优选地，所述虹膜相机对人眼虹膜进行连续拍摄成像，得到采集的多张虹膜图像；
控制器对采集的多张虹膜图像进行质量评估，识别是否存在满足预设图像质量要求的虹膜图像；
若存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则获取满足预设图像质量要求的虹膜图像，并将该虹膜图像传输至后续图像处理流程；
若不存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则执行如下操作：
场景相机重新进行场景图像采集、控制器执行人脸的检测和定位、估算人眼位置坐标、计算振镜的偏转角度、调整振镜至偏转角度处、控制虹膜相机采集虹膜图像，直至采集到满足预设图像质量要求的虹膜图像。
优选地，所述近红外光源设置在虹膜相机扫描成像光路之外，以便将所述场景相机的成像视场全部照明；或者，所述近红外光源设置在虹膜相机扫描成像光路中，所述近红外光源的照明角度跟随振镜的偏转而偏转。
优选地，所述虹膜成像系统还包括：人体感应开关；
所述虹膜成像系统处于休眠状态，直至人体感应开关感应到有人体走近并进入虹膜成像系统的视场内时，触发所述虹膜成像系统启动。
优选地，所述振镜包括：X-Y光学扫描头、电子驱动放大器以及光学反射镜；其中，所述光学反射镜的直径φ的尺寸满足如下数学表达式：
φ≥λ(θL+Dp)；
其中，θ为虹膜相机成像对角视场角，L为虹膜相机光学系统的入瞳与振镜沿光轴方向的距离，Dp为虹膜相机光学系统的入瞳直径，λ为余裕系数。
优选地，所述控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：
根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中，Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；
按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；
根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
优选地，所述按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr，包括：
根据场景相机拍摄的历史人脸图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；
对n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。
优选地，所述控制器根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度，包括：
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
其中，A、B、C、D、E、F为计算系数；
所述A、B、C、D、E、F计算系数的获取，包括：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；
调整振镜的角度，使虹膜相机的视场中心分别对准12个目标点：ti(i＝1，2，3…12)，并分别记录此时对应的振镜角度(θxi，θyi)(i＝1，2，3…12)，得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；
利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，通过求解线性方程组的方法，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。
基于以上实施例所提供的一种虹膜成像系统，本发明还提供了一种虹膜成像方法，所述虹膜成像方法适用于以上实施例所描述的虹膜成像系统；所述虹膜成像方法包括：
场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；
控制器对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；
当振镜处于所述偏转角度处时，控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。
优选地，所述虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像，包括：
虹膜相机对人眼虹膜进行连续拍摄成像，得到采集的多张虹膜图像；
控制器对采集的多张虹膜图像进行质量评估，识别是否存在满足预设图像质量要求的虹膜图像；
若存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则获取满足预设图像质量要求的虹膜图像，并将该虹膜图像传输至后续图像处理流程；
若不存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则执行如下操作：
场景相机重新进行场景图像采集、控制器执行人脸的检测和定位、估算人眼位置坐标、计算振镜的偏转角度、调整振镜至偏转角度处、控制虹膜相机采集虹膜图像，直至采集到满足预设图像质量要求的虹膜图像。
优选地，所述控制器对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：
根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中，Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；
按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；
根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
优选地，所述按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr，包括：
根据场景相机拍摄的历史人脸图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；
对n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。
优选地，所述控制器根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度，包括：
根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F；
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
优选地，所述根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F，包括：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；
调整振镜的角度，使虹膜相机的视场中心分别对准12个目标点ti(i＝1，2，3…12)，并分别记录此时对应的振镜角度(θxi，θyi)(i＝1，2，3…12)，得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；
利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，通过求解线性方程组的方法，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。
本发明一种虹膜成像系统及方法可以达到如下有益效果：
本发明虹膜成像系统包括场景相机、虹膜相机、振镜以及控制器和近红外光源；通过场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像；具有利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整的有益效果，从而达到了快速、便捷地进行虹膜图像采集的目的，节约了系统成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所指出的内容来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明虹膜成像系统的一种实施方式的功能模块示意图；
图2是本发明虹膜成像系统的一种实施方式的功能模块位置关系示意图；
图3是本发明虹膜成像系统的另一种实施方式的功能模块位置关系示意图；
图4是本发明虹膜成像系统的另一种实施方式的功能模块示意图；
图5是本发明虹膜成像方法的一种实施方式的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种虹膜成像系统及方法，用以利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整，从而达到快速便捷地进行虹膜图像采集的目的。
如图1所示，图1是本发明虹膜成像系统的一种实施方式的功能模块示意图；本发明一种虹膜成像系统包括：场景相机100、虹膜相机200、振镜300以及控制器400和近红外光源500，振镜300设置在虹膜相机200成像光轴方向的前方；控制器400控制场景相机100、虹膜相机200以及振镜300之间的联动关系；其中：
场景相机100对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；控制器400对场景相机100采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜300偏转角度和虹膜相机200成像视场之间的关系，计算振镜300所需的偏转角度。控制器400发送控制信号给振镜300，振镜300接收到控制器400发送的控制信号，通过该控制信号，振镜300获取所需的偏转角度，基于获取的偏转角度，振镜300的电子驱动放大器调整振镜300偏转至所述偏转角度处；当振镜300处于所述偏转角度处时，控制器400控制虹膜相机200对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。例如，在一具体的应用场景中，本发明虹膜成像系统可以实现成像距离1.8m、左右范围1.6m、高度范围1.5-1.9m内的大视场内的快速人眼定位和快速虹膜图像采集。
在本发明虹膜成像系统的实施例中，场景相机100包括：可见光滤光片、成像镜头和面阵探测器，可见光滤光片安装在成像镜头前面，滤除红外光的影响。场景相机100用于对目标场景进行成像，具有光学焦距短、成像视场大的特点，能够获取比较大的视场内的场景图像。
虹膜相机200包括：近红外滤光片、成像镜头和面阵探测器，近红外滤光片安装在成像镜头前面，滤除其它波段干扰光影响；虹膜成像镜头应具有较大的景深，能够在较大的距离范围内获得较清晰的虹膜图像。虹膜相机200用于对人眼虹膜进行成像，具有成像视场小、光学分辨率高、像素分辨率高的特点。
振镜300设置在虹膜相机200的成像镜头前面，振镜300包括：X-Y光学扫描头、电子驱动放大器及X光学反射镜片和Y光学反射镜片。控制器400提供控制信号至振镜300，振镜300接收上述控制信号，通过电子驱动放大器驱动X-Y光学扫描头，从而改变X光学反射镜片和Y光学反射镜片的角度，使入射光束的角度发生偏转。当X光学反射镜片和Y光学反射镜片的角度发生变化时，不同视场内的目标的光线经过反射镜片反射后，进入虹膜相机200被虹膜相机200的面阵探测器接收，从而实现不同视场内的目标成像。
控制器400为虹膜成像系统的控制中枢，负责控制场景相机100、虹膜相机200、振镜300的功能活动并协调三者间的联动关系。在具体的应用场景中，控制器400可以为普通的PC机，也可以为嵌入式系统等；控制器400应当具备独立的计算能力和数据存储能力。控制器400的功能包括：控制场景相机100捕获场景图像，从场景图像中检测和定位人脸，然后从人脸图像中检测定位人眼位置，根据人眼坐标和虹膜相机200成像视场、振镜300的位置关系，计算振镜300的偏转角度，控制虹膜相机200捕获虹膜图像，并对虹膜图像质量进行评估等。
近红外光源500用于对人眼虹膜进行补充照明，以便提高虹膜相机200对人眼虹膜进行图像采集时的识别度。本发明实施例中，近红外光源500用来对人眼虹膜进行补光照明，虹膜肌肉组织和血管、色素等对近红外光的吸收反射特性差异比较明显、反映在图像中纹理特征比较显著，而采用近红外光源500则有利于虹膜相机200对人眼虹膜的识别。在一具体的应用场景中，近红外光源500可以为：发散的大功率LED阵列，将整个目标区域都照亮；如图2所示，图2是本发明虹膜成像系统的一种实施方式的功能模块位置关系示意图；图2中，将所述近红外光源500设置在虹膜相机200扫描成像光路之外，即设置在场景相机100远离振镜300和虹膜相机200的另一侧，使场景相机100成像视场范围内都有均匀、足够强度的近红外光照明。
在一具体的应用场景中，近红外光源500也可以为：汇聚或者准直的LED灯、光束均匀的激光器等，该近红外光源500的光束跟随振镜300扫描照射目标区域。如图3所示，图3是本发明虹膜成像系统的另一种实施方式的功能模块位置关系示意图；图3中，将所述近红外光源500设置在虹膜相机200扫描成像光路中，即设置在振镜300和虹膜相机200之间。采用一个红外分光器将近红外光源500与虹膜相机200的光路进行统一，近红外光源500的照明方向跟随振镜300的偏摆而改变，当虹膜相机200的成像视场对准人眼时，照明光源也同时对准人眼。采用该种布局方式，近红外光源500可以是方向性好、功耗低、体积小的光源，例如高亮度LED灯或者激光二极管；因此，采用这种形式的近红外光源500时，虹膜成像系统可以做的比较小，具有功耗低、体积小、易于集成的优点。
在本发明一优选的实施例中，所述虹膜相机200对人眼虹膜进行连续拍摄成像，得到采集的多张虹膜图像；控制器400对采集的多张虹膜图像进行质量评估，例如，采用虹膜图像质量评估法对虹膜图像进行图像清晰度和虹膜质量评估等；识别是否存在满足预设图像质量要求的虹膜图像；若存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则获取满足预设图像质量要求的虹膜图像，并将该虹膜图像传输至后续图像处理流程；若不存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则执行如下操作：
场景相机100重新进行场景图像采集、控制器400执行人脸的检测和定位、估算人眼位置坐标、计算振镜300的偏转角度、调整振镜300至偏转角度处、控制虹膜相机200采集虹膜图像，直至采集到满足预设图像质量要求的虹膜图像。控制器400将满足要求的虹膜图像传输至后续处理流程，虹膜成像过程结束。
在本发明一优选的实施例中，虹膜相机200和振镜300的参数满足如下关系：振镜300的X光学反射镜和Y光学反射镜的镜面大小应大于虹膜相机200成像所需的光学口径。也可以理解为：
所述振镜300中的光学反射镜的直径φ的尺寸满足如下数学表达式：
φ≥λ(θL+Dp)；
其中，θ为虹膜相机成像对角视场角，L为虹膜相机光学系统的入瞳与振镜沿光轴方向的距离，Dp为虹膜相机光学系统的入瞳直径，λ为余裕系数。在一具体的应用场景中，余裕系数λ可以取值为1.2。
在本发明一优选的实施例中，所述控制器400对场景相机100采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：可以采用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位。利用Adaboost分类器实现人脸检测的方法，不仅可以定位人脸位置中心坐标，而且可以估计人脸尺寸大小，因为人脸的五官比例是基本相同的，所以采用线性分割的方法即可估算得到人的双眼位置坐标。
例如，控制器400根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
上述分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr的计算，可以通过如下方式实施：
根据场景相机100拍摄的人的场景图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；对大量的n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。例如，在一具体的应用场景中，一般地可取Axl、Axr为0.18，Ayl、Ayr为0.12。采用该估计方法，能够迅速而准确地计算出人眼的位置坐标，而且在场景相机100像素分辨率不高的情况下也适用。
在本发明一优选的实施例中，控制器400根据估算的人眼位置坐标、振镜300的偏转角度和虹膜相机200之间的关系，采用二次多项式拟合的方法，计算振镜300所需的偏转角度；例如，在一具体的应用场景中，可以采用如下方式实施：
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
其中，A、B、C、D、E、F为计算系数；
而A、B、C、D、E、F计算系数的获取，可以通过如下方式实施：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；调整振镜300的角度，使虹膜相机200的视场中心分别对准12个目标点：ti(i＝1，2，3…12)，并分别记录此时对应的振镜角度(θxi，θyi)(i＝1，2，3…12)，由此便可得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。本发明实施例中，共有12个未知数和24条方程，通过求解线性方程组的方法进行求解，即可获取计算系数A、B、C、D、E、F的值；例如，在求解的过程中，可以通过最小二乘法来获取线性方程组的解。
在本发明一优选的实施例中，如图4所示，图4是本发明虹膜成像系统的另一种实施方式的功能模块示意图；本发明虹膜成像系统中，所述虹膜成像系统还包括人体感应开关600；所述虹膜成像系统处于休眠状态，直至人体感应开关600感应到有人体走近并进入虹膜成像系统视场内时，触发所述虹膜成像系统由休眠状态切换至工作状态。例如，在一具体的应用场景中，虹膜成像系统处于休眠状态，以降低能量损耗。当有人走近并进入虹膜成像系统的视场内时，人体感应开关600响应并触发虹膜成像系统启动。
在本发明一优选的实施例中，本发明虹膜成像系统根据实际应用场景的具体需求，还包括一些辅助器件，例如给场景相机100、虹膜相机200、振镜300供电的电源模块，又例如电子显示屏，该电子显示屏能够实时显示场景相机100和虹膜相机200的拍摄图像、以方便人适当调整自身姿势，以快速实现清晰虹膜成像等。以上这些配件是根据实际的虹膜成像系统的组成器件特点以及虹膜成像系统需要实现的具体功能而根据具体需求进行选择的，并不一定成为所有虹膜成像系统所必须的组成模块。
本发明虹膜成像系统包括场景相机、虹膜相机、振镜以及控制器和近红外光源；通过场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像；具有利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整的有益效果，从而达到了快速、便捷地进行虹膜图像采集的目的，节约了系统成本。
基于以上实施例所提供的一种虹膜成像系统，本发明还提供另一种虹膜成像方法，本发明虹膜成像方法适用于图1至图4所描述的虹膜成像系统，也就是说，上述实施例所描述的虹膜成像系统能够执行本发明实施例所描述的虹膜成像方法。
参照以上对所述虹膜成像系统的实施方式的描述，请参照图5，图5是本发明虹膜成像方法的一种实施方式的流程示意图。如图5所示，本发明虹膜成像方法可以实施为如下描述的步骤S10-S30：
步骤S10、场景相机100对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；
步骤S20、控制器400对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜300偏转角度和虹膜相机200成像视场之间的关系，计算振镜300所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜300至所述偏转角度处；
步骤S30、当振镜300处于所述偏转角度处时，控制虹膜相机200对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。
在本发明一优选的实施例中，所述虹膜相机200对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像，包括：
虹膜相机200对人眼虹膜进行连续拍摄成像，得到采集的多张虹膜图像；
控制器400对采集的多张虹膜图像进行质量评估，识别是否存在满足预设图像质量要求的虹膜图像；
若存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则获取满足预设图像质量要求的虹膜图像，并将该虹膜图像传输至后续图像处理流程；
若不存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则执行如下操作：
场景相机100重新进行场景图像采集、控制器400执行人脸的检测和定位、估算人眼位置坐标、计算振镜300的偏转角度、调整振镜300至偏转角度处、控制虹膜相机200采集虹膜图像，直至采集到满足预设图像质量要求的虹膜图像。
在本发明一优选的实施例中，所述控制器400对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：
根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中，Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；
按照场景相机100拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；
根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
在本发明一优选的实施例中，所述控制器400按照场景相机100拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr，包括：
根据场景相机100拍摄的历史人脸图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；
对n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。
在本发明一优选的实施例中，所述控制器400根据估算的人眼位置坐标、振镜300偏转角度和虹膜相机200成像视场之间的关系，计算振镜300所需的偏转角度，包括：
根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F；
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜300的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
在本发明一优选的实施例中，所述根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F，包括：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；
调整振镜300的角度，使虹膜相机200的视场中心分别对准12个目标点ti(i＝1，2，3…12)，并分别记录此时对应的振镜300角度(θxi，θyi)(i＝1，2，3…12)，得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；
利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，通过求解线性方程组的方法，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。
本发明虹膜成像方法基于所描述的虹膜成像系统进行实施，通过场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像；具有利用振镜的快速调整角度能力对虹膜相机的成像视场进行调整的有益效果，从而达到了快速、便捷地进行虹膜图像采集的目的，节约了系统成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (13)
1.一种虹膜成像系统，其特征在于，所述虹膜成像系统包括：场景相机、虹膜相机、振镜以及控制器和近红外光源，振镜设置在虹膜相机成像光轴方向的前方；控制器控制场景相机、虹膜相机以及振镜之间的联动关系；其中：
场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；
控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；
当振镜处于所述偏转角度处时，控制器控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。
2.如权利要求1所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述虹膜相机对人眼虹膜进行连续拍摄成像，得到采集的多张虹膜图像；
控制器对采集的多张虹膜图像进行质量评估，识别是否存在满足预设图像质量要求的虹膜图像；
若存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则获取满足预设图像质量要求的虹膜图像，并将该虹膜图像传输至后续图像处理流程；
若不存在满足预设图像质量要求的虹膜图像，则执行如下操作：
场景相机重新进行场景图像采集、控制器执行人脸的检测和定位、估算人眼位置坐标、计算振镜的偏转角度、调整振镜至偏转角度处、控制虹膜相机采集虹膜图像，直至采集到满足预设图像质量要求的虹膜图像。
3.如权利要求1所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述近红外光源设置在虹膜相机扫描成像光路之外，以便将所述场景相机的成像视场全部照明；或者，所述近红外光源设置在虹膜相机扫描成像光路中，所述近红外光源的照明角度跟随振镜的偏转而偏转。
4.如权利要求1所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述虹膜成像系统还包括：人体感应开关；
所述虹膜成像系统处于休眠状态，直至人体感应开关感应到有人体走近并进入虹膜成像系统的视场内时，触发所述虹膜成像系统启动。
5.如权利要求1至4任一项所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述振镜包括：X-Y光学扫描头、电子驱动放大器以及光学反射镜；其中，所述光学反射镜的直径φ的尺寸满足如下数学表达式：
φ≥λ(θL+Dp)；
其中，θ为虹膜相机成像对角视场角，L为虹膜相机光学系统的入瞳与振镜沿光轴方向的距离，Dp为虹膜相机光学系统的入瞳直径，λ为余裕系数。
6.如权利要求1至4任一项所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述控制器对场景相机采集的场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：
根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中，Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；
按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；
根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
7.如权利要求6所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr，包括：
根据场景相机拍摄的历史人脸图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；
对n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。
8.如权利要求6所述的虹膜成像系统，其特征在于，所述控制器根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度，包括：
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
其中，A、B、C、D、E、F为计算系数；
所述A、B、C、D、E、F计算系数的获取，包括：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；
调整振镜的角度，使虹膜相机的视场中心分别对准12个目标点：ti，i＝1，2，3…12，并分别记录此时对应的振镜角度(θxi，θyi)，i＝1，2，3…12，得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；
利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，通过求解线性方程组的方法，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。
9.一种虹膜成像方法，所述虹膜成像方法适用于权利要求1至8任一项所述的虹膜成像系统；其特征在于，所述虹膜成像方法包括：
场景相机对目标场景进行图像采集，得到采集的场景图像；
控制器对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标；根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度；基于获取的偏转角度，调整振镜至所述偏转角度处；
当振镜处于所述偏转角度处时，控制虹膜相机对人眼虹膜进行图像采集，得到采集的虹膜图像。
10.如权利要求9所述的虹膜成像方法，其特征在于，所述控制器对所述场景图像进行人脸的检测和定位，估算人眼位置坐标，包括：
根据采集的所述场景图像，利用Adaboost分类器的方法进行场景图像中人脸的检测和定位，获取场景图像中的人脸位置中心坐标(xf，yf)和人脸尺寸大小(Hf，Wf)；其中，Hf为人脸在高度方向的尺寸，Wf为人脸在横向方向的尺寸；
按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr；
根据获取的人脸中心位置坐标、人脸尺寸以及人脸分割参数，采用线性分割的方法估算人的双眼位置坐标满足如下数学表达式：
其中，(xeyel，yeyel)为左眼位置坐标；(xeyer，yeyer)为右眼位置坐标。
11.如权利要求10所述的虹膜成像方法，其特征在于，所述按照场景相机拍摄的历史人脸图像，计算人脸分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr，包括：
根据场景相机拍摄的历史人脸图像，利用Adaboost分类器估计场景图像中的人脸中心坐标和尺寸大小，并且人工估计图像中人眼位置坐标，计算对应的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn；其中，n为计算得到的第n个人脸分割参数；
对n个不同的人重复上述过程，将计算获得的分割参数Axln、Ayln、Axrn以及Ayrn的平均值作为分割参数Axl、Ayl、Axr以及Ayr最终的取值。
12.如权利要求9至11任一项所述的虹膜成像方法，其特征在于，所述控制器根据估算的人眼位置坐标、振镜偏转角度和虹膜相机成像视场之间的关系，计算振镜所需的偏转角度，包括：
根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F；
设场景图像中人眼位置坐标为(x，y)，振镜的X反射镜与Y反射镜的偏转角度分别为(θx，θy)，则满足如下数学表达式：
13.如权利要求12所述的虹膜成像方法，其特征在于，所述根据采集的所述场景图像，获取计算系数A、B、C、D、E、F，包括：
从同一场景图像中采集已知图像坐标的12个不同目标点，其图像坐标分别为：(xi，yi)，i＝1，2，3…12；
调整振镜的角度，使虹膜相机的视场中心分别对准12个目标点ti，i＝1，2，3…12，并分别记录此时对应的振镜角度(θxi，θyi)，i＝1，2，3…12，得到12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值；
利用获取的12组(xi，yi)和(θxi，θyi)的数值，通过求解线性方程组的方法，求解所述计算系数A、B、C、D、E、F。
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