CN108470152A - 基于红外的3d四维虹膜数据采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统，该方法包括：获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息；根据所述人体特征信息及眼部方向信息通过红外检测设备确定所述虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部；通过红外深度相机获取虹膜图像数据采集对象完整的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备，由所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。本发明实施例可以在高效采集虹膜图像数据的同时提升了3D重建的效率。

Description

基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统

技术领域

本发明涉及3D技术领域，特别是一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统。

背景技术

虹膜识别技术作为身份识别的生物识别技术之一，其稳定性、非接触性、安全性、唯一性已得到各国学者的广泛认可。其中，虹膜图像的清晰度，直接影响着虹膜定位、特征匹配特征识别的效果，是影响利用虹膜特征进行身份识别的关键因子。

目前，为保障采集到清晰的虹膜图像，国内外已出现了各种虹膜图像采集系统，但较多则是人为定位眼部位置，虹膜图像数据采集效率极低。并且，由于人的眼睛大小不同，对眼睛的拍照的清晰度很难把握，很难清晰获取眼部虹膜图像数据。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

需要说明的是：本发明中的3D四维数据是指三维空间数据结合时间维度数据所形成的数据，三维空间结合时间维度是指：多张相同时间间隔或不同时间间隔、不同角度、不同方位或不同状态等情况的图像或影像形成的数据集合。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法，包括：

获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息；根据所述人体特征信息及眼部方向信息通过红外检测设备确定所述虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部；通过所述红外深度相机获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备，由所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

可选地，获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息之后，所述方法还包括：基于所述人体特征信息确定所述红外检测设备的检测参数；其中，所述检测参数包括：红外光的色温和/或亮度参数。

可选地，基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度之后，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部之前，所述方法还包括：获取当前环境的亮度，若根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光，则利用红外补光灯补光。

可选地，所述数据采集装置设置有第一红外深度相机和第二红外深度相机；基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部，包括：基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至所述虹膜图像数据采集对象的左右眼部。

可选地，通过所述红外深度相机获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备，包括：通过所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别获取所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备；其中，所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据包括：针对所述虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据。

可选地，所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据，包括：对所述虹膜图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

可选地，将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据，包括：将所述虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；将所述配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据。

可选地，利用所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据之后，还包括：将所述3D四维虹膜数据发送至所述显示器显示。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集系统，包括：设置有红外检测设备、红外深度相机及眼部辅助定位设备的数据采集装置；设置有信息录入设备及中央处理设备的数据处理装置；所述数据采集装置与所述数据处理装置可转动连接；

所述信息录入设备，用于录入所述虹膜图像数据采集对象的人体特征信息，并将所述人体特征信息传输至所述红外检测设备；

所述眼部辅助定位设备，用于辅助获取所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息，并将所述眼部方向信息传输至所述红外检测设备。

所述红外检测设备，用于根据所述人体特征信息及眼部方向信息确定所述虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；

所述中央处理设备，用于基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部；

所述红外深度相机，用于获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至所述中央处理设备；

所述中央处理设备，还用于接收所述红外深度相机传输的虹膜图像数据，对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

可选地，所述信息录入设备，还用于基于所述人体特征信息确定所述红外检测设备的检测参数；其中，所述检测参数包括：红外光的色温和/或亮度参数。

可选地，所述数据采集装置还包括：红外补光灯，用于获取当前环境的亮度，当根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用红外补光灯补光。

可选地，所述红外深度相机、红外补光灯、红外检测设备以及眼部辅助定位设备处于同一水平面。

可选地，所述红外深度相机包括第一红外深度相机和第二红外深度相机；所述中央处理设备还用于，基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至所述虹膜图像数据采集对象的左右眼部。

可选地，所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别用于获取所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备；其中，所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据包括：针对所述虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据。

可选地，所述数据采集装置与所述数据处理装置通过转动齿轮连接；所述中央处理设备包括：驱动器；所述驱动器，用于基于所述眼部坐标位置驱动所述转动齿轮转动，控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部。

可选地，所述中央处理设备还包括：图像处理器，用于对所述虹膜图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；中央处理器，用于将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

可选地，所述中央处理器，还用于将所述虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；将所述配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据。

可选地，所述数据处理装置还包括：显示器；所述中央处理设备，还用于将所述3D四维虹膜数据发送至所述显示器显示。

本发明提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统，在本发明提供的方法中，首先获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及眼部方向信息，并基于上述信息通过红外检测设备确定虹膜图像数据采集对象的眼部位置，控制数据采集装置旋转特定角度，以使红外深度相机精准对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部，进而获取虹膜图像数据采集对象完整的虹膜图像数据，然后根据采集到的虹膜图像数据建立3D四维虹膜数据。由此可以看出，在发明实施例中，以人体特征信息为基础，结合虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息确定眼部位置，进而通过红外深度相机准确并完整获取被采集对象的眼部虹膜图像数据，以进行人体生物特征的3D重建，可以在高效采集虹膜图像数据的同时，保证眼部虹膜图像数据的清晰度和完整度，提升了3D重建的效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的基于红外的3D四维虹膜数据采集方法的流程图；

图2示出了根据本发明另一实施例的3D四维虹膜数据生成方法的流程图；

图3示出了根据本发明一实施例的特征点提取方法的流程示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的3D四维虹膜数据采集系统示意图；以及

图5示出了根据本发明另一实施例的3D四维虹膜数据采集示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法，如图1所示，根据本发明实施例提供的3D四维虹膜数据采集方法可以包括：

步骤S102，获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及该虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息；

步骤S104，根据上述人体特征信息及眼部方向信息通过红外检测设备确定虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；

步骤S106，基于眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部；

步骤S108，将通过红外深度相机获取虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将虹膜图像数据传输至中央处理设备，由中央处理设备对虹膜图像数据进行处理和计算，生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

在本发明实施例提供的3D四维虹膜数据采集方法中，首先获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及眼部方向信息，并基于上述信息通过红外检测设备确定虹膜图像数据采集对象的眼部位置，控制数据采集装置旋转特定角度，以使红外深度相机精准对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部，进而获取虹膜图像数据采集对象完整的虹膜图像数据，然后根据采集到的虹膜图像数据建立3D四维虹膜数据。由此可以看出，在发明实施例中，以人体特征信息为基础，结合虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息确定眼部位置，进而通过红外深度相机准确并完整获取被采集对象的眼部虹膜图像数据，以进行人体生物特征的3D重建，可以在高效采集虹膜图像数据的同时，保证眼部虹膜图像数据的清晰度和完整度，提升了3D重建的效率。本发明实施例所介绍的3D四维虹膜数据即代表三维空间结合时间维度所形成的3D数据，也可以理解为3D四维虹膜数据。

人体特征信息可以是虹膜图像数据采集对象的身高、体重等其他信息，还可以是采集对象的姓名等其他信息。

可选地，在上述实施例中，步骤S102获取到虹膜图像数据采集对象的人体特征信息之后，还可以基于上述人体特征信息确定红外检测设备的检测参数；其中，检测参数可以包括：红外光的色温和/或亮度参数。

数据采集装置的转动角度优选为0-90度，数据采集装置还可以设置转动齿轮以及为转动齿轮配置转速的配速箱，通过配速箱进行配置以控制转动齿轮的旋转速度，该速度为优选为6cm每秒，配速箱的配速比200：1(伺服电机：转动齿轮)。

上文介绍，当红外深度相机完成对焦后，可获取虹膜图像数据采集对象完整的虹膜图像数据。其中，红外深度相机采用高变焦，高分辨率，高帧率的红外相机，如24倍变焦相机，更加有利于虹膜的识别准确度和快速性。并且，本实施例中数据采集装置可设置有第一红外深度相机和第二红外深度相机，分别对虹膜图像数据采集对象左右眼的虹膜图像数据进行采集。即，上述步骤S106可进一步包括基于眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至虹膜图像数据采集对象的左右眼部。上述步骤S108进一步包括通过第一红外深度相机和第二红外深度相机分别获取虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将虹膜图像数据传输至中央处理设备。优选地，虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据包括：针对虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据。在本发明实施例中，通过采用两个变焦相机获取采集对象左右眼部的多组虹膜图像数据，相对于传统的采用定焦相机所获取的单个虹膜图像数据成像对焦的时间更短，且成像质量更佳、效率更高。

红外深度相机进行虹膜图像数据采集获取时，可多次拍摄以完整、全面获取虹膜图像数据采集对象的眼部虹膜图像数据。在实际应用中，为了保证红外深度相机所采集的虹膜图像数据的曝光均匀性，还可以在基于眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度之后，使红外深度相机对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部之前，若根据当前环境的亮度确定需要补光，则利用红外补光灯进行补光。其中，红外补光灯的灯源可采用多个LED阵列，优选为32个LED阵列，有利于光源的均匀性、图像的曝光均匀性、以及成像的可调性，红外补光灯发光强度可优选为0-5000lux，LED采用波长940nm的不可见光，这比传统的850nm可见光更利于眼部的保护，光源的照射有效距离0-5米。

红外深度相机的光学中心和红外补光灯的聚焦点在同轴心线上，以保证眼部的光源的均匀性。红外深度相机的焦距范围f＝4.5～108mm，图像传感器的分辨率优选为1600万像素，光圈范围F＝3.0～6.9,最近对焦距离20cm，精准地对眼部对焦。

优选地，红外补光灯光为可调节色温和亮度，色温为4600(开尔文)，灯光亮度值范围为20-35lux，红外深度相机水平视场角为40-80度；垂直40-68度。以上只是示意性地列出各配件优选范围，本发明并不限于此。

在上述实施例中，当获取到虹膜图像数据采集对象的完整的虹膜图像数据后，则可由中央处理设备对虹膜图像数据进行处理和计算，生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。优选地，中央处理设备对虹膜图像数据进行处理和计算，生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据可进一步包括：

步骤S1，中央处理设备对虹膜图像数据优化处理，自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；

步骤S2，将优化处理后的虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于上述配准数据生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

在上述实施例中，将红外深度相机所采集的虹膜图像数据经过自动白平衡、自动曝光和/或自动对焦的处理后，可以获得更好的图片色彩和清晰度，由于镜头可能产生畸变，还可以对图像的进行畸变校正，以有效地提升图像品质。

步骤S2介绍，在3D重建时，可先将虹膜图像数据输入配准算法模型得到配准数据，再基于配准数据生成3D四维虹膜数据。在一优选实施例中，步骤S2还可以包括：

步骤S2-1，将虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；

步骤S2-2，将配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据。

图2示出了根据本发明优选实施例的3D四维虹膜数据生成方法的流程图。如图2所示，该方法可以包括：

得到的不同角度的、多组虹膜图像数据之后，对虹膜图像数据进行处理，如自动曝光(AE，Automatic Exposure)、自动白平衡(AWB，Automatic white balance)、自动对焦(AF，Auto Focus)以及图像畸形校正；

特征点提取和匹配以及建立点云信息；即利用三角化匹配关系对特征点建立三维坐标，生成点云的空间信息；

表面重建和纹理映射；最后对表面进行填充形成三维平面，在表面上增加纹理信息，即利用变焦相机的高分辨率性，高清晰度，得到表面清晰的纹理，最终获得三维虹膜数据。

对于传统图像处理方法而言，其没有针对不同环境的光源进行白平衡调整，容易造成图像颜色失真，亮度也无法达到真正的环境亮度。而通过本发明实施例提供的方法可有效保证图像的颜色，并且基于变焦相机能更有效解决在虹膜的焦点的清晰度不高的问题。

SIFT(Scale-invariant feature transform，尺度不变特征转换)算法是一种电脑视觉的算法用来侦测与描述影像中的局部性特征，它在空间尺度中寻找极值点，并提取出其位置、尺度、旋转不变量。

SIFT算法采用多尺度分析的方法寻找尺度空间的可变性，对图像的颜色，纹理，几何形状，平移，旋转，视角变换，亮度变换有更强适应能力。图3示出了根据本发明实施例的特征点提取方法的流程示意图，如图3所示，根据本发明实施例的特征点提取方法包括：

中央处理设备接收虹膜图像数据，经过高斯滤波后，生成尺度空间信息；求极值并过滤低对比度点以及过滤低边缘点；特征点方向的确认，进行特征点描述。

本实施例提供的方法就是把EMD(Empirical Mode Decomposition，经验模态分解)距离用在SIFT特征的匹配上，在SIFT特征中使用的相似性方法是欧氏距离，但欧氏距离会出现大量误匹配，经过试验，EMD匹配方法在匹配点数量减少的情况下，能得到更好的匹配精度，可以适合大量匹配点的要求，又保证了重建的精度，所以SIFT算法最稳定，具有以下特征：1)图像的局部特征，有旋转，尺度绽放，亮度等不变的特点，对视角变化，仿射变换，噪声有稳定性2)有128维的向量含有丰富的信息，适合快速，准确的匹配，3)多量性，即使单调图片产生大量SIFT特征，4)高速性，进行SIFT优化，采用适合的匹配策略，达到实时算法的要求。

传统的特征点提取方法多采用Harris,KLT,SUSAN算法，主要以尺度不变特征点提取。基于本实施例提供的方法相较于传统的特征点提取与匹配处理方法可提升5倍效率。并且，结合EMD(经验模态分解，全称Empirical Mode Decomposition)匹配方法在匹配点数量减少的情况下，能得到更好的匹配精度，可以适合大量匹配点的要求，又保证了重建的精度。

进一步地，本发明优选实施例还基于三角剖分方法与高斯滤波器结合3D数据的配准融合方法对虹膜图像数据进行3D重建，以进一步提高精准度和效率。

传统方法采用基本灰度，变换域，基本特征的配准方法，主要方法流程：对两幅或多幅图像进行特征提取，得到图像的特征点，然后通过对特征点进行相似性度量找到匹配的特征点对；然后通过匹配的特征点对得到几幅图像之间的坐标变换参数；最后完成图像的匹配，这种图像配准方法基于灰度信息的配准方法、基于变换域的配准方法和基于特征的配准方法等。主要缺点如下：1)当虹膜图像特征点不明显和分辨率低时，很难从图像中提取特征点；2)当场景相近时，两幅图像的坐标对应关系不是线性的，使用非线性变换有很大限制。

本实施例提供的配准方法利用空间几何坐标转换关系，基于立体几何的三角剖分方法的变换技术，根据结构光深度图像进行逆变换，找到两幅图像对应点的坐标变换关系，通过高斯滤波器减少图像噪声，利于图像特征提取，解决传统特征点的提取。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种3D四维虹膜数据采集系统，如图4所示，该3D四维虹膜数据采集系统可以包括：设置有红外检测设备11、红外深度相机12及眼部辅助定位设备13的数据采集装置10；设置有信息录入设备21及中央处理设备22的数据处理装置20；数据采集装置10与数据处理装置20可转动连接；

信息录入设备21，用于录入虹膜图像数据采集对象的人体特征信息，并将人体特征信息传输至红外检测设备11；

眼部辅助定位设备13，用于辅助获取虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息，并将眼部方向信息传输至红外检测设备11。

红外检测设备11，用于根据人体特征信息及眼部方向信息确定虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；

中央处理设备22，用于基于眼部坐标位置控制数据采集装置10旋转特定角度，使红外深度相机12对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部；

红外深度相机12，用于获取虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将虹膜图像数据传输至中央处理设备22；

中央处理设备22，还用于接收红外深度相机12传输的虹膜图像数据，对虹膜图像数据进行处理和计算，生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

其中，红外补光灯14光为可调节色温和亮度，色温为4600(开尔文)，灯光亮度值范围为20-35lux。其灯源可采用多个LED阵列(如32个)，有利于光源的均匀性，图像的曝光均匀性，具有可调性，发光强度为0-5000lux,LED采用波长940nm的不可见光，这比传统的850nm可见光更利于眼部的保护，光源的照射有效距离0-5米。红外深度相机12水平视场角为40-80度，垂直40-68度。红外深度相机12的焦距范围f＝4.5～108mm，其图像传感器的分辨率为1600万像素，光圈范围F＝3.0～6.9,最近对焦距离20cm，精准地对眼部对焦。本实施例中可设置有两个红外深度相机12，即第一红外深度相机和第二红外深度相机，分别对虹膜图像数据采集对象左右眼的虹膜图像数据进行采集。中央处理设备22还可以用于基于眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至虹膜图像数据采集对象的左右眼部。

优选地，第一红外深度相机和第二红外深度相机还分别用于获取虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将虹膜图像数据传输至中央处理设备22。其中，虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据可以包括：针对虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据。红外深度相机12进行虹膜图像数据采集获取时，可多次拍摄以完整、全面获取虹膜图像数据采集对象的眼部虹膜图像数据。相对于传统的采用定焦相机所获取的单个虹膜图像数据成像对焦的时间更短，且成像质量更佳、效率更高。

在本发明一优选实施例中，信息录入设备21，还用于基于人体特征信息确定红外检测设备11的检测参数；其中，检测参数包括：红外光的色温和/或亮度参数。

继续参照图4所示的3D四维虹膜数据采集系统，数据采集装置10还可以包括：

红外补光灯14，用于获取当前环境的亮度，当根据当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用红外补光灯14补光。

优选地，红外深度相机12、红外补光灯14、红外检测设备11以及眼部辅助定位设备13处于同一平面。

继续参照图4所示的3D四维虹膜数据采集系统，数据采集装置10与数据处理装置20通过转动齿轮30连接；中央处理设备22包括：驱动器221；驱动器221，用于基于眼部坐标位置驱动转动齿轮30转动，控制数据采集装置10旋转特定角度，使红外深度相机12对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部。数据采集装置10的转动角度优选为0-90度，数据采集装置10还可以设置为转动齿轮30配置转速的配速箱(未在图中示出)，通过配速箱进行配置以控制转动齿轮30的旋转速度，该速度为优选为6cm每秒，配速箱的配速比200：1(伺服电机：转动齿轮)。

在本发明一优选实施例中，中央处理设备22还可以包括：图像处理器222，用于对虹膜图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；

中央处理器223，可以用于将虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于配准数据生成虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。优选地，中央处理器223可以为具备上述功能的微处理器。中央处理设备22可以是同时集成有驱动器221、图像处理器222以及中央处理器223功能的器件，也可以独立设置，本发明不做限定。

在本发明另一优选实施例中，中央处理器223还可以用于将虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；将配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据。该配置算法可以为3D模型的配准算法。

在本发明另一优选实施例中，数据处理装置20还可以包括：显示器22；中央处理设备22还用于将3D四维虹膜数据发送至显示器22显示。

在图4所示的3D四维虹膜数据采集系统中，红外深度相机12、红外补光灯14，红外检测设备11、眼部辅助定位设备13均可固定设置在数据采集装置10上，红外深度相机12，红外检测设备11、红外补光灯14、眼部辅助定位设备13都在同一平面上，数据采集装置10固定在转动齿轮30上，转动齿轮30固定在数据处理装置20上。信息录入设备21以及显示器22均可固定在数据处理装置20上。中央处理设备22，包括图像处理器222，中央处理器223以及驱动器221。其中，眼部辅助定位设备13即辅助虹膜数据采集对象的视线处于指定方向，以精确确定虹膜数据采集对象的眼部坐标位置，进而有效获取虹膜数据采集对象的虹膜图像数据。在发明实施例中，用户可通过信息录入设备21输入虹膜数据采集对象的相关信息，当然，该信息录入设备21同样可具有显示界面，用于显示相关参数信息。而显示器22则主要用于显示虹膜数据采集对象的3D四维虹膜数据，优选地，还可以通过信息录入设备21对显示器22显示的3D四维虹膜数据进行多种操作。

优选地，红外深度相机12与中央处理设备22中的图像处理器222通过高速USB3.0数据线连接；红外补光灯14的控制与中央处理器223通过RS232串口数据线连接；数据采集装置10的控制与中央处理设备22内的驱动器221通过I2C串口数据线连接；显示器22以及信息录入设备21的数据与中央处理器223的视频显示通过高清HDMI数据线进行连接；显示器22以及信息录入设备21的数据与中央处理器223通过I2C数据线连接。图4所示维虹膜图像数据采集系统以及上文介绍各器件之间的连接关系只是一种优选实施方式，在实际应用中还可以通过其他方式实现本发明所示各部件功能及连接关系，本发明不做限定。

基于上述实施例提供的3D四维虹膜数据采集系统，本发明另一优选实施例还提供了一种3D四维虹膜数据采集方法，结合图5所示，上述方法可以包括：

步骤S502，录入相关参数，包括人的姓名，体重和身高，自动匹配红外检测设备的红外光的色温及亮度参数；

步骤S504，虹膜图像数据采集对象看向指定方向，保证眼部方向不会偏移，其中，该指定方向可作为虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息；

步骤S506，根据虹膜图像数据采集对象的人体特征信息和眼部方向信息，基本确认眼部坐标位置；

步骤S508，根据眼部坐标位置，转动整个数据采集装置到合适的角度，红外深度相机精准地对焦；

步骤S510，检测当前环境亮度，根据实际环境光源的亮度调节红外补光灯的亮度，以进行补光；

步骤S512，当红外深度相机完成对焦后，左右相机对眼睛开始拍照；

步骤S514，获取眼睛虹膜图像数据后，通过HDMI传输到中央处理设备；其中，垂直方向从一个角度开始拍照，直到从下向上拍照，获取多组左右眼睛的虹膜图像数据；

步骤S516，将虹膜的高清图像数据结合点云的信息录入至配准算法模型，进行配准计算得到配准数据；

步骤S518，将配准数据输入到3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据；

步骤S520，3D四维虹膜数据生成后，最终显示到显示器上，并通过信息录入设备操作3D四维虹膜数据。

本发明优选实施例提供的方法可在高效并精确采集虹膜图像数据的同时，保证眼部虹膜图像数据的清晰度和完整度，提升了3D重建的效率。

根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：

本发明实施例提供了一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法及系统，在本发明实施例提供的3D四维虹膜数据采集方法中，首先获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及眼部方向信息，并基于上述信息通过红外检测设备确定虹膜图像数据采集对象的眼部位置，控制数据采集装置旋转特定角度，以使红外深度相机精准对焦至虹膜图像数据采集对象的眼部，进而获取虹膜图像数据采集对象完整的虹膜图像数据，然后根据采集到的虹膜图像数据建立3D四维虹膜数据。由此可以看出，在发明实施例中，以人体特征信息为基础，结合虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息确定眼部位置，进而通过红外深度相机准确并完整获取被采集对象的眼部虹膜图像数据，以进行人体生物特征的3D重建，可以在高效采集虹膜图像数据的同时，保证眼部虹膜图像数据的清晰度和完整度，提升了3D重建的效率。

进一步地，本发明实施例采用SIFT算法的特征点的提取与匹配进行算法，可大幅匹配效率，并且通过结合EMD方法可以在匹配点数量减少的情况下，能得到更好的匹配精度。与此同时，本发明实施例提供的方法还可以对虹膜图像数据进行自动白平衡、自动曝光AE、自动对焦AF及图像畸形校正，可有效地提升图像品质。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的3D四维虹膜数据采集系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种基于红外的3D四维虹膜数据采集方法，包括：

获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息；

根据所述人体特征信息及眼部方向信息通过红外检测设备确定所述虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；

基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部；

通过所述红外深度相机获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备，由所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，获取虹膜图像数据采集对象的人体特征信息以及所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息之后，所述方法还包括：

基于所述人体特征信息确定所述红外检测设备的检测参数；其中，所述检测参数包括：红外光的色温和/或亮度参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度之后，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部之前，所述方法还包括：

获取当前环境的亮度，若根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光，则利用红外补光灯补光。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据采集装置设置有第一红外深度相机和第二红外深度相机；

基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部，包括：基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至所述虹膜图像数据采集对象的左右眼部。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过所述红外深度相机获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备，包括：

通过所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别获取所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备；

其中，所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据包括：针对所述虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据，包括：

对所述虹膜图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；

将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据，包括：

将所述虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；

将所述配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中，利用所述中央处理设备对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据之后，还包括：

将所述3D四维虹膜数据发送至所述显示器显示。

9.一种基于红外的3D四维虹膜数据采集系统，包括：设置有红外检测设备、红外深度相机及眼部辅助定位设备的数据采集装置；设置有信息录入设备及中央处理设备的数据处理装置；所述数据采集装置与所述数据处理装置可转动连接；

所述信息录入设备，用于录入所述虹膜图像数据采集对象的人体特征信息，并将所述人体特征信息传输至所述红外检测设备；

所述眼部辅助定位设备，用于辅助获取所述虹膜图像数据采集对象的眼部方向信息，并将所述眼部方向信息传输至所述红外检测设备。

所述红外检测设备，用于根据所述人体特征信息及眼部方向信息确定所述虹膜图像数据采集对象的眼部坐标位置；

所述中央处理设备，用于基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部；

所述红外深度相机，用于获取所述虹膜图像数据采集对象的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至所述中央处理设备；

所述中央处理设备，还用于接收所述红外深度相机传输的虹膜图像数据，对所述虹膜图像数据进行处理和计算，生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述信息录入设备，还用于基于所述人体特征信息确定所述红外检测设备的检测参数；其中，所述检测参数包括：红外光的色温和/或亮度参数；优选地，所述数据采集装置还包括：

红外补光灯，用于获取当前环境的亮度，当根据所述当前环境的亮度确定需要进行补光时，利用红外补光灯补光；优选地，所述红外深度相机、红外补光灯、红外检测设备以及眼部辅助定位设备处于同一水平面；优选地，所述红外深度相机包括第一红外深度相机和第二红外深度相机；

所述中央处理设备还用于，基于所述眼部坐标位置控制数据采集装置旋转特定角度，使所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别对焦至所述虹膜图像数据采集对象的左右眼部；优选地，所述第一红外深度相机和第二红外深度相机分别用于获取所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据，并将所述虹膜图像数据传输至中央处理设备；其中，所述虹膜图像数据采集对象左右眼部完整的虹膜图像数据包括：针对所述虹膜图像数据采集对象左右眼部多个角度的多组虹膜图像数据；优选地，所述数据采集装置与所述数据处理装置通过转动齿轮连接；所述中央处理设备包括：驱动器；

所述驱动器，用于基于所述眼部坐标位置驱动所述转动齿轮转动，控制数据采集装置旋转特定角度，使红外深度相机对焦至所述虹膜图像数据采集对象的眼部；优选地，所述中央处理设备还包括：

图像处理器，用于对所述虹膜图像数据优化处理，包括自动曝光、自动白平衡、自动对焦和/或图像畸形校正；

中央处理器，用于将所述虹膜图像数据输入配准算法模型，进行配准计算得到配准数据，基于所述配准数据生成所述虹膜图像数据采集对象的3D四维虹膜数据；优选地，所述中央处理器，还用于将所述虹膜图像数据输入基于SIFT算法构建的配准算法模型，计算得到配准数据；将所述配准数据输入3D数据合成模型，生成3D四维虹膜数据；优选地，所述数据处理装置还包括：显示器；所述中央处理设备，还用于将所述3D四维虹膜数据发送至所述显示器显示。