DE10036206A1

DE10036206A1 - Photosensitive CCD-Kameraanordnung

Info

Publication number: DE10036206A1
Application number: DE10036206A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kohn
Original assignee: Towitoko AG
Current assignee: Towitoko AG
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine photosensitive CCD-Kameraanordnung, umfassend ein Kameragehäuse, eine Objektiveinrichtung, eine Signalvorverarbeitungs-Schaltung sowie eine Schnittstelle zur Datenübertragung an ein Computersystem, insbesondere zur Weiterleitung der Bilddaten über ein Kommunikationsnetz. Erfindungsgemäß ist eine Lichtquelle vorgesehen, welche über die Objektiveinrichtung fokussierbar Strahlung auf das Auge und/oder den Augenhintergrund eines Nutzers leitet. Die photosensitive CCD-Zeile oder -Matrix der Kamera erfasst dann ein Abbild des Auges und/oder Augenhintergrunds oder der Retina, wobei das Abbild mit einem in einem Speicher befindlichen Muster verglichen wird, um eine Identifikationsprüfung durchzuführen. Nach positiver Prüfung aktiviert eine elektronische Freigabeeinrichtung über die Schnittstelle das angeschlossene Computersystem, schaltet die Lichtquelle ab und überführt die Kamera in den Standard-Betrieb.

Description

Die Erfindung betrifft eine photosensitive CCD-Kameraanordnung, umfassend ein Kameragehäuse, eine Objektiveinrichtung, eine Signalvorverarbeitungs-Schaltung sowie eine Schnittstelle zur Datenübertragung an ein Computersystem, insbesondere zur Weiterleitung der Bilddaten über ein Kommunikationsnetz gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Festkörperkameras mit integrierter Optik zur Daten-, insbe sondere Bildübertragung sind seit vielen Jahren Stand der Technik und finden beispielsweise Anwendung als sogenannte Webcams für das Internet, um gegebenenfalls komprimiert Bilder zu übertragen oder bei entsprechender Datenübertragungsrate Videokonferenzen durchführen zu können.

Derartige Kameras umfassen Festkörpersensoren, z. B. CCD-Zeilen oder -Matrizen, auf denen mit Hilfe einer zugehörigen Optik das aufzunehmende Bild umgewandelt werden kann. Die einfallenden Lichtquanten erzeugen hierbei Ladungsträger, die mittels einer geeigneten Ansteuer- und Signalvorverarbeitungs-Elektronik ausgelesen werden.

Aus der US-PS 5,982,555 ist ein Retinal-Display bekannt, wobei mit Hilfe einer Lichtquelle Strahlung in das Auge eines Betrachters eingekoppelt wird. Mit Hilfe eines Strahlteilers und einer Spiegelanordnung gelingt es, den Augenhintergrund zu erfassen, um diesen auf einen Photodetektor zu führen. Die vom Photodetektor erfassten Bilder des Augenhintergrunds werden mit den Daten eines Bildspeichers verglichen, um auf diese Weise z. B. eine Zugangskontrolle anhand einer Nutzeridentifikation zu ermöglichen.

Die DE 38 21 977 wiederum offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes eines Objekts, insbesondere zur Beob achtung des Auges mit einer Beleuchtungsquelle, deren Licht auf dem zu beobachtenden Objektabschnitt fokussierbar ist. Weiter hin ist eine Abtasteinrichtung vorgesehen, die eine Abtastbe wegung des Lichtstrahls der Beleuchtungsquelle über dem zu beobachtenden Abschnitt erzeugt und die strahlablenkende sowie abbildende optische Elemente aufweist. Eine Detektoreinrichtung empfängt das an dem zu beobachtenden Abschnitt reflektierte Licht. Weiterhin ist eine Auswerte- und Synchronisiereinheit vorgesehen, die aus dem zeitsequentiellen Ausgangssignal der Detektoreinrichtung ein Bild der ausgewählten Objektstrukturen erzeugt. Zur Änderung des horizontalen Ablenkwinkels sind im Strahlengang zwischen den strahlablenkenden Elementen mindestens zwei weitere abbildende optische Elemente vorgesehen.

Die DE 44 19 395 A1 zeigt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Analyse und Verarbeitung von Farbbildern, wobei dort eine Auswertung einer zu erkennenden Bildszene erfolgt, welche punkt- und zeilenweise trichromatisch abgetastet und in Echt zeit mittels eines Bildverarbeitungssystems untersucht wird. Die farbigen Objekte der Bildszene werden anhand angelernter Farbklassen erfasst und entsprechend ihrer Anzahl, Form und Position ausgewertet und/oder hinsichtlich ihrer Farbwerte analysiert.

Aus der JP 61-302272 gehört eine Augenkamera zum Stand der Technik, die die Bewegung des Auges eines Nutzers erfasst, um auf der Grundlage dieser Erfassung dann bestimmte Funktionen, z. B. eine Datenübertragung auszulösen.

Aus dem vorgenannten Stand der Technik wird deutlich, dass die bekannten Einrichtungen zwar eine Steuerung von Geräten durch Bewegungserfassung des Auges oder aber eine Zugangskontrolle durch Identifikation des Augenhintergrunds ermöglichen, jedoch sind die hierfür verwendeten Detektoren konkret auf diesen Anwendungsfall abgestimmt, so dass eine Verwendung für andere Zwecke in multifunktionaler Sicht nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine weitergebildete photosensitive CCD-Kameraanordnung anzugeben, welche in der Lage ist, sowohl eine Benutzeridentifikation mit hoher Sicherheit und ohne die Eingabe von Codes zu ermöglichen, als auch ohne aufwendige Operationen als übliche z. B. Webcam Verwendung finden kann.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen stand gemäß den Merkmalen nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt demgemäß darin, von einer kombinierten Kameraanordnung auszugehen, die sowohl in üblicher Weise mit einem Normal-Weitwinkel- oder Teleobjektiv in der Lage ist Szenen zu erfassen, um diese einem Personal-Computer oder einem Datennetz zur Verfügung zu stellen, aber auch zur Erfassung von Identifikationsmerkmalen, insbesondere des Auges und/oder Augenhintergrunds geeignet ist, so dass nach positiver Prüfung ein angeschlossenes Computersystem freigegeben oder aktiviert werden kann.

Eine Standard-CCD-Kameraanordnung soll durch geringstmögliche konstruktive Änderungen demnach auch als Augenerkennungs- bzw. Augenidentifikationseinheit verwendbar sein, um z. B. eine einfache Möglichkeit der Zugangsberechtigungs-Kontrolle an Computer-Arbeitsplätzen zu schaffen, die darüber hinaus eine Teilnahme an Videokonferenzen oder generell die Möglichkeit der Bildübertragung bieten.

Erfindungsgemäß ist eine Lichtquelle vorgesehen, welche über die Objektiveinrichtung fokussierbar Strahlung auf das Auge und/oder den Augenhintergrund, insbesondere die Retina leitet. Die Lichtquelle kann sowohl in die Kamera integriert als auch extern angeordnet werden.

Der photosensitiven CCD-Zeile oder -Matrix der Kamera wird dann ein Abbild des Auges und/oder Augenhintergrunds oder der Retina zugeführt bzw. erfasst, wobei das Abbild mit einem in einem Speicher befindlichen Muster verglichen wird, um eine Identi fikationsprüfung in an sich bekannter Weise durchzuführen. Erfindungsgemäß kann zur Speicherung von Musterabbildern ein Speicherbereich des Personal-Computers Verwendung finden, an dem die Kameraanordnung über eine geeignete Schnittstelle angeschlossen ist.

Weiterhin verfügt die Kamera über eine elektronische Freigabe einrichtung, so dass wiederum über die Kamera-Schnittstelle das angeschlossene Computersystem nach positiver Identifikations prüfung aktiviert werden kann. Im gleichen Sinn wird dann die Lichtquelle ab- und auf Standard-Kamerabetrieb umgeschaltet.

Die Lichtquelle kann zur effektiven Beleuchtung insbesondere des Augenhintergrunds als Ring- oder Punktleuchte bevorzugt aus lichtemittierenden Dioden erstellt werden und steht bei einer Ausführungsform der Erfindung mit einem ophtalmoskopischen Hohlspiegel in Verbindung. Lichtquelle und Hohlspiegel sind dann vor das Kameraobjektiv beweg- oder verschwenkbar, so dass der Augenhintergrund bzw. das Auge von einer vor der konkaven Seite des Spiegels befindlichen Person abbildbar ist und über die Kameraanordnung dargestellt werden kann.

Ausgestaltend besteht die Möglichkeit, dass während der Identifikationsprüfung zunächst ein oder mehrere Snapshots des Auges oder Augenhintergrunds erfolgen, wobei diese Snapshots vom Nutzer auf dem PC-Monitor hinsichtlich Schärfe und Exakt heit überprüft werden können, um selbige dann zur eigentlichen Identifikationsprüfung freizugeben. Auf diese Weise kann der Aufwand bezüglich eines Autofokus-Systems reduziert werden.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine tubusartige Kameravorsatzeinrichtung vorhanden, welche eine Vergrößerungslinse aufweist und die mit einer außenumfangs seitig des Linsenbereichs ausgebildeten Faseroptik-Lichtquelle zusammenwirkt. Diese Kameravorsatzeinrichtung kann dann vor das Objektiv gebracht und dort aufgesteckt oder in anderer Weise befestigt oder fixiert werden, so dass eine Aufnahme des Auges für eine nachfolgende Identifikationsprüfung möglich ist.

Die Faseroptik der Kameravorsatzeinrichtung bzw. eine Ring leuchten-Faseroptik kann als bezüglich des dem Auge zugewandten Teils des Tubus oder einer entsprechenden Aufnahmebaugruppe als koaxiale Auflichtbeleuchtungs-Einrichtung ausgeführt werden.

Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Kamera zusätzlich mit einer schaltbaren Autofokus-Einrichtung versehen wird oder eine solche bereits vorhandene Einrichtung Verwendung findet, um bei Annäherung unter ein bestimmtes Maß die Lichtquelle zu akti vieren, so dass dann das Auge oder der Augenhintergrund ent sprechend scharf abgebildet wird, ohne dass eine manuelle Schärfeeinstellung erforderlich ist.

Je nach den erforderlichen Sicherheitsstufen oder Sicherheits kriterien wird entweder lediglich die äußere Gestalt des Auges und die Farbigkeit ermittelt oder zusätzlich der Augenhinter grund, insbesondere die Netzhautstruktur erfasst, welche ähn lich einem Fingerabdruck eine eindeutige Prüfung und Identi fikation möglich macht.

Insbesondere bei der Erfassung der äußeren Form und Farbigkeit des Auges ist es von Vorteil, Weißlicht-LEDs als Lichtquelle einzusetzen oder verschiedenfarbige monochromatische Licht quellen zu verwenden, so dass Farbverfälschungen auf ein Mindestmaß reduziert werden können.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.

Die Figur zeigt hierbei eine prinzipielle Darstellung einer photosensitiven CCD-Kameraanordnung mit einer Hohlspiegel- Ringleuchten-Konfiguration zur Erfassung des Augenhintergrunds.

Die photosensitive CCD-Kameraanordnung ist eine modifizierte Webcam 1, die auf einen Desktop-Computermonitor 2 montiert ist und welche in üblicher Weise mittels einer geeigneten Schnitt stelle an einem PC angeschlossen wird.

Die Webcam 1 dient der Aufnahme und Übertragung von Bilddaten, z. B. des PC-Nutzers zur Durchführung einer Videokonferenz.

Gemäß Ausführungsbeispiel ist vor dem Objektiv 2 der Webcam 1 eine Zusatzeinheit 3 montiert. Diese Zusatzeinheit kann vor die Webcam 1 geschwenkt oder aber auch über ein Standardgewinde mit dem Objektiv 2 verbunden werden.

Die Zusatzeinheit 3 weist eine Linse 4 sowie eine konzentrisch um einen Tubus 5 angeordnete Ringleuchte 6 mit mehreren licht emittierenden Dioden 7 auf.

Weiterhin ist innerhalb der Zusatzeinheit 3 ein ophtalmosko pischer Hohlspiegel 8 angeordnet.

Alternativ besteht ebenso die Möglichkeit, anstelle eines Hohlspiegel 8 Mehrspiegel-Kontaktgläser, z. B. Dreispiegel- Kontaktgläser vorzusehen. Bei einem Dreispiegelglas, welches die Form eines Kegelstumpfs hat, befinden sich im Kegelstumpf selbst mehrere Spiegelflächen verschiedener Neigung, wodurch es gelingt, verschiedene Zonen des Augenkörpers bzw. der soge nannten Fundusperipherie abzubilden. Auftretende Verzerrungen der abbildenden Optik können mit Standard-Bildverarbeitungs- Software korrigiert werden, so dass hierdurch die Genauigkeit der Erfassung und der Bildvergleichsanalyse zur Identifika tionsprüfung nicht beeinträchtigt wird.

Nachdem der Nutzer sein Augenabbild erfasst und dem Bild speicher entweder der Webcam 1 bzw. dem angeschlossenen PC zugeführt hat, kann auf dem Monitor 2 eine visuelle Kontrolle erfolgen oder aber auch unmittelbar der Identifikations prüfungs-Prozess eingeleitet werden.

Die kamerainterne oder softwareseitig realisierte elektronische Freigabeeinrichtung gibt dann über die Schnittstelle der Kamera das angeschlossene Computersystem frei, deaktiviert die Lichtquelle und schaltet die Kamera auf Standard-Betrieb um. Wie im Ausführungsbeispiel bereits angedeutet, kann die Zusatzeinheit 3 baulich mit der Webcam 1 verbunden, aber auch als Nachrüstteil ausgeführt werden.

Alles in allem gelingt es mit der vorgestellten Erfindung, eine an sich bekannte Webcam nicht nur zur Bilddatenübertragung, z. B. für Videokonferenzen, zu verwenden, sondern die Kamera hard- und -software gleichzeitig zur Nutzeridentifikation einzusetzen, indem ähnlich einem Fingerprint-Sensor das Auge und/oder der Augenhintergrund des Nutzers überprüft und zur Identifikationsanalyse herangezogen wird.

Bezugszeichenliste

1

Webcam

2

Objektiv

3

Zusatzeinheit

4

Linse

5

Tubus

6

Ringleuchte

7

lichtemittierende Dioden

8

Hohlspiegel

Claims

1. Photosensitive CCD-Kameraanordnung, umfassend ein Kamera gehäuse, eine Objektiveinrichtung, eine Signalvorverarbeitungs- Schaltung sowie eine Schnittstelle zur Datenübertragung an ein Computersystem, insbesondere zur Weiterleitung der Bilddaten über ein Kommunikationsnetz,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Lichtquelle vorgesehen ist, welche über die Objektiv einrichtung fokussierbar Strahlung auf das Auge und/oder den Augenhintergrund, insbesondere die Retina leitet,
die photosensitive CCD-Zeile oder -Matrix der Kamera ein Abbild des Auges und/oder Augenhintergrunds oder der Retina erfasst, um das Abbild mit einem in einem Speicher befindlichen Muster zu vergleichen, so dass eine Identifikationsprüfung durch führbar ist,
und dass eine elektronische Freigabeeinrichtung über die Schnittstelle das angeschlossene Computersystem nach positiver Identifikationsprüfung aktiviert sowie die Lichtquelle ab- und auf Standard-Kamerabetrieb umschaltet.

2. Photosensitive CCD-Kameraanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle als Ring- oder Punktleuchte ausgebildet ist und mit einem ophtalmoskopischen Hohlspiegel vor das Kameraobjektiv bewegt oder geschwenkt wird, so dass das Auge oder der Augen hintergrund einer vor der konkaven Seite des Spiegels befind lichen Person abbild- und über die Kameraanordnung erfassbar ist.

3. Photosensitive CCD-Kameraanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle aus einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden (LED) besteht.

4. Photosensitive CCD-Kameraanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine tubusartige Kameravorsatzeinrichtung mit einer Ver größerungslinse und einer außenumfangsseitig des Linsenbereichs ausgebildeten Faseroptik-Lichtquelle.

5. Photosensitive CCD-Kameraanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseroptik als bezüglich des dem Augen zugewandten Teils des Tubus in Form einer koaxialen Auflichtbeleuchtungs-Ein richtung ausgeführt ist.

6. Photosensitive CCD-Kameraanordnung nach einem der vorange gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine schaltbare Autofokuseinrichtung umfasst, um bei Annäherung die Lichtquelle zu aktivieren und das Auge bzw. den Augenhintergrund auf die CCD-Zeile oder -Matrix abzubilden.