DE102018006393A1

DE102018006393A1 - Vorrichtung und Verfahren zur lriserkennung einer sich bewegenden Person

Info

Publication number: DE102018006393A1
Application number: DE102018006393.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Schmalz; Damjan Gicic
Original assignee: Veridos GmbH
Current assignee: Veridos GmbH
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-02-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (30) zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person (14), mit- einer kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit (32) zum Erfassen einer Position der Person (14) im Raum,- zumindest einer langbrennweitigen Aufnahmeeinheit (34) zum Erfassen einer Iris der Person (14), und- einer ausrichtbaren Spiegelanordnung (42), die über eine Steuereinrichtung (40) nach Maßgabe der von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit (32) gelieferten Position der Person (14) ausrichtbar ist, um die Erfassung einer Iris der Person mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit (34) zu ermöglichen,- wobei die kurzbrennweitigen und langbrennweitigen Aufnahmeeinheiten (32, 34) in einem Aufnahmeeinheitenbündel (38) zusammenfasst sind und die sich bewegende Person (14) gemeinsam über die ausrichtbare Spiegelanordnung (42) erfassen Die Erfindung enthält auch zugehöriges Verfahren zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person und ein Kontrollsystem zur Durchführung einer Personenkontrolle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person. Die Erfindung betrifft auch ein Kontrollsystem zur Durchführung einer Personenkontrolle unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Es ist bekannt, dass die menschliche Iris eine unverwechselbare Textur aus komplexen band- und kammartigen Bindegewebsstrukturen aufweist. Diese Textur wird in der Biometrie vielfach zur zuverlässigen Identifizierung oder Authentifizierung von Personen eingesetzt. Typischerweise werden dabei mit einer Kamera Bilder der Iris einer Person aufgenommen, aus den Bildern werden mittels algorithmischer Verfahren charakteristische Merkmale der Iris extrahiert und aus diesen ein Datensatz für die biometrische Erkennung gebildet, der dann mit gespeicherten Datensätzen verglichen werden kann.
Allerdings erfordert eine Iriserkennung derzeit einen geringen Abstand zwischen Kamera und Auge und auch die Kooperation der zu erfassenden Person, da diese für ein bis zwei Sekunden still stehen und aktiv in Richtung der Kamera blicken muss.
Bei manchen Anwendungen, beispielsweise bei Grenzkontrollen wäre es allerdings von Vorteil, wenn eine Iriserkennung auch bei sich bewegenden Personen vorgenommen werden kann, die Iriserkennung also insbesondere auch bei Personen erfolgen kann, die sich in einem Abstand von einigen Metern in Schrittgeschwindigkeit auf die Kamera zubewegen. Mit bekannten Geräten ist eine zuverlässige Iriserkennung unter solchen Bedingungen nicht möglich.
Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem eine zuverlässige Iriserkennung einer sich bewegenden Person durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person bereit, mit

- einer kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit zum Erfassen einer Position der Person im Raum,
- zumindest einer langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zum Erfassen einer Iris der Person, und
- einer ausrichtbaren Spiegelanordnung, die über eine Steuereinrichtung nach Maßgabe der von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit gelieferten Position der Person ausrichtbar ist, um die Erfassung einer Iris der Person mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zu ermöglichen,
- wobei die kurzbrennweitige und die langbrennweitigen Aufnahmeeinheiten in einem Aufnahmeeinheitenbündel zusammenfasst sind und die sich bewegende Person gemeinsam über die ausrichtbare Spiegelanordnung erfassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine Bildrate von mehr als 60 Bilder/s, insbesondere eine Bildrate zwischen 60 und 120 Bilder/s auf.
Vorzugsweise weist die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine niedrige Auflösung, insbesondere eine Auflösung von 5 Megapixel oder weniger auf. Durch solche vergleichsweise niedrige Auflösungen können die erforderlichen hohen Bildraten mit geringem apparativem Aufwand realisiert werden.
Um die Iris der Person mit ausreichender Bildschärfe erfassen zu können, ist die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit so ausgebildet, dass sie eine Bildauflösung von zumindest 15 Bildpunkten/mm in einem Abstand von 3 m aufweist. Dies gelingt durch die Ausrichtung der langbrennweitigen Aufnahmeeinheit über die Spiegelanordnung auf Grundlage der von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit gelieferten Daten der Position der Person im Raum. Dadurch kann für die Irisaufnahme eine Aufnahmeeinheit großer Brennweite verwendet werden, die trotz einer geringen absoluten Auflösung in Pixeln eine hohe Bildauflösung in Bildpunkten/ mm im gewünschten Abstand aufweist.
Die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit weist vorteilhaft eine höhere Auflösung als die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit auf, insbesondere eine Auflösung vom 5 Megapixel oder mehr.
Mit Vorteil weisen die Aufnahmeeinheiten in dem Aufnahmeeinheitenbündel eine feste Ausrichtung zueinander auf. Dadurch werden die Blickwinkel aller Aufnahmeeinheiten gekoppelt und die Ausrichtung der Aufnahmeeinheiten über die Spiegelanordnung wesentlich erleichtert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Aufnahmeeinheitenbündel zusätzlich eine Infrarotlichtquelle, insbesondere einen Infrarotlaser zur Beleuchtung einer Iris der Person auf, und die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit ist eine Infrarotkamera. Während die Irisstrukturen bei Personen mit dunkler Augenfärbung im sichtbaren Licht oft nur schwer zu erkennen sind, durchdringt Strahlung im nahen Infrarot den für die Augenfärbung verantwortlichen Farbstoff relativ gut. Eine Beleuchtung mit Infrarotstrahlung ermöglicht daher eine gute Aufnahme der Irisstrukturen unabhängig von der Augenfarbe und ohne die zu kontrollierenden Personen zu blenden.
Die genannte Spiegelanordnung weist mit Vorteil einen um zwei Drehachsen drehbaren Spiegel auf oder enthält zwei, jeweils um eine Drehachse drehbare Spiegel. Die genannten Drehachsen stehen mit Vorteil senkrecht aufeinander, um eine optimale Ausrichtbarkeit der Spiegelanordnung zur gewährleisten. Es versteht sich allerdings, dass je nach den geometrischen und den konstruktiven Bedingungen im Kontrollsystem auch andere Spiegelanordnungen in Frage kommen.
Die Steuereinrichtung kann auch eingerichtet sein, um aus den aufgenommenen Iris-Bildern einen Datensatz für die biometrische Erkennung zu bilden oder die Iris-Bilder auf andere Weise weiterzuverarbeiten. Diese Aufgabe kann allerdings auch von einer externen Verarbeitungseinheit übernommen werden.
Die Erfindung enthält weiter ein Kontrollsystem zur Durchführung einer Personenkontrolle, mit

- einem Kontrollkorridor, den die zu kontrollierenden Personen durchschreiten,
- einem Erfassungsbereich im Inneren des Kontrollkorridors, und
- einer Vorrichtung zur Iriserkennung der oben beschriebenen Art zur Iriserkennung der zu kontrollierenden Personen im Erfassungsbereich des Kontrollkorridors.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung beginnt der Erfassungsbereich in dem Kontrollkorridor in einem Abstand von etwa 3 m von der Iriserkennungsvorrichtung entfernt und endet etwa 1 m von der Iriserkennungsvorrichtung entfernt.
Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art. Bei dem Verfahren wird während der Bewegung der Person

- mit der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit eine Position der Person im Raum erfasst,
- wird die Spiegelanordnung ausgerichtet, um die Erfassung einer Iris der Person mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zu ermöglichen,
- wird ein die Iris der Person enthaltender Bildausschnitt mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit aufgenommen, und
- wird aus den aufgenommenen Iris-Bildern ein Datensatz für die biometrische Erkennung gebildet.

Vorteilhaft werden mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit während der Bewegung der Person Bilder mit einer Bildrate von mehr als 60 Bilder/ s, insbesondere mit einer Bildrate zwischen 60 und 120 Bilder/ s aufgenommen.
Zweckmäßig wird die Iris während der Bewegung der Person mit einer Infrarotlichtquelle des Aufnahmeeinheitenbündels beleuchtet.
Es kann auch mehr als eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eingesetzt werden, beispielsweise können zwei langbrennweitige Aufnahmeeinheiten zur unabhängigen Erfassung der Iris der beiden Augen einer Person eingesetzt werden.
In einer Weiterbildung werden die Aufnahmen der langbrennweitigen Aufnahmeeinheit(en) und/oder die Aufnahmen der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit gleichzeitig für eine Gesichtserkennung eingesetzt.
Es versteht sich, dass auch mehrere Spiegel in einer ausrichtbaren Spiegelanordnung zum Einsatz kommen können. Beispielsweise können zwei Spiegel eingesetzt werden, die jeweils um eine Achse drehbar angeordnet sind. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Aufnahmeeinheiten im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und die Spiegelanordnung lenkt das Blickfeld der Aufnahmeeinheiten im Wesentlichen in die Horizontale um. Dies ermöglicht insbesondere, Flüssiglinsen in einer oder sogar allen Aufnahmeeinheiten einzusetzen.
Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

1 schematisch ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem zur Durchführung einer Personenkontrolle in Seitenansicht, und
2 eine Erfassungsvorrichtung für das Kontrollsystem der 1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung zeigt 1 ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem 10 zur Durchführung einer Personenkontrolle. Das Kontrollsystem enthält einen Kontrollkorridor 12, den die zu kontrollierenden Personen 14, beispielsweise nach dem Verlassen eines ankommenden Flugzeugs durchschreiten. Innerhalb des Kontrollkorridors 12 liegt ein Erfassungsbereich 16, in dem mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung 30 eine Iriserkennung der zu kontrollierenden Personen 14 vorgenommen wird.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht vorliegend darin, dass die Iriserkennung durchgeführt wird, während die zu kontrollierenden Personen 14 den Kontrollkorridor 12 durchschreiten und in Bewegung sind. Bei herkömmlichen Systemen zur Iriserkennung müssen die zu kontrollierenden Personen dagegen für eine zuverlässige Erkennung zumindest ein bis zwei Sekunden still stehen.
Die Erfassungsvorrichtung 30 befindet sich im Ausführungsbeispiel der 1 am Ende des Kontrollkorridors 12, der Erfassungsbereich 16 beginnt in einem Abstand von 3 m vor der Position der Erfassungsvorrichtung 30 und endet in einem Abstand von 1 m vor der Erfassungsvorrichtung.
Eine Schwierigkeit bei der Iriserkennung in Bewegung besteht auch darin, dass sich das Gesicht und damit die Iris der zu kontrollierenden Person nicht geradlinig auf die Erfassungsvorrichtung 30 zubewegen, sondern eine Art Taumelbewegung 20 ausführen. Dabei liegen die Abweichungen 24 der Taumelbewegung 20 von der geradlinigen Hauptachse 22 im Bereich von etwa ± 10 cm, sowohl in der Oben/Unten-Richtung (in 1 schematisch gezeigt), als auch in der dazu senkrechten Rechts/Links-Richtung. Typischerweise bewegen sich die Personen 14 mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 m/s entlang des Kontrollkorridors 12.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungsvorrichtung 30 schematisch genauer dargestellt. Für die zuverlässige Iriserkennung der in Bewegung befindlichen Personen 14 enthält die Erfassungsvorrichtung eine kurzbrennweitige, weitwinklige Aufnahmeeinheit 32, eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34, einen Infrarotlaser 36, einen ausrichtbaren Umlenkspiegel 42 und ein Steuergerät 40.
Die kurzbrennweitige, weitwinklige Aufnahmeeinheit 32 dient dabei dem Erfassen des Umfelds des Gesichts der zu kontrollierenden Person 14 und insbesondere dem Erfassen der momentanen Position der Person 14 im Kontrollkorridor 12.
Die langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34 nimmt nur einen kleinen Ausschnitt 18 in der Umgebung der Iris der Person 14 auf. Sie kann daher eine niedrige Auflösung von insbesondere weniger als 5 Megapixeln aufweisen und den kleinen Ausschnitt 18 dennoch mit hoher Bildschärfe und einer hohen Bildrate zwischen 60 und 120 Bilder/Sekunde aufnehmen.
Für eine zuverlässige Iriserkennung sind die Bildauflösung und die Brennweite der langbrennweitigen Aufnahmeeinheit 34 insbesondere so aufeinander abgestimmt, dass die Bildauflösung am Beginn des Erfassungsbereichs 16, also in einem Abstand von 3 m von der Erfassungsvorrichtung mindestens 15 Bildpunkte/Millimeter beträgt.
Die Aufnahmen der langbrennweitigen Aufnahmeeinheit 34 erfolgen im infraroten Spektralbereich, wobei ein Infrarotlaser 36 als Infrarotlichtquelle dient. Mit Hilfe der Strahlung des Infrarotlasers 36 kann zugleich die momentane Entfernung der Erfassungseinheit 30 zum Ausschnitt 18 bestimmt werden, welche zur automatischen Fokussierung der Aufnahmeeinheiten 32, 34 verwendet wird. Die Entfernungsbestimmung kann dabei beispielsweise mittels des „Time-of-Flight“-Verfahren erfolgen.
Die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit 32, die langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34 und der Infrarotlaser 36 sind gemeinsam in einem Aufnahmeeinheitenbündel 38 zusammengefasst, und erfassen die zu kontrollierende Person 14 gemeinsam über den Umlenkspiegel 42.
Das von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit 32 erfasste Umfeld des Gesichts und insbesondere die Position der Person 14 im Raum wird dabei genutzt, um die Ausrichtung des ausrichtbaren Umlenkspiegels 42 zu steuern und die langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34 optimal auf den die Iris der Person 14 enthaltenden Ausschnitt 18 auszurichten. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe einer Steuereinheit 40, die auf Grundlage der Daten der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit 32 die Ausrichtung des Umlenkspiegels 42 über zwei, senkrecht aufeinander stehende Drehachsen steuert. Das Steuergerät 40 steuert weiter die Fokussierung der Aufnahmeeinheiten 32, 34 auf Grundlage der mit Hilfe des Infrarotlasers 36 bestimmten Entfernung der Aufnahmeeinheiten zur Person 14 bzw. zu dem interessierenden Ausschnitt 18.
Das Zusammenspiel der beiden Aufnahmeeinheit 32, 34 und die Ausrichtung des Umlenkspiegels 42 ermöglichen eine zuverlässige Erfassung des die Iris der Person 14 enthaltenden Ausschnitts 18 durch eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34, so dass trotz hoher Bildschärfe nur eine geringe Auflösung erforderlich ist. Dadurch erreicht die langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34 eine hohe Bildrate von mehr als 60 Bilder/Sekunde, welche es ermöglicht, die Iris während der Bewegung der Person 14 zuverlässig zu erfassen. Nur die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit 32 muss eine höhere Auflösung aufweisen, ihre Überblickserfassung erfordert allerdings keine hohe Bildrate.
Insgesamt kann auf diese Weise trotz beschränkter Rechenleistung eine zuverlässige Iriserkennung bei bewegten Personen erreicht werden, sogar wenn die zu erfassende Iris keine geradlinige, sondern eine Taumelbewegung mit Abweichungen nach rechts/links und oben/unten ausführt. Da die Aufnahmeeinheiten 32, 34 zu einem Aufnahmeeinheitenbündel 38 zusammenfasst sind, sind die Blickwinkel aller Aufnahmeeinheiten gekoppelt. Es genügt daher, durch das Steuergerät 40 den interessierenden Ausschnitt 18 im Blickfeld der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit 32 an einer gewünschten Stelle zu platzieren, wobei durch die feste Ausrichtung der Aufnahmeeinheiten 32, 34 zueinander sichergestellt ist, dass die langbrennweitige Aufnahmeeinheit 34 den gewünschten Ausschnitt 18 erfasst.
Bezugszeichenliste

10: Kontrollsystem
12: Kontrollkorridor
14: zu kontrollierende Person
16: Erfassungsbereich
18: Ausschnitt
20: Taumelbewegung
22: Hauptachse
24: Abweichungen
30: Erfassungsvorrichtung
32: kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit
34: langbrennweitige Aufnahmeeinheit
36: Infrarotlaser
38: Aufnahmeeinheitenbündel
40: Steuergerät
42: Umlenkspiegel

Claims

Vorrichtung zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person, mit - einer kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit zum Erfassen einer Position der Person im Raum, - zumindest einer langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zum Erfassen einer Iris der Person, und - einer ausrichtbaren Spiegelanordnung, die über eine Steuereinrichtung nach Maßgabe der von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit gelieferten Position der Person ausrichtbar ist, um die Erfassung einer Iris der Person mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zu ermöglichen, - wobei die kurzbrennweitigen und langbrennweitigen Aufnahmeeinheiten in einem Aufnahmeeinheitenbündel zusammenfasst sind und die sich bewegende Person gemeinsam über die ausrichtbare Spiegelanordnung erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine Bildrate von mehr als 60 Bilder/s, insbesondere eine Bildrate zwischen 60 und 120 Bilder/s aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine niedrige Auflösung, insbesondere eine Auflösung von 5 Megapixel oder weniger aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine Bildauflösung von zumindest 15 Bildpunkten/mm in einem Abstand von 3 m aufweist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit eine höhere Auflösung als die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit aufweist, insbesondere eine Auflösung vom 5 Megapixel oder mehr.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheiten in dem Aufnahmeeinheitenbündel eine feste Ausrichtung zueinander aufweisen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeeinheitenbündel zusätzlich eine Infrarotlichtquelle, insbesondere einen Infrarotlaser zur Beleuchtung einer Iris der Person aufweist und die zumindest eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit eine Infrarotkamera ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelanordnung einen um zwei Drehachsen drehbaren Spiegel oder zwei, jeweils um eine Drehachse drehbare Spiegel enthält.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheiten im Wesentlichen vertikal ausgerichtet und die Spiegelanordnung das Blickfeld des Aufnahmeeinheitenbündel im Wesentlichen in die Horizontale umlenkt.
Kontrollsystem zur Durchführung einer Personenkontrolle, mit - einem Kontrollkorridor, den die zu kontrollierenden Personen durchschreiten, - einem Erfassungsbereich im Inneren des Kontrollkorridors, und - einer Vorrichtung zur Iriserkennung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Iriserkennung der zu kontrollierenden Personen im Erfassungsbereich des Kontrollkorridors.
Verfahren zur Iriserkennung einer sich bewegenden Person mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem während der Bewegung der Person - mit der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit eine Position der Person im Raum erfasst wird, - die Spiegelanordnung ausgerichtet wird, um die Erfassung einer Iris der Person mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit zu ermöglichen, - ein die Iris der Person enthaltender Bildausschnitt mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit aufgenommen wird, und - aus den aufgenommenen Iris-Bildern ein Datensatz für die biometrische Erkennung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zumindest einen langbrennweitigen Aufnahmeeinheit während der Bewegung der Person Bilder mit einer Bildrate von mehr als 60 Bilder/s, insbesondere mit einer Bildrate zwischen 60 und 120 Bilder/s aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Iris während der Bewegung der Person mit einer Infrarotlichtquelle des Aufnahmeeinheitenbündels beleuchtet wird.