DE102018006393A1 - Vorrichtung und Verfahren zur lriserkennung einer sich bewegenden Person - Google Patents
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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 der1 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Zur weiteren Erläuterung der Erfindung zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Kontrollsystem10 zur Durchführung einer Personenkontrolle. Das Kontrollsystem enthält einen Kontrollkorridor12 , den die zu kontrollierenden Personen14 , beispielsweise nach dem Verlassen eines ankommenden Flugzeugs durchschreiten. Innerhalb des Kontrollkorridors12 liegt ein Erfassungsbereich16 , in dem mit Hilfe der Erfassungsvorrichtung30 eine Iriserkennung der zu kontrollierenden Personen14 vorgenommen wird. - Eine Besonderheit der Erfindung besteht vorliegend darin, dass die Iriserkennung durchgeführt wird, während die zu kontrollierenden Personen
14 den Kontrollkorridor12 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 der1 am Ende des Kontrollkorridors12 , der Erfassungsbereich16 beginnt in einem Abstand von 3 m vor der Position der Erfassungsvorrichtung30 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 Taumelbewegung20 ausführen. Dabei liegen die Abweichungen24 der Taumelbewegung20 von der geradlinigen Hauptachse22 im Bereich von etwa ± 10 cm, sowohl in der Oben/Unten-Richtung (in1 schematisch gezeigt), als auch in der dazu senkrechten Rechts/Links-Richtung. Typischerweise bewegen sich die Personen14 mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 m/s entlang des Kontrollkorridors12 . - In
2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Erfassungsvorrichtung30 schematisch genauer dargestellt. Für die zuverlässige Iriserkennung der in Bewegung befindlichen Personen14 enthält die Erfassungsvorrichtung eine kurzbrennweitige, weitwinklige Aufnahmeeinheit32 , eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 , einen Infrarotlaser36 , einen ausrichtbaren Umlenkspiegel42 und ein Steuergerät40 . - Die kurzbrennweitige, weitwinklige Aufnahmeeinheit
32 dient dabei dem Erfassen des Umfelds des Gesichts der zu kontrollierenden Person14 und insbesondere dem Erfassen der momentanen Position der Person14 im Kontrollkorridor12 . - Die langbrennweitige Aufnahmeeinheit
34 nimmt nur einen kleinen Ausschnitt18 in der Umgebung der Iris der Person14 auf. Sie kann daher eine niedrige Auflösung von insbesondere weniger als 5 Megapixeln aufweisen und den kleinen Ausschnitt18 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 Erfassungsbereichs16 , 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 Infrarotlaser36 als Infrarotlichtquelle dient. Mit Hilfe der Strahlung des Infrarotlasers36 kann zugleich die momentane Entfernung der Erfassungseinheit30 zum Ausschnitt18 bestimmt werden, welche zur automatischen Fokussierung der Aufnahmeeinheiten32 ,34 verwendet wird. Die Entfernungsbestimmung kann dabei beispielsweise mittels des „Time-of-Flight“-Verfahren erfolgen. - Die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit
32 , die langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 und der Infrarotlaser36 sind gemeinsam in einem Aufnahmeeinheitenbündel38 zusammengefasst, und erfassen die zu kontrollierende Person14 gemeinsam über den Umlenkspiegel42 . - Das von der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit
32 erfasste Umfeld des Gesichts und insbesondere die Position der Person14 im Raum wird dabei genutzt, um die Ausrichtung des ausrichtbaren Umlenkspiegels42 zu steuern und die langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 optimal auf den die Iris der Person14 enthaltenden Ausschnitt18 auszurichten. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe einer Steuereinheit40 , die auf Grundlage der Daten der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit32 die Ausrichtung des Umlenkspiegels42 über zwei, senkrecht aufeinander stehende Drehachsen steuert. Das Steuergerät40 steuert weiter die Fokussierung der Aufnahmeeinheiten32 ,34 auf Grundlage der mit Hilfe des Infrarotlasers36 bestimmten Entfernung der Aufnahmeeinheiten zur Person14 bzw. zu dem interessierenden Ausschnitt18 . - Das Zusammenspiel der beiden Aufnahmeeinheit
32 ,34 und die Ausrichtung des Umlenkspiegels42 ermöglichen eine zuverlässige Erfassung des die Iris der Person14 enthaltenden Ausschnitts18 durch eine langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 , so dass trotz hoher Bildschärfe nur eine geringe Auflösung erforderlich ist. Dadurch erreicht die langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 eine hohe Bildrate von mehr als 60 Bilder/Sekunde, welche es ermöglicht, die Iris während der Bewegung der Person14 zuverlässig zu erfassen. Nur die kurzbrennweitige Aufnahmeeinheit32 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 Aufnahmeeinheitenbündel38 zusammenfasst sind, sind die Blickwinkel aller Aufnahmeeinheiten gekoppelt. Es genügt daher, durch das Steuergerät40 den interessierenden Ausschnitt18 im Blickfeld der kurzbrennweitigen Aufnahmeeinheit32 an einer gewünschten Stelle zu platzieren, wobei durch die feste Ausrichtung der Aufnahmeeinheiten32 ,34 zueinander sichergestellt ist, dass die langbrennweitige Aufnahmeeinheit34 den gewünschten Ausschnitt18 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 (13)
- 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 oder2 , 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 bis3 , 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 bis4 , 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 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheiten in dem Aufnahmeeinheitenbündel eine feste Ausrichtung zueinander aufweisen. - Vorrichtung nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis6 , 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 bis7 , 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 bis8 , 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 bis9 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 bis9 , 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 oder12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Iris während der Bewegung der Person mit einer Infrarotlichtquelle des Aufnahmeeinheitenbündels beleuchtet wird.
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