[发明专利]单图像传感器自适应双眼虹膜同步采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及虹膜识别领域和光机电一体化领域，特别涉及用于双眼虹膜同步自适应识别的传感器，以及基于角点检测的双眼定位算法以及测量瞳距的自动聚焦控制，该系统适用于双眼虹膜图像采集与识别的设备。

背景技术

虹膜识别是一种高精度、非侵犯性、简便易用的生物特征识别身份认证技术，被认为是最有前途的生物特征识别身份认证技术之一，有非常广阔的市场应用前景。

目前，国内外的双眼虹膜识别终端普遍都是通过两只虹膜摄像头分别采集人眼图像，意味着要使用两只高成本的虹膜摄像头(图像传感器+光学镜头)，电路结构复杂，终端体积庞大，这也是目前双眼虹膜采集设备成本长期居高不下的主要原因；同时左右眼切换(异步)采集，流程复杂，用户体验性差。同时，为采集高清无损的虹膜图像，被识别者的位置应处于镜头的景深范围，这需要通过调焦来实现。虹膜摄像头一般为两种：一种是定焦式，超声波或红外光将测距信号反馈给处理器，通过指示灯提示用户靠近或远离，这也是目前市场上普遍采用的调焦方式之一；另外一种是自动聚焦式，根据实时测量物距信号反馈给闭环控制模块，驱动电机控制镜头移动实现自动聚焦。对于前者，用户的舒适性要求不易满足；而后者的某些算法导致摄像头在聚焦位置附近震荡，影响对焦速度。

近年来对虹膜识别技术的改进涉及摄像头、接口、聚焦方式等多个方面，但往往只关注某一点，不能有效解决现存的技术问题。公开号为CN101877061A的中国发明专利申请公开了一种基于单摄像头的双眼虹膜图像采集方法及装置，其中左、右眼虹膜注册时需通过管理员选择次序，对左边和右边两步依次完成采集；LED三色灯要与眉心正下方对准；使用红外测距模块实现测距功能。左右分别采集显著影响识别速度，而测1距需依赖外部测距硬件模块，成本较高。公告号为CN 201489550 U的中国实用新型专利公开了一种单USB接口的双眼虹膜图像获取及处理设备，其通过一个USB接口与计算机连接实现图像实时并行获取及前期处理；该发明对于如何使用整幅双眼图像进行虹膜识别，未具体公开，概念模糊。公开号为CN 101770573 A的中国发明专利申请公开了一种用于虹膜识别的自动聚焦虹膜图像成像装置及其控制方法，其用单个摄像头捕捉整个面部细节图像，进行双眼虹膜识别；使用查表法得到聚焦位置，并通过驱动板的液态光学透镜改变介质上电压的电荷张力使液态介质的界面形变，获得不同光学屈光度来实现聚焦位置调节。对于大口径成像装置，液态光学透镜的材质稳定性较差，变形控制难度较大。公开号为CN101021901 A的中国发明专利申请公开了一种双眼虹膜的采集方法和装置，其采用左右两个摄像头采集双眼虹膜，采用红外测距进行调焦提示来采集清晰图像，因而成本也很高。

发明内容

本发明旨在从根本上解决目前市场上双眼虹膜采集设备成本高、体积大、使用流程复杂等技术问题。基于此，本发明采用单个摄像头同时采集双眼图像，解决了大视野中对感兴趣的人眼区域的自动定位和裁剪的问题，通过测量图像瞳距计算物距来实现自动对焦控制，实现了低成本、自适应双眼虹膜的采集。本发明对左右眼图像进行同步实时处理，双眼采集过程一步完成，降低了使用流程的复杂度，使虹膜注册和识别速度加快，大大提高了产品的性价比。

具体而言，本发明一方面涉及一种单摄像头双眼虹膜图像采集方法，其特征在于包括如下步骤：

双眼成像：采用对近红外光源敏感的单个图像传感器和与之配套的单个光学镜头，对人的双眼区域同时成像；

瞳孔定位：采用形态学和角点检测方法的算法实时检测人眼的反射亮斑和眼角的位置，从而实现在成像图像上进行双瞳的实时查找和实时定位；

图像裁剪和虹膜识别：将所述成像图像实时裁剪为左右眼高清虹膜图像，经过预处理等后续算法，实时完成双眼虹膜识别。

优选地，在裁剪和虹膜识别步骤之前还包括自适应聚焦步骤：

计算成像图像上的瞳距，通过特定的数学模型实时计算人与光学镜头之间的物距，作为闭环控制系统的反馈信号送至步进电机，以驱动光学镜头的前后移动达到自适应聚焦，得到清晰的双眼虹膜图像；而所述图像裁剪和虹膜识别步骤针对所得到的清晰的双眼虹膜图像进行。

本发明另一方面涉及单摄像头双眼虹膜图像采集装置，包括单目双眼虹膜摄像头和数据采集系统。

优选地，所述单目双眼虹膜摄像头包括镀膜自动聚焦光学镜头、图像传感器、紧贴在所述光学镜头外侧的冷光镜、红外灯、固定在红外灯外侧的滤光片、数据传输接口和指示灯。