[发明专利]一种基于多分辨率分析的虹膜定位方法

摘要

本发明提供的一种基于多分辨率分析的虹膜定位方法，它首先通过二值化，数学形态学，灰度和最小块搜索等操作定位出瞳孔的粗略圆心(x_o，y_o)；然后在(x_o，y_o)附近的若干行上，搜索一定范围内的灰度梯度最大值的坐标作为瞳孔边界点的坐标，经过曲线拟合可以定位出瞳孔的精确圆心和半径；接着根据取瞳孔粗略圆心(x_o，y_o)附近的各行灰度序列在分辨率2^－5和2^－6下的细节分量，搜索局部最小值点的坐标，作为虹膜的外边缘边界点并进行曲线拟合得到虹膜外边缘的精确圆心和半径。采用本发明提出的基于多分辨率分析的方法，可以有效的进行虹膜图像的定位操作，避免了传统算法对眼睑和睫毛遮挡较为敏感的问题。

主权项

1、一种基于多分辨率分析的虹膜定位方法，其特征在于其包含下列步骤：步骤1、通过摄像装置，对人眼中的虹膜进行图像采集，得到含有虹膜图像的原始灰度图像，图像大小为640×480；步骤2、选取一个固定的阈值V_b，将原始虹膜图像进行二值化，原始灰度图像中灰度值大于阈值V_b的象素点的灰度值赋为1，小于阈值V_b的象素点的灰度值赋为0；步骤3、对步骤2中得到的二值图像，进行数学形态学中的闭合运算来消除二值图像中的小空洞；其中闭合运算为：即先对原始图像A用结构元素B进行膨胀运算，然后再进行腐蚀运算；结构元素B为一个7×7的矩阵，中间近似圆形区域内的元素的值为1，其余元素的值为0；为闭合运算符，为膨胀运算符，Θ为腐蚀运算符；步骤4、在步骤3中得到的空洞填充后的虹膜图像上瞳孔可能存在的区域，进行块划分，每个块的大小为100×100；找到灰度累加和最小的块；其中统计灰度和最小的块的公式为min(i,j)Σx=xixi+99Σy=yiyi+99I(x,y),]]>其中x_i＝(i-1)*100+90，i＝1，2，3.y_j＝(j-1)*100+120，j＝1，2，3，4.，I(x，y)为图像的灰度；步骤5、当步骤4中的统计灰度和最小的块的公式取到最小值时，可以得到这个最小灰度和块对应的i和j；这个灰度和最小块对应的4个顶点是(x_i，y_i)，(x_i+100，y_i)，(x_i，y_i+100)和(x_i+100，y_i+100)；步骤6、在灰度和最小的区域内找到任意一个灰度值为0的象素点(x′，y′)；然后分别沿水平方向向左右搜索第一个灰度值为1的点，得到瞳孔的左右边界(x_l，y′)和(x_r，y′)；因此，瞳孔粗略中心的横坐标是xo=xu+xb2;]]>步骤7、与步骤6的方法类似，以任意一个灰度值为0的象素点(x′，y′)为中心，分别沿垂直方向向上和向下搜索第一个灰度值为1的点，得到瞳孔的上边界(x′，y_u)和下边节点(x′，y_b)，瞳孔粗略中心的纵坐标是yo=ya+yb2;]]>步骤8、任取(x_o，y_o)附近纵坐标为y的一行，其象素点灰度值构成序列S_y；步骤9、对步骤8得到的灰度序列S_y，计算相邻5个象素点的水平一阶灰度差分，计算公式为：当x_o≤x＜N-5时，dS_y(x)＝I(x+5，y)-I(x，y)；当5≤x＜x_o时，dS_y(x)＝I(x-5，y)-I(x，y)；其中dS_y(x)表示纵坐标为y的一行相邻5个像素点的水平差分值，I(x，y)表示坐标点(x，y)的灰度值，N＝640为图像宽度；步骤10、在纵坐标为y的一行瞳孔边界可能存在的区域，搜索步骤8得到灰度差分值最大的点，将其坐标作为瞳孔边界点的坐标；步骤11、取坐标点(x_o，y_o)附近的若干行，在取出的每一行上进行瞳孔边界点的搜索，方法与步骤8、步骤9和步骤10中在y一行进行的搜索方法相同，最终可以得到一系列瞳孔边界点的坐标；步骤12、由于瞳孔的边缘非常类似于一个圆，对步骤11中得到的一系列瞳孔边界点进行圆拟合，圆方程为x²+y²+cx+dy+e＝0，c，d和e是关于圆曲线的半径和圆心坐标点的参数，(x，y)为圆曲线上的点的坐标值，相对于这些坐标点的最佳圆曲线就是使误差方差和最小；误差方差和的公式为：ϵ2=Σi(xi2+yi2+cxi+dyi+e)2,]]>其中，ε²是指误差方差和，(x_i，y_i)是已知圆曲线上的点的坐标值，最后得到瞳孔的精确圆心(x_p，y_p)和半径r_p；步骤13、将步骤8中得到的灰度序列S_y的瞳孔区域象素点灰度值替换为虹膜区域的象素灰度的近似值，得到序列S′_y；步骤14、对步骤13中得到的灰度序列S′_y进行6层小波变换，其中一维小波变换的公式为：和Wψ(l,k)=Σx=0M-1Sy′(x)ψl,k(x);]]>其中和W_ψ(l，k)分别是分辨率为2^l下的尺度系数和小波系数，2层小波变换l的取值范围为{-1，-2，-3，-4，-5，-6}，为尺度函数，ψ_l，k(x)为小波函数，M为序列S′_y的长度，选取的小波为DMeyer小波；步骤15、通过步骤14中得到的分辨率2^-6和2^-5下的小波系数W_ψ(l，k)，l＝-5，-6重构S′_y在分辨率2^-6和2^-5下的细节分量其中重构公式为：其中表示分辨率2^l下坐标x的细节分量的值，W_ψ(l，k)表示分辨率2^l下的小波系数，为分辨率2^l下的小波函数；步骤16、通过步骤12中得到的瞳孔圆心坐标(x_p，y_p)和半径r_p，可以计算出在纵坐标y这一行上瞳孔的左边界点l_p和右边界点r_p；在分辨率为2^-6的细节分量曲线上，搜索瞳孔左边界点l_p以左区域离l_p最近的谷值点l′_i以及右边界点r_p以右区域离r_p最近的谷值点r′_i；步骤17、在分辨率2^-5下的细节分量曲线上搜索离l′_i和r′_i最近的谷值点l_i和r_i作为虹膜外边缘的边界点；步骤18、取坐标点(x_o，y_o)附近的若干行，在取出的每一行上进行虹膜外缘边界点的搜索，方法与步骤13-17中在y一行进行的搜索方法相同，最终可以得到一系列虹膜边界点的坐标；步骤19、由于虹膜的外边缘也非常类似于一个圆，对步骤18中得到的一系列虹膜外边缘边界点进行与步骤12中类似的圆拟合，得到虹膜外边缘的精确圆心(x_i，y_i)和半径r_i。