[发明专利]一种基于眼球模型几何关系的虹膜中心定位方法

摘要

一种基于眼球模型几何关系的虹膜中心定位方法，包括以下步骤：1)使用人脸对齐方法进行虹膜粗定位；2)虹膜精确定位：2.1)利用眼球中心与虹膜中心之间的位置关系来得到虹膜边界；2.2)根据虹膜边界计算能量函数的值；2.3)考虑8个方向，重复步骤2.1)和2.2)，记录最大能量值，更新虹膜位置，用迭代的方法逐渐接近虹膜中心的最终位置，完成虹膜中心定位。本发明提出一种基于人脸对齐的虹膜中心定位方法，考虑眼球转动对虹膜边界形状的影响以及其他抗干扰因素，并最终在良好的算法速度下保持一个相对较高的精确度。

主权项

1.一种基于眼球模型几何关系的虹膜中心定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1.使用人脸对齐方法进行虹膜粗定位，过程如下：用网络摄像头拍摄得到脸部图像，使用人脸对齐方法得到特征点X，X是特征向量，包含所有特征点的二维坐标，定义虹膜半径re，眼球半径ri，得到虹膜中心的初始坐标，眼球中心的初始坐标；S2.虹膜精确定位，过程如下：S2.1.利用眼球中心与虹膜中心之间的位置关系来描述眼球的三维旋转信息，得到旋转后的虹膜边界建立虹膜边界模型的步骤如下：以眼球中心为坐标原点，Z轴向外建立坐标系；眼球中心(xec,yec,zec)的坐标为(0,0)，虹膜中心的当前坐标为(xic,yic,zic),其中虹膜中心与眼球中心之间的距离满足以下规则xic，yic,re,ri,已知，故zic由(1)公式解决得到；由于虹膜的边界由眼球模型所得，它的几何形状是由眼睛的球体与虹膜所在的平面相交的点组成的，虹膜中心坐标已知，虹膜平面法向量由虹膜中心和眼球中心组成，假设这个相交的点是(xi,yi,zi)，得到以下公式xic(xi‑xic)+yic(yi‑yic)+zic(zi‑zic)＝0  (2)，而由于虹膜边界点在球面上，因此具有一个球形约束xi2+yi2+zi2＝re2  (3)，结合(2)和(3)得到以下公式利用网络摄像头得到的信息来解决上述方程，故将(4)转换成摄像机空间下的公式根据公式(5)得到虹膜边界点的坐标；根据针孔模型，假定空间点P与捕获图像的坐标有以下对应关系其中和u0,v0是相机校准过程中得到的摄像机的内部引用；假设虹膜中心位置(u_ic,v_ic)位于图像，眼球中心(u_e,v_e)和虹膜边界的假定(u_i,v_i),然后根据公式(6)，获得虹膜的中心和眼球中心的三维坐标，并生成下面的约束因为f_x≈f_y和z_i≈z_ic≈z_ec,，设定距离，使下列公式成立：那么，公式(8)写为其中ue，ve,uic,vic是输入值，zic‑zec是公式(8)得到的值，ui,vi是图像平面上的虹膜边界的要求坐标；用公式(9)描述图像平面内虹膜中心位置变化引起的虹膜边界变化；S2.2.根据虹膜边界计算能量函数的值，过程如下：能源更新如下:在这里，I代表了虹膜区域，p(x,y)表示坐标(x,y)的像素值，nI代表虹膜区域内的像素量，λ是平衡字符1和字符2的系数，IB代表虹膜边界，g(x,y)表示像素与坐标(x,y)的梯度，最后，nIB代表虹膜边界的周长；S2.3.考虑8个方向，每个方向重复步骤S2.1得到虹膜边界，根据S2.2计算出这8个方向的能量函数值，并在图像平面上记录最大的结果从而更新虹膜位置，用迭代的方法逐渐接近虹膜中心的最终位置，重复上述步骤直到相邻两次更新的方向恰好相反则停止迭代，完成虹膜中心定位。