專利名稱：活體虹膜圖像采集方法及采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物特征識(shí)別和自動(dòng)身份鑒別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及活體虹膜圖像采集技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著信息科技的日益發(fā)展，生物特征識(shí)別技術(shù)也越來(lái)越融入到人們的日常生活中，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)擁有眾多人口的國(guó)家，生物特征識(shí)別技術(shù)尤其具有廣泛的應(yīng)用前景和技術(shù)意義。由于信息技術(shù)領(lǐng)域里對(duì)于各級(jí)權(quán)限驗(yàn)證的頻度明顯增大，使用密碼、IC卡等加密手段容易被人竊取，加上遺失等偶然事件會(huì)給使用者帶來(lái)諸多不便。然而生物特征識(shí)別具有其它身份鑒別系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點(diǎn)，這為它成為安全實(shí)用的安全終端提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，而且方便快捷的生物特征識(shí)別技術(shù)依靠Internet這一載體使得它(生物特征識(shí)別)成為未來(lái)的信息安全終端最佳選擇。
虹膜識(shí)別技術(shù)就是利用人體眼睛虹膜紋理的不同來(lái)識(shí)別人身份的一種生物特征識(shí)別方式，與其它的生物特征識(shí)別技術(shù)相比，虹膜識(shí)別具有很高的識(shí)別率、穩(wěn)定性和防偽性。活體虹膜圖像采集是虹膜識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵，所采集到的虹膜圖像質(zhì)量好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的識(shí)別率，圖1為一幅在虹膜區(qū)域有光斑噪聲的虹膜圖像，虹膜11位于鞏膜12和瞳孔14之間，虹膜11區(qū)域上有照明光斑噪聲13和15，照明光斑噪聲13和15將造成虹膜11的部分紋理特征丟失，這就會(huì)影響系統(tǒng)的識(shí)別率。
目前活體虹膜圖像采集的方式主要有以下兩種1.固定眼睛的定焦采集法。這種方法是讓使用者把眼睛貼靠在鏡頭前的一個(gè)固定裝置上，眼睛虹膜部位處在鏡頭清晰成像的聚焦平面上，然后用CCD攝像頭采集得到虹膜圖像。例如2000年8月16日公開(kāi)的專利CN 2392219Y就是實(shí)現(xiàn)這種方法的采集裝置，該裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖如圖2所示，主體結(jié)構(gòu)包括外殼21、中部有透明窗口的毛玻璃22、紅外發(fā)射管23、發(fā)光二極管24和CCD攝像頭25，采集的時(shí)候被采集者將眼睛部位貼靠在外殼21的前端面211(鏡頭清晰成像的聚焦平面)即可。這種方式可以得到較為清晰的圖像，但對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是一種有侵害的采集方式，因?yàn)槭褂谜弑仨毎蜒劬N靠在鏡頭前的裝置上，眼睛是一個(gè)容易過(guò)敏的器官，如果在頻繁使用的場(chǎng)合下就可能造成眼睛疾病的交叉感染，而且采集過(guò)程也不便捷。
2.人工對(duì)焦采集法。該方法是給定使用者在鏡頭前一個(gè)較小的對(duì)焦范圍，讓使用者在這個(gè)范圍內(nèi)注視著鏡頭并且前后移動(dòng)，直到裝置采集到一幅較為清晰的虹膜圖像為止。例如松下公司推出的BM-ET100US。該方法明顯的缺點(diǎn)就是它的對(duì)焦方式不夠人性化，要求使用者不斷調(diào)整自己位置才能采到清晰的虹膜圖像，如果是一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的使用者很可能花很長(zhǎng)時(shí)間對(duì)焦才能采集到一幅清晰的圖像，圖3是這種方法獲得的虹膜圖像，可以明顯看出這種方法所采集到的圖像的虹膜31也不夠清晰。
由此可見(jiàn)，固定眼睛的定焦采集法對(duì)使用者來(lái)說(shuō)不是一種無(wú)侵害的采集方式，它不適合應(yīng)用于公共場(chǎng)合，這限制了虹膜識(shí)別技術(shù)的推廣。而人為的對(duì)焦方式又給使用者帶來(lái)了不便，這將直接影響虹膜識(shí)別的效率，這種方式所采集的圖像不夠清晰，對(duì)識(shí)別率也會(huì)有所影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有采集方法的不足之處，提出一種活體虹膜圖像采集方法及采集裝置，基于智能化的眼睛位置檢測(cè)及圖像質(zhì)量評(píng)估方法，距離調(diào)整范圍大，容易調(diào)整，使用者只需站在距鏡頭規(guī)定的范圍內(nèi)注視鏡頭幾秒鐘，采集儀就能夠快速地采集到清晰的虹膜圖像，而且可得到初步分割出來(lái)的虹膜圖像，以達(dá)到實(shí)時(shí)虹膜識(shí)別系統(tǒng)的要求。
本發(fā)明提出的一種活體虹膜圖像采集方法，包括眼睛位置檢測(cè)及圖像質(zhì)量評(píng)估兩個(gè)部分；具體包括以下步驟1)調(diào)整被采集者前后位置使其眼睛處于攝像頭的視野范圍內(nèi)，攝像頭不斷傳輸采集到的動(dòng)態(tài)圖像；2)當(dāng)動(dòng)態(tài)圖像由暗變亮?xí)r，在整個(gè)圖像中抽樣，若中間部分圖像的灰度值低于周圍圖像的灰度值，則確認(rèn)為是眼睛圖像；3)統(tǒng)計(jì)眼睛圖像灰度值，找到灰度值最低區(qū)域中心點(diǎn)，把這一點(diǎn)設(shè)定為初始瞳孔中心；4)設(shè)定一個(gè)眼睛圖像的灰度差閾值和灰度的梯度閾值，從該初始瞳孔中心向上下左右四個(gè)方進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并滿足以下三個(gè)條件檢測(cè)到灰度差大于所述設(shè)定的灰度差閾值(此處為是瞳孔的邊緣)；檢測(cè)灰度的梯度值超過(guò)所述設(shè)定的灰度的梯度閾值，再檢測(cè)初始瞳孔中心坐標(biāo)是否處于圖像中心位置；5)若步驟4)中所述任何一個(gè)條件不滿足，則通過(guò)表示條件不滿足的提示信號(hào)來(lái)提示繼續(xù)調(diào)整被采集者前后位置，直到所述三個(gè)條件均滿足，則通過(guò)表示開(kāi)始采集的信號(hào)來(lái)提示被采集者注視鏡頭并且保持不動(dòng)；6)前后自動(dòng)移動(dòng)攝像頭，采集一系列不同焦平面的眼睛圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)估，確定質(zhì)量最好的虹膜圖像；圖像質(zhì)量評(píng)估的具體方法可采用已知的常規(guī)方法，也可采用下述方法，以達(dá)到較好的效果，該方法為選出眼睛圖像上的一塊固定區(qū)域，對(duì)每幀圖像上的這塊區(qū)域求整體的梯度變化，最后取一個(gè)梯度變化最大的圖像確定為質(zhì)量最好的虹膜圖像。
本發(fā)明所述方法還可進(jìn)一步包括對(duì)第6)步得到的虹膜圖像進(jìn)行分割，得到初步分割出來(lái)的虹膜圖像；分割的具體方法為將瞳孔內(nèi)區(qū)域內(nèi)的照明光斑填充為黑色，再根據(jù)重新進(jìn)行對(duì)灰度值的分布統(tǒng)計(jì)，找到灰度值分布最低的一點(diǎn)，并結(jié)合瞳孔的邊緣檢測(cè)計(jì)算出上下和左右的四個(gè)半徑，根據(jù)這四個(gè)半徑取平均值，得到瞳孔的最終半徑；然后利用哈夫(Hough)變換求出虹膜的外圓的中心坐標(biāo)和半徑；根據(jù)瞳孔和虹膜外圓的半徑和中心坐標(biāo)把虹膜內(nèi)部的瞳孔和外部的其它圖像全部切割掉，剩下的圖像部分為初步分割出來(lái)的虹膜圖像。
本發(fā)明提出實(shí)現(xiàn)上述方法的一種活體虹膜圖像采集裝置，包括一底座，安裝在該底座上的一維移動(dòng)工作臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在該移動(dòng)工作臺(tái)上安裝的提示信號(hào)裝置和CCD攝像頭，以及與CCD攝像頭連接的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有眼睛位置檢測(cè)及圖像質(zhì)量評(píng)估模塊；該CCD攝像頭的鏡頭的周圍均勻地分布著多個(gè)紅外發(fā)光管，該CCD攝像頭的鏡頭前方裝有冷反光鏡，該冷反光鏡采用可見(jiàn)光被反射，部分紅外光可以通過(guò)的光學(xué)濾鏡；在工作臺(tái)后端安裝有與計(jì)算機(jī)連接的控制電路及電源，該計(jì)算機(jī)發(fā)指令給控制電路控制移動(dòng)工作臺(tái)前后移動(dòng)和提示信號(hào)裝置的顯示狀態(tài)。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果(1)用圖像的辦法檢測(cè)對(duì)焦距離這是一個(gè)代替其它測(cè)距方式并檢測(cè)是否有眼睛出現(xiàn)的方法。在本發(fā)明方法的實(shí)現(xiàn)裝置中，因?yàn)殓R頭前安裝的冷放光鏡可以濾出可見(jiàn)光，當(dāng)沒(méi)有使用者站在裝置前時(shí)，鏡頭的周圍的紅外發(fā)光管發(fā)射的紅外光不會(huì)被反射回來(lái)，所以就沒(méi)有任何光進(jìn)入攝像頭，圖像偏暗；當(dāng)有人站在鏡頭前時(shí)動(dòng)態(tài)圖像會(huì)變亮，此時(shí)啟動(dòng)眼睛位置檢測(cè)，并確定眼睛處于采集的距離范圍之內(nèi)。
(2)自動(dòng)對(duì)焦通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏡頭實(shí)現(xiàn)一維運(yùn)動(dòng)的同時(shí)采集一系列不同聚焦平面上的圖像，從中選出清晰的圖像。
(3)利用求圖像差分的辦法評(píng)估圖像質(zhì)量。
(4)虹膜區(qū)域自動(dòng)分割對(duì)采集到的清晰圖像利用哈夫(Hough)變換求出虹膜的內(nèi)圓和外圓參數(shù)，只將虹膜圖像保留下來(lái)，得到初步分割的虹膜圖像。
本發(fā)明的活體虹膜采集方法及其裝置用于虹膜生物特征識(shí)別，可完成虹膜圖像的采集，且進(jìn)一步可完成虹膜圖像的初步分割。
本發(fā)明采集的圖像清晰度比較高，在虹膜圖像區(qū)域的特征紋理非常明顯，而且沒(méi)有照明光斑噪聲，不需要額外的后續(xù)處理。
本發(fā)明的數(shù)字?jǐn)z像頭是即插即用設(shè)備，可直接與計(jì)算機(jī)連接，將實(shí)時(shí)采集的虹膜圖像以視頻的方式動(dòng)態(tài)傳輸給計(jì)算機(jī)。


圖1為已有方法采集的有光斑噪聲的虹膜圖像。
圖2為已有的定焦采集法的裝置。
圖3為松下BM-ET100US型虹膜圖像采集儀所采集的虹膜圖像樣本。
圖4為本發(fā)明的方法流程圖。
圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的控制電路圖。
圖7為本發(fā)明所采集的虹膜圖像樣本。
圖8為本發(fā)明初步所分割出來(lái)的虹膜區(qū)域圖像。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的一種活體虹膜圖像采集方法及裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。
本發(fā)明方法的實(shí)施例流程如圖4所示，包括以下步驟1)調(diào)整被采集者前后位置使其眼睛處于攝像頭的視野范圍內(nèi)，攝像頭不斷傳輸采集到的動(dòng)態(tài)圖像；2)當(dāng)動(dòng)態(tài)圖像由暗變亮?xí)r，在整個(gè)圖像中抽樣，若中間部分圖像的灰度值低于周圍圖像的灰度值，則確認(rèn)為是眼睛圖像；3)統(tǒng)計(jì)眼睛圖像灰度值，找到灰度值最低區(qū)域中心點(diǎn)，把這一點(diǎn)設(shè)定為初始瞳孔中心；4)設(shè)定一個(gè)眼睛圖像的灰度差閾值和灰度的梯度閾值，從該初始瞳孔中心向上下左右四個(gè)方進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并滿足以下三個(gè)條件檢測(cè)到所述灰度差大于設(shè)定的閾值，此處為是瞳孔的邊緣；檢測(cè)所述梯度值超過(guò)設(shè)定的梯度閾值，再檢測(cè)初始瞳孔中心坐標(biāo)是否處于圖像中心位置；5)若步驟4)中所述任何一個(gè)條件不滿足，則通過(guò)表示條件不滿足的提示信號(hào)來(lái)提示繼續(xù)調(diào)整被采集者前后位置，直到所述三個(gè)條件均滿足，則通過(guò)表示開(kāi)始采集的信號(hào)來(lái)提示被采集者注視鏡頭并且保持不動(dòng)；6)前后自動(dòng)移動(dòng)攝像頭，采集一系列不同焦平面的眼睛圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)估，確定質(zhì)量最好的虹膜圖像；圖像質(zhì)量評(píng)估的具體方法為選出眼睛圖像上的一塊固定區(qū)域，對(duì)每幀圖像上的這塊區(qū)域求整體的梯度變化，最后取一個(gè)梯度變化最大的圖像確定為質(zhì)量最好的虹膜圖像；7)對(duì)第6)步得到的虹膜圖像作初步分割，得到虹膜圖像；分割的具體方法為將瞳孔區(qū)域內(nèi)的照明光斑填充為黑色，再根據(jù)重新進(jìn)行對(duì)灰度值的分布統(tǒng)計(jì)，找到灰度值分布最低的一點(diǎn)，并結(jié)合瞳孔的邊緣檢測(cè)計(jì)算出上下和左右的四個(gè)半徑，根據(jù)這四個(gè)半徑取平均值，得到瞳孔的最終半徑；然后利用哈夫(Hough)變換求出虹膜的外圓的中心坐標(biāo)和半徑參數(shù)；根據(jù)瞳孔和虹膜外圓的半徑和中心坐標(biāo)把虹膜內(nèi)部的瞳孔和外部的其它圖像全部切割掉，剩下的圖像部分為初步分割出來(lái)的虹膜圖像。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示，它包括工作臺(tái)底座51，步進(jìn)電機(jī)52和電控盒53都固定在工作臺(tái)底座51之上，步進(jìn)電機(jī)52通過(guò)絲杠54傳動(dòng)移動(dòng)工作臺(tái)55，移動(dòng)工作臺(tái)55的上方用支架56固定數(shù)字?jǐn)z像頭57，數(shù)字?jǐn)z像頭57的長(zhǎng)焦鏡頭58周圍是紅外光源59，長(zhǎng)焦鏡頭58的上方是LED燈510，長(zhǎng)焦鏡頭58前有一面冷反光鏡511，另外還包括串行通訊口512和USB接口513，USB接口513用于數(shù)字?jǐn)z像頭57給計(jì)算機(jī)514上傳圖像數(shù)據(jù)，串行通訊口512用于計(jì)算機(jī)514給電控盒53發(fā)送控制指令。
本實(shí)施例各部件的功能說(shuō)明如下工作臺(tái)底座51用于安裝和固定其它部件，并在兩頭裝有限位開(kāi)關(guān)，移動(dòng)工作臺(tái)55運(yùn)行到端點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)回到中間位置。
步進(jìn)電機(jī)52用于帶動(dòng)絲杠54的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使移動(dòng)工作臺(tái)5能夠前后移動(dòng)。
電控盒53主要包括電源和控制電路兩部分電源給控制電路、步進(jìn)電機(jī)52、紅外光源59和LED燈供電；控制電路通過(guò)串行通訊口接收計(jì)算機(jī)控制指令控制步進(jìn)電機(jī)52和LED燈510；即按照程序的要求控制步進(jìn)電機(jī)52正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，并且還控制LED燈510的提示狀態(tài)。
本實(shí)施例的控制電路采用AT90S8515單片機(jī)實(shí)現(xiàn)為常規(guī)成熟電路，其結(jié)構(gòu)如圖6所示，包括單片機(jī)及分別與其相連的復(fù)位開(kāi)關(guān)61和外部晶振64、單片機(jī)設(shè)置以下端口串行端口62、限位開(kāi)關(guān)的中斷端口63、單片機(jī)地線接口65、LED燈510的控制端口67、步進(jìn)電機(jī)52轉(zhuǎn)動(dòng)的控制端口68、單片機(jī)電源69以及預(yù)留的端口66。
絲杠54的主要作用是運(yùn)動(dòng)傳遞，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。
移動(dòng)工作臺(tái)55的作用是固定圖像采集設(shè)備，并帶動(dòng)它們前后移動(dòng)，以達(dá)到對(duì)焦的目的。
支架56的作用是連接移動(dòng)工作臺(tái)55和數(shù)字?jǐn)z像頭57，把數(shù)字?jǐn)z像頭穩(wěn)固在移動(dòng)工作臺(tái)上，避免在移動(dòng)采集的過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)，保證圖像的清晰度。
數(shù)字?jǐn)z像頭57的作用就是采集圖像，并把它轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字圖像，通過(guò)USB接口上傳給計(jì)算機(jī)。
長(zhǎng)焦鏡頭58是焦距為25mm的CCD鏡頭，它相當(dāng)于普通35mm單反相機(jī)100mm的鏡頭，所以相對(duì)于普通相機(jī)來(lái)說(shuō)25mm的CCD鏡頭為長(zhǎng)焦鏡頭；選用長(zhǎng)焦鏡頭目的是為了減少景深，以得到足夠面積的虹膜圖像。
紅外光源59是采用940nm波長(zhǎng)的紅外發(fā)光管，呈圓形分布在鏡頭周圍，它的目的一是為了給虹膜區(qū)域照射均勻的紅外光源，以后得到虹膜區(qū)域紋理細(xì)節(jié)的圖像，目的二是因?yàn)榧t外光不會(huì)對(duì)使用者眼睛產(chǎn)生刺激，讓使用者能正常地睜大眼睛注視鏡頭，方便地采集虹膜圖像。
LED燈510的作用是給使用者提示，包括一個(gè)紅色LED和綠色LED。沒(méi)有使用者站在鏡頭前時(shí)綠色LED持續(xù)發(fā)光，一旦有使用者靠近鏡頭綠色LED滅掉而紅色LED就會(huì)持續(xù)發(fā)光，提示被采集者用在冷反光鏡中對(duì)準(zhǔn)自己的眼睛并適當(dāng)前后移動(dòng)，使眼睛距鏡頭的距離在20cm-30cm之間，一旦紅色LED開(kāi)始閃爍就說(shuō)明工作臺(tái)開(kāi)始移動(dòng)，使用者在這段時(shí)間里要一直注視鏡頭，不要再隨便移動(dòng)位置，當(dāng)綠色LED閃爍時(shí)表明采集完畢，使用者可以離開(kāi)鏡頭。
冷反光鏡511是一面可見(jiàn)光被反射紅外光可通過(guò)的濾鏡，其功能一是為了濾出可見(jiàn)光的干擾，得到亮度對(duì)比度衡定的圖像；功能二是為了讓使用者在采集虹膜圖像的過(guò)程中對(duì)準(zhǔn)鏡頭，因?yàn)樵诶浞垂忡R中能看到自己的眼睛就說(shuō)明眼睛的圖像處在了圖像的中間位置，以減少采集圖像的時(shí)間。
串行通訊口512用于連接計(jì)算機(jī)514和電控盒53，用于指令下行傳輸給電控盒3。
USB接口513用于連接計(jì)算機(jī)514和數(shù)字?jǐn)z像頭，用于將數(shù)字圖像上傳給計(jì)算機(jī)514。
本實(shí)施例的工作流程如下
1)將串行通訊口512與USB接口513與計(jì)算機(jī)正確連接，讓后將電控盒53上的開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這時(shí)候綠色LED發(fā)光，使用者站到采集儀前并在冷反光鏡中511看到自己的眼睛；2)當(dāng)動(dòng)態(tài)圖像由暗變亮?xí)r，并且在整個(gè)圖像中抽樣，每幀圖像大小為640×480，將圖像分為12288個(gè)5×5的子塊，抽取中間一點(diǎn)像素的值代表該子塊的灰度值，若整個(gè)圖像中間部分圖像抽樣的灰度值低于周圍圖像抽樣的灰度值，則確認(rèn)為是眼睛圖像，此時(shí)紅色LED開(kāi)始閃爍；3)先將設(shè)定一個(gè)80×80像素的模板，在圖像中按照步驟2)中設(shè)定抽樣坐標(biāo)中心為該模板的中心坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)模板內(nèi)80×80像素圖像的灰度值，模板的中心在每統(tǒng)計(jì)一次就移動(dòng)到下一個(gè)子塊的中心，這樣可以在整個(gè)圖像中找到灰度值最低的一點(diǎn)，把這一點(diǎn)設(shè)定為初始瞳孔中心；4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)眼睛圖像的灰度差閾值(例如80)和灰度的梯度閾值(例如50)，從初始瞳孔中心向上下左右四個(gè)方進(jìn)行邊緣檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到灰度差大于80，則認(rèn)為是瞳孔的邊緣，而且梯度值超過(guò)50時(shí)，則認(rèn)為眼睛處在距冷反光鏡511的鏡面20-30cm的焦距范圍之內(nèi)，再檢測(cè)初始瞳孔中心坐標(biāo)是否處于圖像中心位置，即初始瞳孔中心坐標(biāo)(x，y)滿足條件200≤x≤440,150≤y≤330；5)若步驟4)中所述任何一個(gè)條件不滿足，則通過(guò)紅色LED會(huì)一直閃爍提示被采集者繼續(xù)調(diào)整前后位置，并初始瞳孔中心處圖像中心位置，如果滿足步驟4)的條件，計(jì)算機(jī)514給電控盒53中的控制電路發(fā)指令控制步進(jìn)電機(jī)52轉(zhuǎn)動(dòng)并改變LED燈510的狀態(tài)，紅色LED會(huì)停止閃爍并且一直發(fā)光以示被采集者注視鏡頭并且保持不動(dòng)；6)步進(jìn)電機(jī)52通過(guò)絲杠54帶動(dòng)移動(dòng)工作臺(tái)55向前移動(dòng)，數(shù)字?jǐn)z像頭57采集一系列不同焦平面的眼睛圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量平詁選出眼睛圖像上的一塊固定區(qū)域，對(duì)每幀圖像上的這塊區(qū)域求整體的梯度變化，最后取一個(gè)梯度變化最大的圖像確定為質(zhì)量最好的虹膜圖像；7)當(dāng)?shù)玫劫|(zhì)量最好的虹膜圖像后計(jì)算機(jī)514給電控盒53中的控制電路發(fā)指令使綠色LED閃爍，表明采集完畢，使用者可以離開(kāi)采集裝置；并且電控盒53控制步進(jìn)電機(jī)52反轉(zhuǎn)，使移動(dòng)工作臺(tái)55退回到初始的位置，綠色LED發(fā)光但停止閃爍，裝置等待下一次采集。
本實(shí)施例還可進(jìn)一步把初始瞳孔內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行填充，即將瞳孔內(nèi)的照明光斑填充為黑色，再按照步驟3)重新進(jìn)行對(duì)灰度值的分布統(tǒng)計(jì)，找到灰度值分布最低的一點(diǎn)，并結(jié)合瞳孔的邊緣檢測(cè)計(jì)算出上下和左右的四個(gè)半徑，根據(jù)這四個(gè)半徑取平均值再對(duì)瞳孔中心進(jìn)行修正；然后利用Hough變換求出虹膜的外圓的中心坐標(biāo)和半徑參數(shù)；根據(jù)瞳孔和虹膜外圓的半徑和中心坐標(biāo)參數(shù)將虹膜的外徑把虹膜內(nèi)部的瞳孔和外部的其它圖像全部切割掉，剩下的圖像部分為初步分割出來(lái)的虹膜圖像。
本實(shí)施例所采集的虹膜圖像如圖7所示，虹膜圖像清晰度比較高，虹膜區(qū)域71的紋理都非常清晰。本實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)虹膜區(qū)域自動(dòng)分割，較為準(zhǔn)確地分割出了虹膜區(qū)域的圖像81，如圖8所示，可以滿足實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)圖像采集的要求。
權(quán)利要求
1.一種活體虹膜圖像采集方法，包括眼睛位置檢測(cè)及圖像質(zhì)量評(píng)估兩個(gè)部分；具體包括以下步驟1)調(diào)整被采集者前后位置使其眼睛處于攝像頭的視野范圍內(nèi)，攝像頭不斷傳輸采集到的動(dòng)態(tài)圖像；2)當(dāng)動(dòng)態(tài)圖像由暗變亮?xí)r，在整個(gè)圖像中抽樣，若中間部分圖像的灰度值低于周圍圖像的灰度值，則確認(rèn)為是眼睛圖像；3)統(tǒng)計(jì)眼睛圖像灰度值，找到灰度值最低區(qū)域中心點(diǎn)，把這一點(diǎn)設(shè)定為初始瞳孔中心；4)設(shè)定一個(gè)眼睛圖像的灰度差閾值和灰度的梯度閾值，從該初始瞳孔中心向上下左右四個(gè)方進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并滿足以下三個(gè)條件檢測(cè)到灰度差大于所述設(shè)定的灰度差閾值；檢測(cè)灰度的梯度值超過(guò)所述設(shè)定的灰度的梯度閾值，再檢測(cè)初始瞳孔中心坐標(biāo)是否處于圖像中心位置；5)若步驟4)中所述任何一個(gè)條件不滿足，則通過(guò)表示條件不滿足的提示信號(hào)來(lái)提示繼續(xù)調(diào)整被采集者前后位置，直到所述三個(gè)條件均滿足，則通過(guò)表示開(kāi)始采集的信號(hào)來(lái)提示被采集者注視鏡頭并且保持不動(dòng)；6)前后自動(dòng)移動(dòng)攝像頭，采集一系列不同焦平面的眼睛圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)估，確定質(zhì)量最好的虹膜圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的活體虹膜圖像采集方法，其特征在于，所述的圖像質(zhì)量評(píng)估的具體方法為選出眼睛圖像上的一塊固定區(qū)域，對(duì)每幀圖像上的這塊區(qū)域求整體的梯度變化，最后取一個(gè)梯度變化最大的圖像區(qū)域確定為質(zhì)量最好的虹膜圖像；
3.如權(quán)利要求1或2所述的活體虹膜圖像采集方法，其特征在于，還進(jìn)一步包括對(duì)第6)步得到的虹膜圖像進(jìn)行分割，得到虹膜圖像；分割的具體方法為將根據(jù)瞳孔的邊緣所劃分出的瞳孔區(qū)域內(nèi)的照明光斑填充為黑色，再根據(jù)重新進(jìn)行對(duì)灰度值的分布統(tǒng)計(jì)，找到灰度值分布最低的一點(diǎn)，并結(jié)合瞳孔的邊緣檢測(cè)計(jì)算出上下和左右的四個(gè)半徑，根據(jù)這四個(gè)半徑取平均值，得到瞳孔的最終半徑；然后利用哈夫變換求出虹膜的外圓的中心坐標(biāo)和半徑；根據(jù)瞳孔和虹膜外圓的半徑和中心坐標(biāo)把虹膜內(nèi)部的瞳孔和外部的其它圖像全部切割掉，剩下的圖像部分為初步分割出來(lái)的虹膜圖像。
4.一種活體虹膜圖像采集裝置，包括一底座，安裝在該底座上的一維移動(dòng)工作臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在該移動(dòng)工作臺(tái)上安裝的提示信號(hào)裝置和CCD攝像頭，以及與CCD攝像頭連接的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有眼睛位置檢測(cè)及圖像質(zhì)量評(píng)估模塊；該CCD攝像頭的鏡頭的周圍均勻地分布著多個(gè)紅外發(fā)光管，該CCD攝像頭的鏡頭前方裝有冷反光鏡，該冷反光鏡采用可見(jiàn)光被反射，部分紅外光可以通過(guò)的光學(xué)濾鏡；在工作臺(tái)后端安裝有與計(jì)算機(jī)連接的控制電路及電源，該計(jì)算機(jī)發(fā)指令來(lái)控制工作臺(tái)前后移動(dòng)和改變顯示裝置的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及活體虹膜圖像采集方法及采集裝置，屬于生物特征識(shí)別和自動(dòng)身份鑒別技術(shù)領(lǐng)域。包括攝像頭不斷傳輸采集到的動(dòng)態(tài)圖像；若中間部分圖像的灰度值低于周圍圖像的灰度值，則確認(rèn)為是眼睛圖像；統(tǒng)計(jì)眼睛圖像灰度值，找到灰度值最低區(qū)域中心點(diǎn)為初始瞳孔中心；若滿足；檢測(cè)到灰度差大于所述設(shè)定的灰度差閾值；檢測(cè)灰度的梯度值超過(guò)所述設(shè)定的灰度的梯度閾值，再檢測(cè)初始瞳孔中心坐標(biāo)是否處于圖像中心位置三個(gè)條件；則可開(kāi)始采集；前后自動(dòng)移動(dòng)攝像頭，采集一系列不同焦平面的眼睛圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)估，確定質(zhì)量最好的虹膜圖像。本發(fā)明采集的圖像清晰度比較高，在虹膜圖像區(qū)域的特征紋理非常明顯，而且沒(méi)有照明光斑噪聲，不需要額外的后續(xù)處理。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1584917SQ200410047920
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月11日
發(fā)明者林喜榮, 胡競(jìng), 譚汝謀, 周斌, 瞿蓬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)