一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法技术

本发明专利技术公开了一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法，包括初始化液体透镜、场景相机和虹膜相机，场景相机检测到目标，向液体透镜发出开始信号，然后液体透镜会根据预设粗步长进行粗扫描得到序列虹膜图像，通过质量评价确定粗电流值I0，在I0前后一定范围内根据预设细步长进行细扫描得到序列虹膜图像，通过质量评价确定粗电流值i0，然后改变液体透镜电流至i0，最后发出触发信号获取一帧或多帧清晰虹膜图像，对图像进行虹膜特征提取与比对得到识别结果。本发明专利技术可有效解决虹膜识别设备成像景深有限、采集距离近的难题，速度快、景深大、寿命长、成本低、稳定性强、便于集成安装，适用于目标静止和移动状态，能够实现多人实时采集。能够实现多人实时采集。能够实现多人实时采集。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法


[0001]本专利技术涉及虹膜成像和计算成像
，具体涉及一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法。

技术介绍

[0002]人的眼睛结构由巩膜、虹膜、瞳孔晶状体、视网膜等部分组成，虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，占据眼睛的65％，包含了丰富的纹理信息，有很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征，是人体中最独特的结构之一。
[0003]不同于其他生物识别，虹膜具有很高的稳定性和唯一性。一个虹膜大约有244个对立变量，而指纹和人脸只有十几或几十个独立变量，因此虹膜携带信息量高一个量级，识别的准确率更高，虹膜识别误识率低至百万分之一。虹膜复杂的细节特性让伪造也变得几乎不太可能，而且虹膜的生物特征只有在活体情况下才能够识别，用照片、录像等代替活体的虹膜图像都无法生效。虹膜识别是目前最稳定、最准确、安全系数最高的生物识别技术之一。
[0004]目前，市场上已经有多款虹膜识别产品和不少应用案例，但是当前虹膜识别技术仍然受限于识别设备景深小的问题，无法实现远距离识别应用，而且即使近距离识别情况下，也必须主动配合站在指定位置，交互感差。现在增加景深的方法，大都是使用多个不同焦点镜头配合(扩展的景深最大等于每个镜头景深之和)或变焦镜头。但是多个光学镜头系统设计复杂、制造成本高、体积庞大，而且无法保证待识别目标恰好处于清晰焦点景深范围内；变焦镜头通常采用电机控制的机械运动调焦，速度慢、稳定性差、长焦镜头成本昂贵，无法实现高速精准变焦，工作寿命有限。由于光学成像原理的限制，要通过改变镜头镜片组光路的方法增加原始景深，也很不现实。
[0005]液体透镜是一种利用液体形状改变薄膜曲率进而改变焦点的装置，响应速度快、调节稳定、便于集成，已在显微镜领域广泛应用。液体透镜的使用方式主要有三种，安装在普通成像镜头前端、安装在普通成像镜头后端即镜头和相机之前和嵌入到成像镜头内部。第三种方式制造成本高、无法拆卸、可复用性差、不易维护，很少使用该方式；第一种方式通用性很强，安装时基本不需要对现有镜头进行更改，但是该方式情况下，只能实现近距离或微距离对焦，在显微成像领域使用广泛，也可实现对大目标的景深扩展，如人脸成像，但是无法满足虹膜大景深成像的要求(已测试)；第二种方式主要需要满足成像镜头后截距的要求，由于标准C口液体透镜的厚度17.5mm，而C口镜头的标准后截距也只有17.526mm，简单增加液体透镜后所需后截距35.026mm，完全超出了C口镜头的调焦能力，无法对焦，所以要使用此种方式，必须使用非标准定制镜头。Optotune有相应的应用案例，所以只需要改变一下虹膜成像镜头的后截距，即可实现虹膜清晰成像。这也是本专利技术采用的方式，镜头后截距38.0mm。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是基于液体透镜的快速响应特性解决远距离虹膜成像中景深受限的问题，提升虹膜采集系统的采集速度与采集距离，提高近距离虹膜识别交互体验，突破现有技术，实现更远距离虹膜识别要求，拓宽虹膜识别技术的应用场景和范围，从而提供了一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法。
[0007]为实现本专利技术的目的，本专利技术提供的一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法，
[0008]所述方法包括如下步骤：
[0009]步骤S0、初始化场景相机、液体透镜和虹膜相机；
[0010]步骤S1、通过粗扫描算法确定目标粗对焦电流值I0；
[0011]步骤S2、根据I0值，通过细扫描算法确定目标细对焦的焦点电流值i0；
[0012]步骤S3、将液体透镜(2)电流调整至i0，改变屈光度至焦点位置，达到稳定状态后利用触发信号获取一帧或多帧清晰虹膜图像；
[0013]步骤S4、对虹膜图像进行检测、定位、分割、特征提取与比对后得到识别结果。
[0014]其中，
[0015]所述步骤S1中的粗扫描算法具体如下(电流单位mA)：
[0016]设液体透镜最大电流为Max，最小电流为Min，粗扫描最大电流为I
max
(I
max
≤Max),最小极限电流为I
min
(Min≤I
min
)，粗步长为H，则扫描点数N＝(I
max-I
min
)/H，默认从I
min
到I
max
扫描，N若为小数，则加1；扫描点的暂驻时间为T(7ms≤T)；
[0017]每经过一个扫描点，等待T后触发获取一帧虹膜图像，扫描形成粗序列虹膜图像；利用同步线程，对粗序列中的虹膜图像进行质量评价，最终确定最高图像质量对应的扫描点电流值，即为所述的粗对焦电流值I0。
[0018]其中，
[0019]所述步骤S2中的细扫描算法具体如下：
[0020]设细搜索的最大电流为i
max
＝I0+H(如果Max＜i
max
，则i
min
＝Max),最小极限电流为i
min
＝I
c-H(如果i
min
＜Min，则i
min
＝Min)，细步长为h(h＜H)，则扫描点数n＝(i
max-i
min
)/h，默认从i
min
到i
max
扫描，n若为小数，则取整后加1；扫描点的暂驻时间为t(7ms≤t)；
[0021]每经过一个扫描点，等待t后触发获取一帧虹膜图像，扫描形成细序列虹膜图像；利用同步线程，对细序列中的虹膜图像进行质量评价，确定最高图像质量所对应的扫描点电流值，即为所述的细对焦焦点电流值i0。
[0022]其中，
[0023]对虹膜图像进行质量评价所采用的图像质量评价算法需要对虹膜图像降维，然后基于随机采样和像素灰度阈值的人脸定位，最后计算人脸图像x和y方向的梯度即图像质量值。
[0024]其中，所述液体透镜安装在虹膜图像传感器和虹膜成像镜头之间，传感器靶面到成像镜头后端面的距离等于镜头后截距，基于电润湿效应，响应时间7ms，屈光度-10～10dpt，工作波段850～1500nm。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为，
[0026]1、极大景深扩展。通过本专利技术所公示的方法，对虹膜识别原始景深扩展距离可以
达到几十倍以上。测试实验，近红外镜头焦距350mm，对焦点5m，原始景深95mm(4960～5055mm)，扩展后可识别景深4000mm(3800～7800mm)，扩大约42倍。
[0027]2、高速动态响应。电流响应时间<7ms，稳态时间<40ms。
[0028]3、人机良好交互。不需要人主动配合站在指定位置，可通过透镜快速调整焦点位置进行识别。
[0029]4、超远距离识别。突破当前商用虹膜识别产品距离限制，在成像设备体积基本不变的情况下，实现10m远距离虹膜识别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S0、初始化场景相机(1)、液体透镜(2)和虹膜相机(3)；步骤S1、通过粗扫描算法确定目标粗对焦电流值I0；步骤S2、根据I0值，通过细扫描算法确定目标细对焦的焦点电流值i0；步骤S3、将液体透镜(2)电流调整至i0，改变屈光度至焦点位置，达到稳定状态后利用触发信号获取一帧或多帧清晰虹膜图像；步骤S4、对虹膜图像进行检测、定位、分割、特征提取与比对后得到识别结果。2.根据权利要求1所述的基于液体透镜的虹膜成像景深扩展方法，其特征在于，所述步骤S1中的粗扫描算法具体如下：设液体透镜(2)最大电流为Max，最小电流为Min，粗扫描最大电流为I
max
(I
max
≤Max),最小极限电流为I
min
(Min≤I
min
)，粗步长为H，则扫描点数N＝(I
max-I
min
)/H，默认从I
min
到I
max
扫描，N若为小数，则加1；扫描点的暂驻时间为T(7ms≤T)；每经过一个扫描点，等待T后触发获取一帧虹膜图像，扫描形成粗序列虹膜图像；利用同步线程，对粗序列中的虹膜图像进行质量评价，最终确定最高图像质量对应的扫描点电流值，即为所述的粗对焦电流值I0。3.根据权利要求1所述的基于液体透镜的虹膜成像景深...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙哲南，张堃博，谭铁牛，申振腾，
申请(专利权)人：天津中科智能识别产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：