自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法技术

本发明专利技术一种自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法。方法包括如下步骤：将一个宽视角摄像头和一个窄视角（长焦距）摄像头以及红外光源紧密安装在一个可控制云台上，云台带动三者同时旋转；系统通过宽视角摄像头连续检测人脸图像；当有人脸图像的时候，检测人眼图像，得到眼睛的准确位置；然后控制云台上下左右旋转，使窄视角摄像头和红外光源对准人的眼睛；并同时判断用户距离和图像质量，控制摄像头自动变焦；当采集到清晰的虹膜图像时进行图像处理和虹膜识别，判断用户身份。系统装置包括计算机、可控云台、宽视角摄像头、窄视角摄像机、红外光源和电源、图像采集卡等辅助设备。

Iris image acquisition method for automatic tracking and automatic zooming

The invention relates to an automatic tracking and automatic zooming iris image acquisition method. The method comprises the following steps: a wide angle camera and a narrow angle (telephoto) closely mounted on a control PTZ cameras and infrared light, led three while rotating the head; wide angle camera system through continuous detection of face image; when people face image detection, eye image, accurate the position of the eyes; and then control the head up and down the narrow angle of rotation, camera and infrared light source at a person's eyes; and at the same time to determine the user range and image quality of camera control automatic zoom; image processing and iris recognition when collected clear iris images, determine the user identity. The system comprises a computer, a controllable pan head, a wide-angle camera, a narrow angle camera, an infrared light source and an electric power supply, and an image acquisition card and other auxiliary equipment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用自动跟踪和自动对焦的虹膜图像获取方法，是综 合了计算机视觉、图像处理、模式识别和自动控制等技术，应用于生物特 征识别领域的虹膜识别方法。
技术介绍
在目前生物特征识别技术中，虹膜识别技术是准确度最 高、防伪性最好的技术之一，具有广泛的市场应用前景。虹膜 识别的步骤一般包括虹膜图像获取、活体检测、预处理、特征 提取和特征匹配等步骤。其中，虹膜图像获取是非常重要的一 个环节。然而，由于虹膜的直径非常小，而采集的虹膜图像又 要求必须有足够多的像素，所以虹膜图像获取也是非常困难的 一个环节。最早的虹膜图像采集装置是接触式的和固定的，即需要把眼睛紧紧地贴近镜头来采集图像，这样得到的图像质量很 好，但只能用于实验室的图像采集，如果用于实际生活，会引 起很多用户的抵触心理。后来的虹膜图像获取采用了长焦距的摄像头，使人不用贴近镜头就可以进行图像采集，但是由于这种摄像头的视角和景深都比较小，人站的位置靠前靠后靠左靠右都会造成人眼对不准摄像头。必须用户积极的配合才能采集到合适的图像，使用很不方便。为了解决这个问题，人们做了很多改进， 一种是利用距离传感器测得人的距离，然后利用声音或指示灯提示人前进或后退， 一种方法是利用镜子或显示器让人看到自己的图像从-而自动调整位置。但这些设备仍然存在很多问题第一，在有些 情况下，用户不愿意去主动配合设备，或者用户不方便靠近仪 器。第二，即使用户愿意去主动配合，无论是利用声音提示或 者是人自己对准镜子，都必须要人去配合仪器移动，造成了很 大的不方便；甚至有些人花很长时间都对不准镜头或掌握不好 距离。所以，我们提出了从人配合机器到机器配合人的主动式虹膜 采集方法，即让仪器去主动寻找人的眼睛的位置，无论人站在哪个位置，我们都利用云台的旋转去对准眼睛，并自动变焦来捕捉人的眼睛的图像， 这样就扩大了范围，增大了景深，方便了用户。模式识别技术使得在图像中检测人脸成为可能，而市场现有的长焦距(大于75mm)镜头使大范围(0.3m-lm米)拍摄虹膜(虹膜直径大于150 像素)成为可能，可控云台使得快速跟踪成为可能，这些都为主动式虹膜 采集方法提供了条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种， 以实现主动寻找用户的眼睛，进行虹膜识别。 为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种基于，其特征在于，包 括如下步骤1) 将一个宽视角摄像头、 一个窄视角摄像头和一红外光源安装在可控云台上；2) 利用宽视角摄像头连续拍摄图像，检测是否有人脸图像，当检测 到人脸图像时，在人脸的上半区域进行人眼检测，获得眼睛的准 确位置；3) 根据眼睛在宽视角摄像头图像中的位置，旋转云台直到窄视角摄 像头和红外光源对准人的眼睛，同时使窄视角摄像机中有人的眼 睛图像；4) 判断用户距离和图像质量，控制窄视角摄像头自动变焦和自动对5) 窄视角摄像机中有人的眼睛图像并对焦后，窄视角摄像头连续拍摄虹膜图像；6) 判断是否采集到清晰的虹膜图像，如果有清晰的图像则进行图像 处理和虹膜识别，判断用户身份。所述的方法，其所述第1)步中，将一个宽视角摄像头、 一个窄视角 摄像头和一红外光源紧密安装在可控云台上，两摄像头角度和光源平行安 装，但不共线；云台带动三者共同旋转。所述的方法，其所述第2)步中，利用宽视角摄像头检测人脸，其步 骤包括a) 在系统运行时，利用宽视角摄像头连续拍摄图像；b) 利用已有方法训练好的分类器检测图像中是否有人脸图像，有 人脸图像时，获取人脸的坐标和大小。所述的方法，其所述第2)步中，在人脸图像中进行人眼检测，其步 骤包括a) 根据已检测到的人脸位置，估算人的眼睛的大体位置，b) 利用已有方法训练好的人眼分类器在这个区域检测是否有人的 眼睛，有人眼时，获取人眼的坐标和大小。所述的方法，其所述第3)步中，根据眼睛在宽视角摄像头的图像位 置来转动云台，其具体方法如下a) 计算眼睛是否出现在宽视角摄像头的一个标定位置如果在标定 位置，则说明窄视角摄像头已对准眼睛，如果不在，说明需要旋转 云台；b) 当眼睛位置偏离标定位置时，转动云台使之回到标定位置当眼睛位置偏左或偏右时，计算旋转时间，然后则旋转云台向右或向左旋转此时间；当眼睛位置偏上或偏下时，计算旋转时间，然后则旋转云台向下或向上旋转此时间；旋转直到眼睛出现在标定点。 所述的方法，其所述标定位置，是根据用户的大致距离来线性计算， 具体方法如下a) 标定位置大约在宽摄像头中心点的下方Ah处，和人距离摄像头 的距离D成线性关系，同时和检测到的人脸的大致长度H成线性关 系，即A/^^ + 、其中a、 b为待计算参数；b) 在准备工作中，分别在用户距离摄像头的不同距离得出若干不同 的标定位置Ahl, Ah2，…Ahn，和相对应的不同人脸大致长度值下:H1，H2，…Hn，,A[A、AV'A，然后做线性回归计算，即得出c)在系统运行时，通过每次检测人脸得到的人脸大致长度H，计算标 定位置，然后对比此位置的坐标和检测到人眼的坐标，判断眼睛是 否出现在标定位置。 所述的方法，其所述旋转时间的计算，是通过经验判断，具体方法如a) 在准备工作中，分别设定不同的旋转时间，让云台向水平和垂直 方向分别旋转，得到每次旋转眼睛位置的变化距离；b) 将这些经验数据列成表格，记录到计算机程序中；c) 在系统运行中，查询应该水平和垂直旋转的距离，程序查询此表 格，既得出需要向水平和垂直旋转的时间。所述的方法，其所述第4)步中，控制窄视角摄像头自动变焦和自动对焦，其具体方式包括1)根据人脸的大小粗估用户的距离；2) 根据大致估计的距离调整变焦到预先设置的焦距，距离远则变到长 焦距，距离近则变到短焦距；3) 判断虹膜图像的高频分量，然后控制镜头对焦变远或变近，如果变焦高频分量变大，则继续原方式对焦，反之，如果变焦高频分量变小，向反方向对焦；4) 直到采集到清晰的虹膜图像为止，其中图像清晰的判断是通过系统 试验中得到的高频分量经验值确定。所述的方法，其所述第6)步中采集到清晰虹膜图像后需要进行虹膜识别，虹膜识别方法，包括步骤如下a) 进行图像预处理和归一化；b) 进行虹膜定位和虹膜特征提取；c) 将采集的虹膜特征与数据库中的虹膜特征进行比对，看是否与数据 库中的虹膜图像吻合；d) 如果与数据库中的虹膜图像吻合，则自动读出该人的姓名，保存识 别成功的图像。所述的方法，其当第5)步虹膜识别完成后进行声音提示、灯光提示、 或依据比对结果进行开或不开门的操作。一种所述的方法使用的系统，其包括可控云台，宽视角摄像头，窄视 角摄像头，红外光源，计算机，电源，音箱； 一宽视角摄像头和一窄视角 摄像头以及红外光源顺序叠置，安装在可控云台的垂直旋转轴上； 其中，各个设备的选型和连接a) 宽视角摄像头选用普通的会议摄像头，通过USB接口与计算机连接;b) 窄视角摄像头选用改装的一体化摄像机，其视频数据通过数据采集 卡和计算机连接， 一体化摄像头以通过RS-232总线控制对焦和变焦；c) 可控云台选用100度/秒的快速数字化云台，通过RS-485接口和计 算机连接，由标准化的Pelco-D协议控制；d)红外光源选用LED灯阵列，由多个发射角度为15度的红外LED构成。所述的系统，其所述计算机硬盘中拷有软本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法，其特征在于，包括如下步骤：　１）将一个宽视角摄像头、一个窄视角摄像头和一红外光源安装在可控云台上；　２）利用宽视角摄像头连续拍摄图像，检测是否有人脸图像，当检测到人脸图像时，在人脸的 上半区域进行人眼检测，获得眼睛的准确位置；　３）根据眼睛在宽视角摄像头图像中的位置，旋转云台直到窄视角摄像头和红外光源对准人的眼睛，同时使窄视角摄像机中有人的眼睛图像；　４）判断用户距离和图像质量，控制窄视角摄像头自动变焦和自动 对焦；　５）窄视角摄像机中有人的眼睛图像并对焦后，窄视角摄像头连续拍摄虹膜图像；　６）判断是否采集到清晰的虹膜图像，如果有清晰的图像则进行图像处理和虹膜识别，判断用户身份。

【技术特征摘要】
1. 一种基于自动跟踪和自动变焦的虹膜图像获取方法，其特征在于，包括如下步骤1)将一个宽视角摄像头、一个窄视角摄像头和一红外光源安装在可控云台上；2)利用宽视角摄像头连续拍摄图像，检测是否有人脸图像，当检测到人脸图像时，在人脸的上半区域进行人眼检测，获得眼睛的准确位置；3)根据眼睛在宽视角摄像头图像中的位置，旋转云台直到窄视角摄像头和红外光源对准人的眼睛，同时使窄视角摄像机中有人的眼睛图像；4)判断用户距离和图像质量，控制窄视角摄像头自动变焦和自动对焦；5)窄视角摄像机中有人的眼睛图像并对焦后，窄视角摄像头连续拍摄虹膜图像；6)判断是否采集到清晰的虹膜图像，如果有清晰的图像则进行图像处理和虹膜识别，判断用户身份。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第l)步中，将一个宽 视角摄像头、 一个窄视角摄像头和一红外光源紧密安装在可控云台上， 两摄像头角度和光源平行安装，但不共线；云台带动三者共同旋转。3. 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述第2)步中，利用宽视 角摄像头检测人脸，其步骤包括1) 在系统运行时，利用宽视角摄像头连续拍摄图像；2) 利用己有方法训练好的分类器检测图像中是否有人脸图像，有人脸图像时，获取人脸的坐标和大小。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第2)步中，在人脸图 像中进行人眼检测，其步骤包括1) 根据己检测到的人脸位置，估算人的眼睛的大体位置，2) 利用巳有方法训练好的人眼分类器在这个区域检测是否有人的眼 睛，有人眼时，获取人眼的坐标和大小。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第3)步中，根据眼睛在宽视角摄像头的图像位置来转动云台，其具体方法如下1) 计算眼睛是否出现在宽视角摄像头的一个标定位置如果在标定位 置，则说明窄视角摄像头已对准眼睛，如果不在，说明需要旋转云 台.2) 当眼睛位置偏离标定位置时，转动云台使之回到标定位置当眼睛 位置偏左或偏右时，计算旋转时间，然后则旋转云台向右或向左旋 转此时间；当眼睛位置偏上或偏下时，计算旋转时间，然后则旋转 云台向下或向上旋转此时间；旋转直到眼睛出现在标定点。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标定位置，是根据用户的大致距离来线性计算，具体方法如下a) 标定位置大约在宽摄像头中心点的下方Ah处，和人距离摄像头 的距离D成线性关系，同时和检测到的人脸的大致长度H成线性关 系，即A/^W + 6，其中a、 b为待计算参数；b) 在准备工作中，分别在用户距离摄像头的不同距离得出若干不同 的标定位置Ahl， Ah2，…Ahn，和相对应的不同人脸大致长度值Hl，H2，…Hn，令，。A/^[^'A^A/^r，然后做线性回3归计算，即得出^-c)在系统运行时，通过每次检测人脸得到的人脸大致长度H,计算标定位置，然后对比此...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭铁牛，孙哲南，董文博，谭剑波，何召锋，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]