远距离虹膜识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种远距离虹膜识别系统及方法，系统包括：一拍摄眼睛图像的摄像头／长焦距镜头；一采集卡；一通过采集卡控制摄像头／长焦距镜头采集图像的主控计算机；一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头／长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；一在主控计算机的控制下显示摄像头／长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器／提示设备；一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路。本发明专利技术从远距离（３米以外）连续拍摄清晰的虹膜图像并进行识别，提高了虹膜识别的实用性，扩展了虹膜识别的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在远距离进行虹膜识别系统和方法。本专利技术综合 了图像处理、模式识别、光学技术和自动控制等技术，应用于生物特 征识别领域的虹膜识别方向。
技术介绍
虹膜识别技术是目前的生物特征识别技术中，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。目前的虹膜技术已经可以实现快速准确的身份识别。例如中国国 家知识产权局的专利l.谭铁牛，王蕴红，马力,基于活体虹膜的身份 识别方法，申请号01144524.6;以及2.谭铁牛，王蕴红，孙哲南，虹 膜图像的鲁棒特征抽取与识别方法，申请号200410081184.5等；并 且期望在大规模人群中的身份识别中得到应用。其中，虹膜图像获取是进行虹膜识别的前提；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。目前技术中的虹膜图像采集装置和方法都是近距离的或手持式 的，这些技术需要人离虹膜采集装置很近，甚至把眼睛紧紧地贴近镜 头来采集图像，在实际生活中使用很不方便。主要原因是由于普通的虹膜摄像头靶面都很小(典型的摄像头如640x480)，而虹膜识别要求 虹膜部分的直径都很大(150像素以上)，所以摄像头的范围和景深都 很小。所以，人的眼睛必须距离摄像头一个固定的小范围，才能进行 识别；稍微偏离这个点，都不能进行获取清晰的图像。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。这些设 备的问题是，用户必须积极的配合才能采集到合适的图像，使用很不 方便。还有一种方法是采用自动跟踪或自动变焦的方法通过人脸检测 的方法或者使用距离传感器来确定人的眼睛的位置；然后控制上下旋 转的云台转动虹膜摄像机去主动寻找人的眼睛的位置，并自动变焦来 捕捉人的眼睛的图像。这种方式能够大大减少人的配合程度，然而往 往速度较慢，成本较高，而且系统越复杂，就运转更不稳定。然而，最理想的方法是人在远距离(3米以外甚至更远)就能进行虹膜识别，甚至当人很自然的走过一个地方，就迅速能够识别。在远距离进行虹膜图像采集，就要求镜头必须有很窄的视角；另外，人站 在远距离就更不容易对准，这就要求摄像头能够自动对准，同时，摄 像头有足够大的拍摄范围和景深。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种远距离(3米以外)的 虹膜图像采集系统及方法，以方便用户进行虹膜识别。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种远距离虹膜识别系统，该系统包括一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头，该摄像头/长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；一连接摄像头/长焦距镜头与主控计算机的采集卡；一通过釆集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；以及一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；所述主控计算机分别通过串口 RS-232或RS-485总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过VGA数据线与显示器/提示设备相连接。优选地，所述主控计算机在接收到摄像头/长焦距镜头拍摄的眼睛图像后，对该图像实时进行处理，对清晰的眼睛图像进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征与数据库中图像的虹膜特征进行比对，判断此人的身份，并在虹膜识别完成后控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。优选地，所述摄像头/长焦距镜头中，摄像头采用至少400万像素和至少15帧/秒的高分辨率高帧速摄像头，长焦距镜头采用焦距在300毫米以上的长焦距镜头。优选地，所述采集卡采用CameraLink采集卡，主控计算机通过控制采集卡配置图像的传输速率，以及设置摄像头的曝光时间、图像制式和转换位数。优选地，所述可控云台至少设置5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米、1.8米高度的区域，其中可控云台上下转动的速度为6度/秒。优选地，所述红外光源釆用至少6个红外LED阵列，分别安装在识别通道两侧，光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米。优选地，所述单片机控制电路采用AVR单片机，并利用MOSFET控制所述红外光源的打开和关闭；单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，该高度数值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时将变为1米4以上，此时单片机控制电路将通过串口告知主控计算机有人通过，并从感知的多个高度数值中取一个最大值，作为人的身高值输出给主控计算机。优选地，所述显示器、摄像头/长焦距镜头、可控云台和主控计算机由上至下依次配置于一机柜中，该机柜位于通道门前方至少3米之为达到上述目的，本专利技术还提供了一种远距离虹膜识别方法，该方法包括当人进入识别通道时，高度测试传感器估计出人的大致高度，并将该高度数值通过单片机控制电路输出给主控计算机，主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转；设置于识别通道3米之外的可控云台上的摄像头/长焦距镜头对通过识别通道的人连续拍摄眼睛图像，并传输给主控计算机；主控计算机对眼睛图像进行实时处理，不断检测该眼睛图像，并判断该眼睛图像是否为清晰图像；当有清晰图像出现的时候，主控计算机进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征和数据库中的图像进行比对，判断此人的身份。优选地，该方法进一步包括预先对眼睛图像进行注册，具体包括同时注册左右眼睛的图像，每只眼睛连续注册至少3幅图像并且3幅图像都匹配时才注册成功，图像注册成功后将两只眼睛的共至少6幅图像的虹膜特征存入主控计算机的虹膜特征数据库，每个虹膜特征包括1024字节。优选地，所述主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转，具体包括单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，当高度数值突然从零变为1.4米以上时，通知主控计算机有人通过识别通道；在有人通过识别通道时，单片机控制电路连续读取多个人体高度数值，取最大值最为人的身高估计值输出给主控计算机；主控计算机根据人的身高估计人的眼睛位置，并转动云台使摄像机对准3米处人眼睛高度的位置；其中，所述云台至少有5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米和1.8米，主控计算机可在1秒钟之内旋转可控云台达到其中任一个位置。9说优选地，所述主控计算机检测眼睛图像采用单目检测，只要有一只眼睛图像被检测到，就进行接下来的处理，判断该眼睛图像是否为清晰图像。优选地，所述单目检测方法基于开放软件OpenCV，采用Harr-like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测；检测时首先将图像进行降采样，然后再进行处理。优选地，所述主控计算机判断眼睛图像是否为清晰图像，采用计算图像边缘能量的方法，当能量值超过阈值时认为图像质量合格。所述采用计算图像边缘能量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距离虹膜识别系统，其特征在于，该系统包括：　一拍摄眼睛图像的摄像头／长焦距镜头，该摄像头／长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；　一连接摄像头／长焦距镜头与主控计算机的采集卡；　一通过采集卡控制摄像头／长焦距镜头采集图像的主控计算机；　一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头／长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；　一在主控计算机的控制下显示摄像头／长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器／提示设备；以及　一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；　一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；　一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；　所述主控计算机分别通过串口ＲＳ－２３２或ＲＳ－４８５总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过ＶＧＡ数据线与显示器／提示设备相连接。

【技术特征摘要】
1、一种远距离虹膜识别系统，其特征在于，该系统包括一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头，该摄像头/长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；一连接摄像头/长焦距镜头与主控计算机的采集卡；一通过采集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；以及一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；所述主控计算机分别通过串口RS-232或RS-485总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过VGA数据线与显示器/提示设备相连接。2、 根据权利要求l所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述主控计算机在接收到摄像头/长焦距镜头拍摄的眼睛图像后，对该图 像实时进行处理，对清晰的眼睛图像进行虹膜图像定位和特征提取， 将提取的虹膜特征与数据库中图像的虹膜特征进行比对，判断此人的 身份，并在虹膜识别完成后控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光 提示，并进行开关门的操作。3、 根据权利要求1所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述摄像头/长焦距镜头中，摄像头采用至少400万像素和至少15帧/秒 的高分辨率高帧速摄像头，长焦距镜头采用焦距在300毫米以上的长 焦距镜头。4、 根据权利要求l所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述采集卡采用CameraLink采集卡，主控计算机通过控制采集卡配置图像的传输速率，以及设置摄像头的曝光时间、图像制式和转换位数。5、 根据权利要求1所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所述可控云台至少设置5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、 1.6米、1.7米、1.8米高度的区域，其中可控云台上下转动的速度为至 少6度/秒。6、 根据权利要求1所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述红外光源采用至少6个红外LED阵列，分别安装在识别通道两侧， 光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米。7、 根据权利要求1所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述单片机控制电路采用AVR单片机，并利用MOSFET控制所述红外 光源的打开和关闭；单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，该高度数 值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时将变为1米4以上，此 时单片机控制电路将通过串口告知主控计算机有人通过，并从感知的 多个高度数值中取一个最大值，作为人的身高值输出给主控计算机。8、 根据权利要求l所述的远距离虹膜识别系统，其特征在于，所 述显示器、摄像头/长焦距镜头、可控云台和主控计算机由上至下依次 配置于一机柜中，该机柜位于通道门前方至少3米之外。9、 一种远距离虹膜识别方法，其特征在于，该方法包括 当人进入识别通道时，高度测试传感器估计出人的大致高度，并将该高度数值通过单片机控制电路输出给主控计算机，主控计算机调 整可控云台上的摄像头/长焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭铁牛，孙哲南，董文博，
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]