專利名稱：瞳孔檢測(cè)裝置和虹膜認(rèn)證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及個(gè)人認(rèn)證等所使用的虹膜認(rèn)證裝置，具體是涉及從眼睛圖像(包含眼睛的圖像)中檢測(cè)瞳孔的位置的瞳孔檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
以往提出了從眼睛圖像中檢測(cè)出瞳孔位置的各種各樣的方法，例如，已知的有將眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)(以下簡(jiǎn)稱為“眼睛圖像數(shù)據(jù)”)2值化(黑白化)，來檢測(cè)低輝度區(qū)域中的圓形區(qū)域的方法，或者對(duì)于半徑為r而中心坐標(biāo)為(x0，y0)的圓的弧計(jì)算圖像強(qiáng)度I(x，y)的環(huán)圓周積分，并計(jì)算隨著半徑r增加而與r有關(guān)的該量的局部的導(dǎo)函數(shù)的方法等。上述的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，例如公開在特表平8-504979號(hào)中。此外，對(duì)于消除睫毛或外來光反射的影響以提高檢測(cè)精度的方法也提出了一些方案。上述的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，例如公開在特開2002-119477號(hào)中。
為了使用這些方法精度良好地檢測(cè)瞳孔，需要高速地處理龐大的圖像數(shù)據(jù)，即使是使用處理能力高的大的CPU或大容量存儲(chǔ)器，在現(xiàn)有的狀況下也難以實(shí)時(shí)地處理眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)。此外，如果將CPU的處理量減少到能夠?qū)崟r(shí)地處理圖像數(shù)據(jù)的程度，則會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)精度降低等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供能夠高速且精度良好地進(jìn)行瞳孔位置的檢測(cè)的瞳孔檢測(cè)裝置和虹膜認(rèn)證裝置。
本發(fā)明的瞳孔檢測(cè)裝置，其具備從眼睛圖像中檢測(cè)能夠成為瞳孔的候補(bǔ)的瞳孔候補(bǔ)的位置和半徑的瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部；以及求以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心具有指定的半徑的圓的圓周上的眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的輝度最大值與最小值之差的輝度差算出部；并且當(dāng)由輝度差算出部求出的輝度差大于指定的閾值時(shí)，其判定對(duì)應(yīng)的瞳孔候補(bǔ)不是瞳孔。


圖1是使用本發(fā)明的實(shí)施例1的瞳孔檢測(cè)裝置的虹膜認(rèn)證裝置的電路框圖。
圖2是表示使用本發(fā)明的實(shí)施例1的瞳孔檢測(cè)裝置的虹膜認(rèn)證裝置的動(dòng)作的流程圖。
圖3A是表示積分圓位于虹膜區(qū)域時(shí)的眼睛圖像和此時(shí)的輝度的一例的圖。
圖3B是表示積分圓位于眼鏡框上時(shí)的眼睛圖像和此時(shí)的輝度的一例的圖。
圖4A是表示包含瞳孔的圖像的一例的圖。
圖4B是表示對(duì)于積分圓的半徑的積分值的圖。
圖4C是表示用積分圓的半徑將積分值微分后的值的圖。
圖4D是表示在眼睛圖像上移動(dòng)的積分圓的圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置的電路框圖。
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置的圖像數(shù)據(jù)提取部的電路圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置的眼睛圖像1幀的動(dòng)作的流程圖。
標(biāo)記說明10 虹膜認(rèn)證裝置20 拍攝部30 照明部40 認(rèn)證處理部100、200 瞳孔檢測(cè)裝置110 瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部
120 輝度差算出部220 圖像數(shù)據(jù)提取部230 環(huán)圓周積分部240 輝度差算出部250 瞳孔半徑檢測(cè)部260 指針部280 瞳孔位置檢測(cè)部具體實(shí)施方式
本發(fā)明的瞳孔檢測(cè)裝置，其具備從眼睛圖像中檢測(cè)能夠成為瞳孔的候補(bǔ)的瞳孔候補(bǔ)的位置和半徑的瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部；以及求以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心具有指定的半徑的圓的圓周上的眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的輝度最大值與最小值之差的輝度差算出部；并且當(dāng)由輝度差算出部求出的輝度差大于指定的閾值時(shí)，其判定對(duì)應(yīng)的瞳孔候補(bǔ)不是瞳孔。利用這種結(jié)構(gòu)，能夠高速且精度良好地檢測(cè)瞳孔位置。
此外，優(yōu)選地本發(fā)明的瞳孔檢測(cè)裝置，指定的半徑比瞳孔候補(bǔ)的半徑大。利用這種結(jié)構(gòu)，則能夠防止將例如眼鏡框的一部分誤檢測(cè)為瞳孔等的誤檢測(cè)。
此外，本發(fā)明的瞳孔檢測(cè)裝置，其具備將同心圓狀的多個(gè)圓分別作為積分圓設(shè)定在眼睛圖像上并提取位于積分圓的圓周上的眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)提取部；沿著積分圓中的每一者的圓周對(duì)圖像數(shù)據(jù)提取部所提取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行積分的環(huán)圓周積分部；檢測(cè)環(huán)圓周積分部的積分值相對(duì)于積分圓的半徑階躍狀地變化的瞳孔半徑檢測(cè)部；當(dāng)瞳孔半徑檢測(cè)部檢測(cè)出階躍狀的變化時(shí)，將該積分圓的中心坐標(biāo)檢測(cè)為瞳孔位置坐標(biāo)的瞳孔位置檢測(cè)部；以及求圖像數(shù)據(jù)提取部沿著積分圓中的每一者的圓周所提取的圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差的輝度差算出部；上述瞳孔檢測(cè)裝置，針對(duì)上述積分圓中的每一者，當(dāng)輝度差算出部的輸出大于指定的閾值時(shí)，則將對(duì)應(yīng)的積分圓的積分值設(shè)為無效。利用這種結(jié)構(gòu)，則能夠使用規(guī)模比較小的電路對(duì)由拍攝部所拍攝的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行瞳孔檢測(cè)。
本發(fā)明的虹膜認(rèn)證裝置，具備本發(fā)明的瞳孔檢測(cè)裝置。利用這種結(jié)構(gòu)，則能夠提供出裝載了能夠精度良好且高速地進(jìn)行瞳孔位置的檢測(cè)的瞳孔檢測(cè)裝置的虹膜認(rèn)證裝置。
下面，使用附圖對(duì)使用本發(fā)明的實(shí)施例的瞳孔檢測(cè)裝置的虹膜認(rèn)證裝置進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)圖1是使用本發(fā)明的實(shí)施例1的瞳孔檢測(cè)裝置100的虹膜認(rèn)證裝置10的電路框圖。在圖1中，除了表示出瞳孔檢測(cè)裝置100之外，還表示出用于構(gòu)成虹膜認(rèn)證裝置10所需要的拍攝部20、照明部30和認(rèn)證處理部40。
實(shí)施例1的虹膜認(rèn)證裝置10，具備對(duì)使用者的眼睛圖像進(jìn)行拍攝的拍攝部20；從眼睛圖像中檢測(cè)瞳孔位置及其半徑的瞳孔檢測(cè)裝置100；將從眼睛圖像得到的虹膜代碼與已經(jīng)登錄的虹膜代碼進(jìn)行比較以進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證的認(rèn)證處理部40；照射適于眼睛圖像獲取的光量的近紅外線來對(duì)使用者的眼睛及其周邊部分進(jìn)行照明的照明部30。
拍攝部20，具有引導(dǎo)反射鏡21、可見光截止濾光器22、透鏡23、拍攝元件24和前處理部25。在本實(shí)施例中，通過作為透鏡23使用固定焦點(diǎn)透鏡而實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)的小型、輕量化和低成本化。引導(dǎo)反射鏡21通過使用者映入自己的眼睛而將眼睛向正確的拍攝位置引導(dǎo)。然后，使用者的眼睛通過可見光截止濾光器22和透鏡23由拍攝元件24進(jìn)行拍攝。前處理部25，從拍攝元件24的輸出信號(hào)中取出圖像數(shù)據(jù)成分，在作為增益調(diào)整等圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的處理后，作為使用者的眼睛圖像數(shù)據(jù)輸出。
瞳孔檢測(cè)裝置100，具備瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部110以及輝度差算出部120。瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部110將從前處理部25輸出的眼睛圖像數(shù)據(jù)2值化，并從其中選出輝度暗的區(qū)域。然后，求出相對(duì)于所選出的1個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)進(jìn)行內(nèi)切的最大的圓，使將內(nèi)切圓的中心坐標(biāo)推斷為瞳孔的瞳孔候補(bǔ)的位置坐標(biāo)、內(nèi)切圓的半徑作為瞳孔候補(bǔ)的瞳孔半徑向輝度差算出部輸出。
輝度差算出部120，對(duì)于瞳孔候補(bǔ)中的每一者，以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心，求出具有比瞳孔候補(bǔ)的半徑稍大的半徑(例如，是瞳孔候補(bǔ)的半徑的1.2倍～1.5倍)的圓的圓周上的圖像數(shù)據(jù)(即，輝度數(shù)據(jù))的最大值和最小值并計(jì)算其差。然后，如果該差小于等于指定的閾值(以下記為“輝度差閾值”)，則將對(duì)應(yīng)的瞳孔候補(bǔ)視為正確的瞳孔候補(bǔ)，并向認(rèn)證處理部40輸出瞳孔中心坐標(biāo)及其半徑。
作為這時(shí)的輝度差閾值，優(yōu)選地設(shè)定得比圓周上的輝度數(shù)據(jù)的預(yù)料的偏差稍大。從經(jīng)驗(yàn)上看，設(shè)為比虹膜的平均輝度與瞳孔的平均輝度之差大，而比皮膚的平均輝度與瞳孔的平均輝度之差小即可。例如，在256灰度級(jí)的圖像信號(hào)的情況下，由于瞳孔的平均輝度為40灰度級(jí)左右，虹膜的平均輝度為100灰度級(jí)左右，皮膚的平均輝度為200灰度級(jí)左右，所以作為輝度差閾值設(shè)定在60～160間即可。
認(rèn)證處理部40，根據(jù)輝度差算出部120判定為正確的瞳孔的中心坐標(biāo)，從眼睛圖像數(shù)據(jù)中分出虹膜圖像。然后，通過將虹膜圖像變換成表示虹膜的模樣的固有虹膜代碼，并將其與已經(jīng)登錄的虹膜代碼進(jìn)行比較來執(zhí)行認(rèn)證動(dòng)作。
圖2是表示使用本發(fā)明的實(shí)施例1的瞳孔檢測(cè)裝置100的虹膜認(rèn)證裝置10的動(dòng)作的流程圖。
首先，通過使用者站在虹膜認(rèn)證裝置的前邊來開始認(rèn)證動(dòng)作(S1)。然后，拍攝部20對(duì)使用者的眼睛圖像進(jìn)行拍攝(S2)。前處理部25判定所獲得的眼睛圖像的聚焦、輝度、對(duì)比度等的圖像質(zhì)量是否適當(dāng)，在不適當(dāng)?shù)那闆r下，進(jìn)行照明控制或?qū)τ谑褂谜叩闹甘镜缺匾奶幚恚俅稳∪胙劬D像(S3)。
在所獲得的眼睛圖像適當(dāng)?shù)那闆r下，瞳孔檢測(cè)裝置100檢測(cè)瞳孔位置及其大小。具體地說，首先，瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部110使所取入的眼睛圖像數(shù)據(jù)2值化，然后，從2值化后的眼睛圖像中選擇暗部區(qū)域。這時(shí)，也可以最初就將比預(yù)料的瞳孔的大小過大的區(qū)域或過小的區(qū)域去掉(S4)。接著，在所選擇的暗部區(qū)域內(nèi)求出內(nèi)切的最大的圓并作為瞳孔候補(bǔ)輸出其中心坐標(biāo)和半徑(S5)。
輝度差算出部120，以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心，求出具有比其半徑大的半徑的圓的圓周上的輝度數(shù)據(jù)最大值和最小值并計(jì)算其差(S6)。然后，如果差小于等于輝度差閾值，則將所選擇的瞳孔候補(bǔ)看作是正確的瞳孔，向認(rèn)證處理部40輸出瞳孔的中心坐標(biāo)及其半徑。在差大于等于輝度差閾值的情況下，就將所選擇的瞳孔候補(bǔ)判定為不是瞳孔而選擇下一個(gè)瞳孔候補(bǔ)并返回到步驟S6(S7)。
當(dāng)正確地檢測(cè)出瞳孔后，認(rèn)證處理部40，根據(jù)瞳孔的中心坐標(biāo)，從眼睛圖像數(shù)據(jù)中分出虹膜圖像。然后，通過將虹膜圖像變換成表示虹膜的模樣的固有虹膜代碼，并將其與已經(jīng)登錄的虹膜代碼進(jìn)行比較來執(zhí)行認(rèn)證動(dòng)作(S8)。
圖3A和圖3B是用于說明本發(fā)明的實(shí)施例1的輝度差算出部120的動(dòng)作的圖，圖3A是表示積分圓位于虹膜區(qū)域時(shí)的眼睛圖像和此時(shí)的輝度的一例的圖。圖3B是表示積分圓位于眼鏡框上時(shí)的眼睛圖像和此時(shí)的輝度的一例的圖。
當(dāng)瞳孔候補(bǔ)是真的瞳孔501時(shí)，如圖3A所示，輝度差算出部120，以瞳孔501的中心坐標(biāo)為中心，求出位于具有比瞳孔501的半徑稍大的半徑的圓502的圓周上的眼睛圖像的輝度數(shù)據(jù)，并計(jì)算其最大值與最小值之差。這時(shí)，由于上述的圓周位于虹膜部分，所以輝度的最大值、最小值都將進(jìn)入到有限的輝度范圍，其差將小于等于輝度差閾值。
但是，當(dāng)瞳孔候補(bǔ)不是真的瞳孔時(shí)，例如圖3B所示，在瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部110將黑的眼鏡框503的一部分檢測(cè)為瞳孔候補(bǔ)的情況下，由于圓周521上的輝度在眼鏡框503上低而在皮膚的部分上高，所以輝度的最大值與最小值之差變大。這樣，通過計(jì)算以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心的圓502的圓周上的輝度的最大值與最小值之差，就能夠判定瞳孔候補(bǔ)是否是真的瞳孔。
本實(shí)施例的瞳孔檢測(cè)裝置100，由于設(shè)置有判定由瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部110所檢測(cè)出的瞳孔候補(bǔ)是否是真的瞳孔的輝度差算出部120，所以只要在瞳孔候補(bǔ)中含有真的瞳孔，則瞳孔候補(bǔ)自身的檢測(cè)精度不高也可以。因此，通過使瞳孔候補(bǔ)的檢測(cè)精度下降到能夠用比較廉價(jià)的CPU進(jìn)行處理的程度，使用輝度差算出部120從瞳孔候補(bǔ)中找出真的瞳孔，就能夠精度良好且高速地檢測(cè)瞳孔位置。
(實(shí)施例2)圖4A～4D是用于說明本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置的瞳孔檢測(cè)方法的圖。圖4A是表示包括瞳孔的圖像的一例的圖，圖4B是表示對(duì)于積分圓的半徑的積分值的圖，圖4C是表示用積分圓的半徑對(duì)積分值進(jìn)行微分后的值的圖，圖4D是表示在眼睛圖像上移動(dòng)的積分圓的圖。
包括瞳孔的圖像，如圖4A所示，存在表示瞳孔的圓盤狀的低輝度區(qū)域和在其外側(cè)表示虹膜的圓環(huán)狀的中輝度區(qū)域。因此，當(dāng)以瞳孔中心的位置坐標(biāo)(Xo，Yo)為中心使半徑R順序不同，沿著各自的積分圓C的圓周對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)圓周積分時(shí)，如圖4B所示，積分值I在瞳孔半徑Ro處階躍狀地進(jìn)行變化。因此，通過求出用半徑R對(duì)積分值I進(jìn)行微分后的值dI/dR超過差閾值ΔIth時(shí)的積分圓的半徑，就能夠知道瞳孔半徑Ro。
實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置，根據(jù)以上的思考方法，對(duì)瞳孔的位置坐標(biāo)(Xo，Yo)和瞳孔半徑Ro進(jìn)行檢測(cè)。首先，如圖4D所示，在眼睛圖像上設(shè)定中心坐標(biāo)相等但半徑不同的n個(gè)積分圓C1～Cn，對(duì)于每個(gè)積分圓Ci(i＝1～n)，對(duì)位于其圓周上的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行積分。實(shí)際上，計(jì)算位于每個(gè)積分圓Ci的圓周上的像素的圖像數(shù)據(jù)的平均值，或者，從位于圓周上的像素中選擇一定數(shù)量(m個(gè))的像素并對(duì)其圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加算。
在實(shí)施例2中，設(shè)同心圓狀的積分圓的數(shù)量n為20，從位于各個(gè)積分圓Ci的圓周上的像素中選擇m＝8個(gè)像素，對(duì)其圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加算而作為環(huán)圓周積分的積分值I。此時(shí)，當(dāng)積分圓C1～Cn的中心與瞳孔中心一致時(shí)，如上所述，由于對(duì)于各個(gè)積分圓Ci的積分值Ii階躍狀地變化，因此，如果求積分值Ii對(duì)于半徑R的差值ΔIi，則在等于瞳孔半徑Ro時(shí)，就表示大的極大值ΔI。
但是，當(dāng)積分圓C1～Cn的中心與瞳孔中心不一致時(shí)，由于積分值Ii緩慢地變化，所以該差值ΔIi就不表示大的值。因此，通過求出差值ΔIi表示比差閾值ΔIth大的值的積分圓Ci，就能夠求出瞳孔的位置及其半徑。
但是，由于圖像會(huì)存在偶發(fā)性地差值ΔIi表示大的值的可能性。特別是，雖然減小積分圓的數(shù)量n或在各個(gè)積分圓上選擇的像素的數(shù)量m就能夠減少計(jì)算量而能夠進(jìn)行高速的瞳孔檢測(cè)，但相反，偶發(fā)性地差值ΔIi表示大的值的可能性增高，而瞳孔檢測(cè)精度降低。為此，在實(shí)施例2中，通過設(shè)置輝度差算出部240，針對(duì)積分圓Ci中的每一者，求圓周上的輝度的最大值與最小值之差Bi，并且僅僅在該差Bi小于輝度差閾值Bth的情況下，將積分值Ii或其差值ΔIi作為有效，就防止了瞳孔檢測(cè)精度的降低。
然后，使積分圓C1～Cn向眼睛圖像上的各個(gè)位置移動(dòng)，反復(fù)進(jìn)行上述的動(dòng)作。這樣，通過求出差值ΔIi表示大的值時(shí)的積分圓Ci的中心坐標(biāo)(X，Y)和此時(shí)的半徑R，就能夠求出瞳孔的位置坐標(biāo)(Xo，Yo)和瞳孔的半徑Ro。
另外，在256灰度級(jí)的圖像信號(hào)的情況下，由于瞳孔的平均輝度為40灰度級(jí)左右，虹膜的平均輝度為100灰度級(jí)左右，皮膚的平均輝度為200灰度級(jí)左右，因此，作為輝度差閾值Bth，與實(shí)施例1同樣設(shè)定在60～160之間。
此外，作為差閾值ΔIth，經(jīng)驗(yàn)地說，設(shè)定在積分圓位于虹膜上時(shí)的積分值與積分圓位于瞳孔上時(shí)的積分值之差的1/4倍～1倍的范圍內(nèi)即可。在實(shí)施例2中，由于積分圓位于瞳孔上時(shí)的積分值I大致為40×8＝320，而積分圓位于虹膜上時(shí)的積分值I大致為100×8＝800，所以作為差閾值ΔIth，設(shè)定在其差480的一半左右，即設(shè)定為240。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置200的電路框圖。雖然沒有圖示，但與實(shí)施例1同樣，通過給瞳孔檢測(cè)裝置200附加拍攝部、照明部、認(rèn)證處理部，就能夠構(gòu)成虹膜認(rèn)證裝置。
如圖5所示，瞳孔檢測(cè)裝置200，具備將積分圓C1～Cn設(shè)定到眼睛圖像上并提取各個(gè)積分圓Ci的圓周上的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)提取部220；將所提取的圖像數(shù)據(jù)以每個(gè)積分圓Ci的方式進(jìn)行環(huán)圓周積分的環(huán)圓周積分部230；以每個(gè)積分圓的方式求圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差Bi的輝度差算出部240；求積分值Ii對(duì)于半徑Ri的差值ΔIi，當(dāng)差值的最大值ΔI大于差閾值ΔIth時(shí)，就視為檢測(cè)出了瞳孔，并將這時(shí)的積分圓的半徑R作為瞳孔半徑Ro輸出的瞳孔半徑檢測(cè)部250；表示積分圓C1～Cn的中心坐標(biāo)(X，Y)的指針部260；以及將瞳孔半徑檢測(cè)部250檢測(cè)出瞳孔時(shí)的指針部260的輸出作為瞳孔的X坐標(biāo)Xo、Y坐標(biāo)Yo輸出的瞳孔位置檢測(cè)部280。
圖6是圖像數(shù)據(jù)提取部220的電路圖。同時(shí)，在圖6中，還表示了與1個(gè)積分圓Ci對(duì)應(yīng)的加法器230i和輝度差算出器240i。圖像數(shù)據(jù)提取部220，由部分幀存儲(chǔ)器210和用于從其中引出圖像數(shù)據(jù)的引出線L構(gòu)成。部分幀存儲(chǔ)器210，是將先進(jìn)先出型(FIFO型)的行存儲(chǔ)器215多個(gè)串聯(lián)起來的存儲(chǔ)器。
于是，利用引出線Li從在圖像上與積分圓Ci對(duì)應(yīng)的m個(gè)像素中引出圖像數(shù)據(jù)。另外，為了便于看圖，雖然在圖6中僅表示1個(gè)積分圓Ci和引出位于其圓周上的4個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的引出線Li，但在實(shí)施例2中，從20個(gè)積分圓C1～C20中引出了各8個(gè)數(shù)據(jù)的引出線。
并且，由于每次當(dāng)向部分幀存儲(chǔ)器210內(nèi)每1個(gè)像素地輸入圖像數(shù)據(jù)后，被保持在部分幀存儲(chǔ)器210內(nèi)的圖像全體就每1個(gè)像素地進(jìn)行移位，因此，從引出線Li引出的圖像數(shù)據(jù)也每1個(gè)像素地進(jìn)行移位。即，當(dāng)向部分幀存儲(chǔ)器210輸入1個(gè)像素的量的圖像數(shù)據(jù)后，在眼睛圖像上積分圓C1～Cn就向右移動(dòng)1個(gè)像素的量，而當(dāng)輸入1行的圖像數(shù)據(jù)后，在眼睛圖像上，積分圓C1～Cn就向下移動(dòng)1行的量。
這樣，在向部分幀存儲(chǔ)器210輸入1幀的圖像數(shù)據(jù)的期間內(nèi)，在眼睛圖像上，積分圓C1～Cn就掃描眼睛圖像全體。這時(shí)的積分圓的中心坐標(biāo)(X，Y)由X計(jì)數(shù)器262和Y計(jì)數(shù)器264的輸出表示。
環(huán)圓周積分部230具備相對(duì)于積分圓C1～Cn中的每一者獨(dú)立的加法器230i～230n，其加算位于各個(gè)積分圓Ci的圓周上的m個(gè)圖像數(shù)據(jù)，并將各自的加算結(jié)果作為積分值Ii向瞳孔半徑檢測(cè)部250輸出。
輝度差算出部240，具備相對(duì)于積分圓C1～Cn中的每一者獨(dú)立的輝度差算出器240i～240n。各個(gè)輝度差算出器240i都具備檢測(cè)位于積分圓Ci的圓周上的m個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)的最大值的最大值檢測(cè)器241i、檢測(cè)最小值的最小值檢測(cè)器242i、計(jì)算最大值與最小值之差Bi的減法器243i、對(duì)差Bi及輝度差閾值Bth進(jìn)行比較的比較器244i。并且，向瞳孔半徑檢測(cè)部250輸出n個(gè)比較結(jié)果。
瞳孔半徑檢測(cè)部250，具備n-1個(gè)的減法器252i～252n-1、選擇器253、比較器254、255和寄存器255。減法器252i～252n-1求針對(duì)各個(gè)積分圓Ci的積分值Ii對(duì)于半徑R的差。即，求對(duì)于積分圓C1～Cn之中的半徑一個(gè)數(shù)不同的圓Ci與Ci-1的積分值Ii與Ii-1的差值ΔIi。
但是，在對(duì)于積分圓Ci的輝度差算出器240i的輸出、即圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差Bi大于輝度差閾值Bth的情況下，則強(qiáng)制性地將差值ΔIi設(shè)為0。然后，利用選擇器253選擇最大的差值ΔI和此時(shí)的積分圓的半徑R。比較器254，對(duì)最大的差值ΔI和差閾值ΔIth進(jìn)行比較，當(dāng)差值ΔIi大于差閾值Δith時(shí)，向比較器255輸出差值ΔIi。
比較器255，對(duì)被保持在寄存器259內(nèi)的舊的差值ΔIold和從比較器254新輸入的差值ΔInew進(jìn)行比較。然后，當(dāng)差值ΔInew大于舊的差值ΔIold時(shí)，就將寄存器259的數(shù)據(jù)改寫成新輸入的差值ΔInew。同時(shí)，將寄存器256的數(shù)據(jù)改寫成從選擇器253傳來的新的半徑Rnew。
當(dāng)差值ΔInew小于等于舊的差值ΔIold時(shí)，就不進(jìn)行改寫。因此，在進(jìn)行了1幀的量的上述動(dòng)作后，使差值ΔI比差閾值ΔIth大且使差值ΔI變?yōu)樽畲蟮姆e分圓的半徑作為瞳孔半徑Ro被保持在寄存器256內(nèi)。
如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施例2中，在對(duì)于積分圓Ci的圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差Bi比輝度差閾值Bth大的情況下，就強(qiáng)制性地將差值ΔIi設(shè)定為0。因此，在差Bi比輝度差閾值Bth大的情況下，就不會(huì)向瞳孔位置檢測(cè)部280輸出半徑Ri。
如在實(shí)施例1中使用圖3所說明的那樣，在積分圓Ci～Cn的中心與瞳孔的中心一致的情況下，圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差Bi就將小于等于某一有限的值。但是，在與瞳孔的中心不一致的情況下，差Bi將增大。因此，通過去掉差Bi比輝度差閾值Bth大的情況下的信息，就能夠減小誤檢測(cè)的可能性，從而能夠提高瞳孔檢測(cè)精度。
瞳孔位置檢測(cè)部280具備2個(gè)寄存器286、287，其將X計(jì)數(shù)器262和Y計(jì)數(shù)器264的值保持在寄存器286、287內(nèi)。此外，每當(dāng)改寫瞳孔半徑檢測(cè)部250的寄存器256的數(shù)據(jù)時(shí)，寄存器286、287的內(nèi)容也被改寫。因此，在1幀的量的上述動(dòng)作后，比差閾值ΔIth大且使差值ΔI變?yōu)樽畲蟮姆e分圓的中心坐標(biāo)作為瞳孔瞳孔位置坐標(biāo)(Xo，Yo)被保持到寄存器286、287內(nèi)。
下面，對(duì)瞳孔檢測(cè)裝置200的動(dòng)作進(jìn)行說明。在以下的說明中，設(shè)眼睛圖像數(shù)據(jù)是依次掃描數(shù)據(jù)，設(shè)1幀由例如480行×640像素的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成。圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的瞳孔檢測(cè)裝置200的眼睛圖像1幀的量的動(dòng)作的流程圖。
首先，瞳孔檢測(cè)裝置200，取入1個(gè)像素量的圖像數(shù)據(jù)(S51)。如果所取入的圖像數(shù)據(jù)是1幀的開頭的數(shù)據(jù)(S52)，則使Y計(jì)數(shù)器264復(fù)位并且使瞳孔位置檢測(cè)部280的各個(gè)寄存器286、287復(fù)位(S53)。如果所取入的數(shù)據(jù)是1行的開頭的數(shù)據(jù)(S54)，則使X計(jì)數(shù)器262復(fù)位，使Y計(jì)數(shù)器264加1(S55)。然后，使X計(jì)數(shù)器262加1(S56)。
接著，將所取入的圖像數(shù)據(jù)取入到部分幀存儲(chǔ)器210內(nèi)。之后，在眼睛圖像上，從與n個(gè)積分圓C1～Cn對(duì)應(yīng)的像素之中的各個(gè)積分圓Ci中每m個(gè)地引出n×m個(gè)圖像數(shù)據(jù)。然后，與各個(gè)積分圓Ci對(duì)應(yīng)的加法器230i，分別計(jì)算圖像數(shù)據(jù)的積分值Ii，輝度差算出器240i計(jì)算圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差Bi。瞳孔半徑檢測(cè)部250的減法器252i計(jì)算各個(gè)積分值Ii的差值ΔIi。
但是，這時(shí)，在差Bi比輝度差閾值Bth大的情況下，就強(qiáng)制性地使差值ΔIi變?yōu)?。然后，選擇器253和比較器254，分別向寄存器259、256輸出差值ΔIi之中的最大且比差閾值ΔIth大的差值ΔInew和與之對(duì)應(yīng)的積分圓的半徑Rnew(S57)。比較器255對(duì)新被輸入的差值ΔInew和被保持在寄存器259內(nèi)的舊的差值ΔIold進(jìn)比較(S58)。
然后，在差值ΔInew比ΔIold大的情況下，就將寄存器259的內(nèi)容改寫成新的差值ΔInew，同時(shí)，寄存器256和瞳孔位置檢測(cè)部280的寄存器287、286的內(nèi)容也分別被改寫成新的半徑Rnew和新的坐標(biāo)值Xnew、Ynew(S59)。然后，判定所取入的數(shù)據(jù)是否是1幀的末尾的數(shù)據(jù)(S60)，如果不是末尾，則返回步驟S51。
當(dāng)輸入的圖像數(shù)據(jù)達(dá)到了1幀的最后的像素時(shí)，則輸出被保持在寄存器256、286、287內(nèi)的數(shù)據(jù)。這時(shí)，在檢測(cè)出瞳孔的情況下，被保持在寄存器256、286、287內(nèi)的數(shù)據(jù)分別表示瞳孔半徑Ro、瞳孔的X坐標(biāo)Xo、Y坐標(biāo)Yo，當(dāng)未檢測(cè)出瞳孔時(shí)，由于寄存器256、286、287保持在步驟S53被復(fù)位的原狀，所以被保持的數(shù)據(jù)都為0(S61)。
在以上的流程的從步驟51到步驟60的一連串的動(dòng)作，每當(dāng)向部分幀存儲(chǔ)器210輸入了1個(gè)像素的量的圖像數(shù)據(jù)后被執(zhí)行。例如，在幀頻為30Hz，眼睛圖像由640×480像素構(gòu)成的情況下，是以小于等于1/(30×640×480)秒的時(shí)間執(zhí)行上述一連串的動(dòng)作。然后，由于向部分幀存儲(chǔ)器210輸入了1個(gè)像素后，積分圓在圖像上移動(dòng)1個(gè)像素的量，所以在輸入1幀的圖像的期間內(nèi)，積分圓在圖像上進(jìn)行一次掃描。這樣，就能夠使用比較小的規(guī)模的電路，對(duì)于由拍攝部120所拍攝的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地進(jìn)行瞳孔檢測(cè)。
另外，在本實(shí)施例中，雖然將同心圓狀的積分圓的數(shù)量設(shè)為20，將從1個(gè)積分圓引出的圖像數(shù)據(jù)的數(shù)量設(shè)為8個(gè)，但優(yōu)選地這些數(shù)量兼顧檢測(cè)精度、處理時(shí)間、電路規(guī)模等來決定。
按照本發(fā)明，則能夠提供出能夠高速且精度良好地進(jìn)行瞳孔位置的檢測(cè)的瞳孔檢測(cè)裝置和虹膜認(rèn)證裝置。
工業(yè)上利用的可能性.
本發(fā)明，由于能夠提供出能夠高速且精度良好地進(jìn)行瞳孔位置的檢測(cè)的瞳孔檢測(cè)裝置，所以作為個(gè)人認(rèn)證等所使用的虹膜認(rèn)證裝置是有用的。
權(quán)利要求
1.一種瞳孔檢測(cè)裝置，具備從眼睛圖像中檢測(cè)能夠成為瞳孔的候補(bǔ)的瞳孔候補(bǔ)的位置和半徑的瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部；以及求出以上述瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心具有指定的半徑的圓的圓周上的上述眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的輝度最大值與最小值之差的輝度差算出部；上述瞳孔檢測(cè)裝置，當(dāng)由上述輝度差算出部求出的輝度差大于指定的閾值時(shí)，則判定對(duì)應(yīng)的瞳孔候補(bǔ)不是瞳孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞳孔檢測(cè)裝置，其中，上述指定的半徑比上述瞳孔候補(bǔ)的半徑大。
3.一種瞳孔檢測(cè)裝置，具備將同心圓狀的多個(gè)圓分別作為積分圓設(shè)定在眼睛圖像上并提取位于上述積分圓的圓周上的眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)提取部；沿著積分圓中的每一者的圓周對(duì)上述圖像數(shù)據(jù)提取部所提取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行積分的環(huán)圓周積分部；檢測(cè)上述環(huán)圓周積分部的積分值相對(duì)于積分圓的半徑階躍狀地變化的情況的瞳孔半徑檢測(cè)部；當(dāng)上述瞳孔半徑檢測(cè)部檢測(cè)出上述階躍狀的變化時(shí)，將該積分圓的中心坐標(biāo)檢測(cè)作為瞳孔位置坐標(biāo)的瞳孔位置檢測(cè)部；以及求出上述圖像數(shù)據(jù)提取部沿著上述積分圓中的每一者的圓周所提取的圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差的輝度差算出部；上述瞳孔檢測(cè)裝置，針對(duì)上述積分圓中的每一者，當(dāng)上述輝度差算出部的輸出大于指定的閾值時(shí)，則將對(duì)應(yīng)的積分圓的積分值設(shè)為無效。
4.一種虹膜認(rèn)證裝置，具備權(quán)利要求1～權(quán)利要求3中的任意一項(xiàng)所述的瞳孔檢測(cè)裝置。
全文摘要
具備從眼睛圖像中檢測(cè)瞳孔候補(bǔ)的位置的瞳孔候補(bǔ)檢測(cè)部(110)；以及求以瞳孔候補(bǔ)的中心坐標(biāo)為中心具有指定的半徑的圓的圓周上的眼睛圖像的圖像數(shù)據(jù)的最大值與最小值之差的輝度差算出部(120)；并且，當(dāng)輝度差算出部(120)的輸出大于指定的閾值時(shí)，則判定對(duì)應(yīng)的瞳孔候補(bǔ)不是瞳孔。
文檔編號(hào)A61B3/10GK1805701SQ20058000054
公開日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者杉田守男, 若森正浩, 藤松建 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社