專利名稱：虹膜識別中的活體檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生物特征識別及信息安全的技術領域，特別涉及一種虹膜識別中的活體檢測方法及相應的裝置。
背景技術：
基于虹膜的身份識別技術是近幾年來逐漸興起的生物特征識別技術之一，已經(jīng)在一定范圍內(nèi)投入使用，例如阿聯(lián)酋的入境管理及被驅(qū)逐者跟蹤系統(tǒng)(The UAE Iris Expellees Tracking and Border ControlSystem，The Proceeding of Biometrics consortium conference 2005，Hyatt Regency Crystal City，Arlington，VA，USA)等等，表明虹膜識別的準確性和可靠性能極為出色，但一個必須的前提是虹膜的生物特征數(shù)據(jù)只能被合法的身份用戶所有?；铙w虹膜檢測是目前虹膜識別系統(tǒng)自身安全性的關鍵問題，也是虹膜識別技術的重點研究的方向之一。對基于虹膜的身份識別系統(tǒng)的安全性的攻擊主要集中在虹膜數(shù)據(jù)方面，例如利用偽造的虹膜欺騙識別系統(tǒng)，從而獲得合法身份的權限等等。因為虹膜識別處理的是圖像數(shù)據(jù)，所以通常利用照片、貼膜等等手段偽造的虹膜來欺騙虹膜采集裝置。由此產(chǎn)生了各種不同的防偽方法，例如根據(jù)采集的圖像中各種頻率成分的組成來判定是否是偽造的虹膜，就是目前主要的研究方向和方法；但是若使用不同的材料來偽造虹膜圖像，也可以改變圖像的頻率成分，或者利用一定的材料來模擬真實的虹膜圖像紋理，都可能避開這種檢測方法達到欺騙的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種虹膜的活體檢測方法和裝置，著眼于虹膜是一個活的有機體，利用眼球光學系統(tǒng)的物理特性和虹膜獨特的生理特性，檢測所采集的虹膜是否來自于活體的眼球，增強虹膜識別系統(tǒng)的抗偽性能和自身的安全性能。
本發(fā)明中虹膜識別中的活體檢測方法具體步驟是利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根據(jù)隨機序列產(chǎn)生控制信號來控制近紅外光源，并存儲該隨機序列對應的數(shù)字標記；采集在該光源激勵下虹膜和眼球產(chǎn)生反應的圖像序列，并提取瞳孔邊緣縮放的特征和散射透光板所成的像的特征；根據(jù)該特征和數(shù)字標記的對應關系來實現(xiàn)是否是活體虹膜的檢測。
實現(xiàn)該方法的裝置包括智能采集單元和活體檢測單元，智能采集單元和活體檢測單元之間信號連接。其中智能采集單元包括圖像采集模塊、近紅外主動光源模塊和智能控制模塊；活體檢測單元為嵌入式計算機。
圖像采集模塊包括鏡頭、攝像頭和圖像采集卡。攝像頭的輸出通過視頻信號線接入圖像采集卡的視頻輸入接口，鏡頭和攝像頭通過轉(zhuǎn)接環(huán)連接。圖像采集卡采用現(xiàn)有產(chǎn)品，例如CG400。
近紅外主動光源模塊包括近紅外發(fā)光管、直流電源、控制電路板、聚光罩和散射透光板。近紅外發(fā)光管的兩個管腳與直流電源兩端連接，近紅外發(fā)光管固定在控制電路板上，控制電路板固定于聚光罩闊口一端；散射透光板固定于聚光罩窄口一端。圖像采集模塊沿聚光罩的中心軸線固定設置在聚光罩內(nèi)。
所述聚光罩為漏斗形，內(nèi)表面拋光，所述散射透光板為透明材質(zhì)，其內(nèi)外表面的旋轉(zhuǎn)磨砂方向相反。智能控制模塊為微處理器，可以根據(jù)隨機序列產(chǎn)生控制信號，通過控制電路板操作近紅外發(fā)光管的導通和截止，并將實時控制信號對應的隨機序列的數(shù)字標記以及在該控制信號下圖像采集模塊采集到的實時圖像序列一起輸入活體檢測單元。該微處理器采用現(xiàn)有產(chǎn)品，例如PC104。
活體檢測單元的嵌入式計算機檢測所采集到的圖像序列中散射透光板所成的像的特征，以及瞳孔邊緣縮放的特征；然后根據(jù)提取的特征，再對照實時控制信號的數(shù)字標記，利用預先存儲的特征和控制信號的對應關系表進行比對和判斷，完成活體虹膜檢測功能。
本發(fā)明是一種利用活體虹膜及眼球的獨特生理和物理特性來實現(xiàn)檢測虹膜活體的方法和裝置，與現(xiàn)有技術相比較，在整體方案上，拋棄了依靠與虹膜是否活體并不直接相關的虹膜紋理的頻率特征來進行檢測的思路，直接利用活體的虹膜和眼球的生理和物理機能在光的激勵下會產(chǎn)生的反應這一本質(zhì)特征來實現(xiàn)檢測，提高了活體檢測的可靠性。
由于本發(fā)明在智能采集單元采用根據(jù)隨機序列產(chǎn)生近紅外光源的控制信號的方法，使得在實時采集中控制信號難于被跟蹤和復制，增強了檢測的正確性和安全性。
由于本發(fā)明在活體檢測單元采用同時提取采集到的圖像序列中散射透光板所成的像的特征和瞳孔邊緣縮放的特征，增強了檢測的魯棒性。


圖1是虹膜識別中的活體檢測方法和裝置的原理示意圖；圖2是智能采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是控制電路板的電原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明虹膜識別中的活體檢測方法和裝置的結(jié)構(gòu)示意圖本實施例虹膜識別中的活體檢測方法和裝置可分為兩部分圖中虛線左側(cè)為智能采集單元和虛線右側(cè)的活體檢測單元。在智能采集單元中，智能控制模塊根據(jù)隨機序列產(chǎn)生近紅外主動光源模塊的控制信號，在該控制信號的作用下，近紅外主動光源模塊提供周期變化的近紅外成像光源，圖像采集模塊在光源變化的每個周期內(nèi)采集虹膜的圖像，然后將這樣的一組圖像和智能控制模塊產(chǎn)生的控制信號對應的數(shù)字標記一起輸入活體檢測單元；活體檢測單元的特征提取模塊先對圖像進行虹膜定位，再提取圖像中散射透光板所成的像的特征和瞳孔邊界變化的特征，比對判斷模塊根據(jù)所提取的特征和控制信號的數(shù)字標記的形成對應關系，參照已存儲的正確關系表實現(xiàn)判斷檢測。
圖2給出了虹膜識別中的活體檢測方法和裝置中智能采集單元的主體結(jié)構(gòu)示意圖視頻自動光圈鏡頭1和高靈敏攝像頭2之間用轉(zhuǎn)接環(huán)3相連，視頻輸出端子7通過視頻線和圖像采集卡相連；散射透光板4為圓環(huán)形，嵌入聚光罩5靠近視頻自動光圈鏡頭的一端，視頻自動光圈鏡頭1的前端密合嵌入散射透光板4的內(nèi)孔，與散射透光板4的圓環(huán)面平齊；控制電路板用螺絲固定在聚光罩5遠離視頻自動光圈鏡頭的一端，中間開孔讓高靈敏攝像頭2的后端密合穿過；近紅外發(fā)光管6焊接在控制電路板8上靠近聚光罩5內(nèi)壁的地方，沿著聚光罩5內(nèi)壁均勻分布，使得盡可能多的近紅外發(fā)光管6發(fā)出的光線經(jīng)過聚光罩反射后透過散射透光板4。
圖3給出了虹膜識別中的活體檢測方法和裝置中控制電路板的電原理示意圖每個近紅外發(fā)光管13和保護電阻12串聯(lián)后，連接在直流電源10兩端；延時/保持繼電器9控制整個電路的通斷，延時/保持繼電器9的觸發(fā)端11接受根據(jù)隨機序列產(chǎn)生的控制信號。
表1給出了本實施例虹膜識別中的活體檢測方法和裝置所參照的判斷模塊提取的特征和控制信號的數(shù)字標記正確對應關系，“★”表示在如表中所示的控制信號的隨機序列的條件下，判斷模塊提取的特征只在該位置形成對應關系，當且僅當所有的“★”在表中所示的位置出現(xiàn)時，表示在該次被檢測虹膜為活體。

表1安裝時，先用轉(zhuǎn)接環(huán)3連接視頻自動光圈鏡頭1和高靈敏攝像頭2，然后用視頻電纜連接高靈敏攝像頭2的視頻輸入端子7和圖像采集卡的視頻輸入端；再將智能控制模塊c的控制信號線連接到近紅外主動光源模塊b的控制端，直流電源的輸出連接到近紅外主動光源模塊b的電源端，完成智能采集單元的安裝；然后按照普通應用計算機軟、硬件的安裝流程安裝活體檢測單元。
該裝置的使用操作過程如下使用者位于智能采集單元的鏡頭前方，使得圖像采集模塊a能夠采集到使用者的虹膜圖像，直到聽到采集結(jié)束提示音；在這段時間內(nèi)，智能控制模塊根據(jù)隨機序列產(chǎn)生了5個控制信號，近紅外主動光源模塊在這些控制信號的作用下控制近紅外發(fā)光管6完成5個導通或者截至周期，每個周期保持0.5秒，圖像采集模塊在每個周期內(nèi)采集一幅虹膜圖像，然后將這些圖像和其對應的智能控制模塊產(chǎn)生的控制信號的數(shù)字標記一起輸入活體檢測單元；活體檢測單元的特征提取模塊對每一幅圖像分別進行定位處理，提取圖像中散射透光板4所成的像的特征和瞳孔的邊界特征，然后比對判斷模塊根據(jù)特征提取模塊所得的特征和其對應的控制信號的數(shù)字標記，再和正確的對應關系表進行比對，完成虹膜活體檢測的功能，并輸出檢測結(jié)果。
本實施例中，圖像采集模塊采用視頻自動光圈鏡頭、高靈敏CCD攝像頭和高速圖像采集卡，滿足自動調(diào)節(jié)光圈和低照度條件下，高速采集圖像的要求；近紅外主動光源模塊中的散射透光板4為圓環(huán)形，選用亞克力板制作，厚度3毫米，內(nèi)外表面的旋轉(zhuǎn)磨砂方向相反，以保證散射效果；聚光罩5采用漏斗形，內(nèi)表面拋光以增強光線的反射，靠近鏡頭的一端口徑較小，另一端的口徑較大；智能控制模塊的微處理器根據(jù)隨機序列產(chǎn)生控制信號，通過地址線傳輸?shù)浇t外主動光源模塊的控制端，經(jīng)過控制電路板8上的延時/保持繼電器9切換近紅外發(fā)光管6的導通和截至；延時/保持繼電器9的保持時間是0.5秒，同時微處理器控制圖象采集模塊在每個保持時間的后半段采集一副虹膜圖像，并將該圖像和對應的控制信號數(shù)字標記一起傳輸給活體檢測單元；特征提取模塊在對圖像進行定位處理之后，提取圖像中散射透光板4所成的像的特征和瞳孔邊界的特征，也就是是否在瞳孔內(nèi)具有圓環(huán)形的亮斑和瞳孔半徑的變化參數(shù)；比對判斷模塊根據(jù)實時得到的這兩種特征和控制信號的數(shù)字標記的對應關系，對照表1，處于“★”標記位置的則判斷為活體虹膜，其余的就是非活體虹膜。
權利要求
1.虹膜識別中的活體檢測方法，其特征在于該方法包括以下步驟利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根據(jù)隨機序列產(chǎn)生控制信號來控制近紅外光源，并存儲該隨機序列對應的數(shù)字標記；采集在該光源激勵下虹膜和眼球產(chǎn)生反應的圖像序列，并提取瞳孔邊緣縮放的特征和散射透光板所成的像的特征；根據(jù)該特征和數(shù)字標記的對應關系來實現(xiàn)是否是活體虹膜的檢測。
2.采用權利要求1方法所使用的裝置，其特征在于該裝置包括智能采集單元和活體檢測單元，智能采集單元和活體檢測單元之間信號連接；其中智能采集單元包括圖像采集模塊、近紅外主動光源模塊和智能控制模塊；活體檢測單元為嵌入式計算機；圖像采集模塊包括鏡頭、攝像頭和圖像采集卡；攝像頭的輸出通過視頻信號線接入圖像采集卡的視頻輸入接口，鏡頭和攝像頭通過轉(zhuǎn)接環(huán)連接；近紅外主動光源模塊包括近紅外發(fā)光管、直流電源、控制電路板、聚光罩和散射透光板；近紅外發(fā)光管的兩個管腳與直流電源兩端連接，近紅外發(fā)光管固定在控制電路板上，控制電路板固定于聚光罩闊口一端；散射透光板固定于聚光罩窄口一端；圖像采集模塊沿聚光罩的中心軸線固定設置在聚光罩內(nèi)；所述聚光罩為漏斗形，內(nèi)表面拋光，所述散射透光板為透明材質(zhì)，其內(nèi)外表面的旋轉(zhuǎn)磨砂方向相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虹膜識別中的活體檢測方法及相應的裝置?，F(xiàn)有技術中抗偽性能和自身的安全性能不夠理想。本發(fā)明中的活體檢測方法具體步驟是利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根據(jù)隨機序列產(chǎn)生控制信號來控制近紅外光源，并存儲該隨機序列對應的數(shù)字標記；采集在該光源激勵下虹膜和眼球產(chǎn)生反應的圖像序列，并提取瞳孔邊緣縮放的特征和散射透光板所成的像的特征；根據(jù)該特征和數(shù)字標記的對應關系來實現(xiàn)是否是活體虹膜的檢測。本發(fā)明在整體方案上直接利用活體的虹膜和眼球的生理和物理機能在光的激勵下會產(chǎn)生的反應這一本質(zhì)特征來實現(xiàn)檢測，提高了活體檢測的可靠性，增強了檢測的正確性和安全性。
文檔編號G06K9/00GK1924892SQ20061005349
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權日2006年9月21日
發(fā)明者葉學義 申請人:杭州電子科技大學