專利名稱：使用具有立體照相機的移動設備的虹膜識別系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有立體照相機的移動設備的虹膜識別系統(tǒng)和方法，該 移動設備例如是移動電話、便攜式終端和筆記本電腦，該系統(tǒng)和方法可以減 小移動設備的大小，通過計算照相機和用戶臉部之間的距離而校正圖像大小 中的變化，和通過使用紅外濾波器，而在使用所述移動設備進行臉部識別和 /或虹膜識別時提高識別率。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的安裝在辦公室或公寓中的門鎖設備由于用于打開門鎖設備的鑰 匙或門卡很容易丟失和復制，因此具有較低的安全性。并且，用戶必須攜帶 鑰匙和門卡，并記住密碼。為了解決傳統(tǒng)門鎖設備的問題，進行了很多關(guān)于 具有高安全性和方便性的個人識別技術(shù)的研究。
在商業(yè)上使用生物識別系統(tǒng)來解決傳統(tǒng)門鎖設備中的問題。生物識別系 統(tǒng)獲取個人的生物信息(指紋、臉部、虹膜、角膜、手形、手背的血管、語 音等)，并將所獲取的生物信息與存儲在存儲器中的生物信息進行比較，以 識別個人。生物識別系統(tǒng)使用照相機來對人身的特定部位拍照，以獲取用于 識別的生物信息。使用虹膜識別的個人識別系統(tǒng)被廣泛地使用。
使用專用照相系統(tǒng)來識別用戶的虹膜。傳統(tǒng)的專用照相系統(tǒng)分為兩類。 第一類使用臉部識別立體照相機來執(zhí)行位置調(diào)整功能，并識別出正確的虹膜
位置以對所聚焦的虹膜拍照，這在韓國專利申請No.l0-200300002822，發(fā)明 名稱為"使用立體臉部識別的虹膜識別系統(tǒng)和虹膜識別方法"的申請中公開。 但是，這種照相系統(tǒng)與使用移動設備的虹膜識別不相關(guān)。第二類照相系統(tǒng)使 用具有自動變焦和自動聚焦功能的照相機來對所對焦的虹膜拍照，該相機系
統(tǒng)被LG，松下和OKI所使用。但是，這種照相系統(tǒng)需要大尺寸的照相機， 因此增加了制造成本。因此，很難將所述照相機系統(tǒng)應用于移動設備。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決上述在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題做出了本發(fā)明，本發(fā)明的 主要目的是提供使用具有立體照相機的移動設備的虹膜識別系統(tǒng)和方法，該 立體照相機用來采集適合用于臉部識別和/或虹膜識別的圖像，該系統(tǒng)和方法 可以通過計算所述照相機和用戶臉部之間的距離而根據(jù)照相機和用戶臉部 之間的距離來校正圖像大小中的變化，極大地提高虹膜識別率。
本發(fā)明的另一個目的是提供使用具有立體照相機的移動設備的虹膜識 別系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法計算用戶臉部到立體圖像的位置，并當用戶臉 部的位置不適于對用戶的臉部和/或虹膜拍攝時，通過語音、字符或圖像來通 知用戶改變位置，從而方便地將照相機的位置調(diào)整為適于臉部識別和/或虹膜 識別的位置，從而提高虹膜識別率。
本發(fā)明另一個目的是提供使用具有立體照相機的移動設備的虹膜識別 系統(tǒng)和方法，當使用紅外濾光片機械地或電子地來識別虹膜時，該系統(tǒng)和方 法增加了照相機的感光度，從而提高了虹膜識別率。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供了一種虹膜識別系統(tǒng)，該虹膜識別系統(tǒng)包 括安裝在移動設備中的立體照相機，該立體照相機包括具有長景深(depth of focus)的透鏡，以對用戶的紅膜拍照；數(shù)字照相機芯片，用于將立體照相機 所采集的模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像；控制器，用于接收通過視頻輸入單元從 數(shù)字照相機芯片輸出的數(shù)字圖像、控制視頻輸入和進行虹膜識別和/或臉部識 別；和用于通過所述移動設備將虹膜圖像發(fā)送至遠程服務器或安全設備的裝 置。
立體照相機使用至少兩個照相機來采集至少兩個圖像，或使用單個圖像
傳感器的至少兩個光學透鏡來通過該單個圖像傳感器采集至少兩個圖像。
立體照相機包括機械或電子控制的紅外濾光片。如果需要的話，向立體 照相機安裝紅外照明器，以在紅外區(qū)域中對用戶虹膜拍照，從而獲得清楚的 紅膜圖像。
當確定所述立體照相機所獲得的立體圖象不適于個人識別時，從所述立 體圖像中計算用戶的位置，之后通過語音、字符或圖像通知用戶改變位置， 這樣用戶能夠很方便地將照相機放置在適于面部識別和/或虹膜識別的位置。
當獲取的用戶瞳孔和虹膜的邊界為圓形，而所獲得的圓形有切口時，判 定立體圖像不適于個人識別。
當從所述立體圖像計算所述照相機和用戶臉部之間的距離時，使得使用 距離信息對所述立體圖像的大小進行的校正規(guī)范化，從而當對虹膜拍照時根 據(jù)所述照相機和用戶臉部之間的距離來校正所述立體圖像大小的變化，來提 高虹膜識別的準確度。
本發(fā)明使用具有立體照相機的移動設備來向用戶發(fā)送消息，從而很方便 地獲得虹膜圖像。并且，由于能夠獲得校正后的虹膜圖像，因此本發(fā)明能夠 以高識別率進行臉部識別和/或虹膜識別。因此，可以使用較小的移動設備來 進行具有高識別率的臉部識別和/或虹膜識別，而不需使用具有自動變焦和自 動聚焦功能的昂貴的大尺寸照相機。


可以結(jié)合附圖從以下的詳細描述中，更加全面地理解本發(fā)明進一步的目 的和優(yōu)點，在附圖中-
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的虹膜識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的立體照相機； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的虹膜識別方法的流程圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明所獲得的虹膜圖像適用于個人識別的視圖； 圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的計算立體照相機與對象之間的距離的方法 的圖示；以及
圖6是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的基于照相機和虹膜之間的距離對虹膜圖像 中的大小變化進行校正的方法的圖示。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種方法，該方法用于計算立體照相機與對象之間的距離， 從而當使用所述立體照相機與用戶臉部之間的距離對用戶虹膜拍照時，根據(jù) 所述立體照相機與用戶臉部之間的距離，來校正立體圖像大小上的變化，從 而提高虹膜識別的準確度。圖5是用于解釋該方法的圖示。
現(xiàn)在結(jié)合圖5解釋兩種方法， 一種方法使用構(gòu)造成立體照相機10的CCD (電耦合設備)照相機來對用戶臉部進行立體圖像拍照，并計算所述照相機 與用戶臉部或虹膜之間的距離。另一種方法將焦距與使用具有長景深的單焦 透鏡來拍攝虹膜圖像所用的距離進行比較，以校正立體圖像大小上的變化的 方法。
可以通過從立體照相機所獲得的立體圖像上測量X軸上右眼中心與左 眼中心之間的距離，來計算所述計算立體照相機與用戶眼睛之間的距離。也 就是說，使用對同一個對象從不同位置所獲得的兩個圖像來計算三維位置。 為了用數(shù)學的方式來表述，按如下來定義。
將左圖表示為L圖，右圖表示為R圖，其形成立體象對。L圖和R圖 表示對象表面同一個點，該點表示為對應點。例如，如圖5所示，空間上的 點A表示為R圖上的點R和L圖上的點L。因此，點L和R是對應點。類 似的，可以通過從空間點B移動至空間點A來獲得點L和R。
當數(shù)據(jù)表包含涉及通過之前的照相機校準過程所獲得的距離測量數(shù)據(jù)
的數(shù)據(jù)，或存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)時，可以使用通過校準過程獲得的數(shù)據(jù)來
測量L圖中的點與R圖中對應點的差異并將該差異存儲在存儲器中。按如下
來表示
L(x， y)=R(x-Dx(x， y)， y — Dy(x， y))+N(x， y)
這里，Dx和Dy是投影值，表示R圖的位置坐標(x,y)在OX和OY軸 上的差異。L(x,y)和R(x，y)分別表示L圖和R圖，N(x， y)是表示噪聲或由例 如光線和陰影等情況引起的變化情況的函數(shù)。
在圖5中，目標平面OXY垂直于立體照相機的鏡頭，并放在距離立體
照相機具有合適的距離1的位置。 z=《(x， y)
表示用于估計對象的表面的域，z表示距離對象平面(z-O)的距離。將對 于對象特定點的距離變化表示為
△K (x, y)
所述目標平面上的點記為基本差de。對于相對目標平面上的點的差值的 變化記為Ad。
所述目標平面包括點B。在這種情況下，點B產(chǎn)生基本差(de=L'-R)。 點A不在目標平面上，其差具有不同的值(dA=L-R)。通常，在對象表面的 特征點之間的距離小于對象和立體照相機之間的距離。因此，該關(guān)系可以如 下表示為
<formula>formula see original document page 9</formula>
可以從如下表達式中得到用于估計立體照相機與目標平面之間的距離
的公式
<formula>formula see original document page 9</formula>
圖6是用于解釋根據(jù)本發(fā)明基于照相機與虹膜之間的距離校正虹膜圖像
中的大小變化的方法的圖示。
虹膜圖像的內(nèi)邊界與外邊界之間的數(shù)據(jù)可以通過極坐標方法變換。如圖
6所示，虹膜圖像的內(nèi)邊界和外邊界不需要相互對應，所述內(nèi)邊界和外邊界 劃分為具有相同距離的m個角。從第I個內(nèi)邊界部分到第I個外邊界部分所 獲得的圖像部分被劃分為n個表示為p(r， e)的輻射樣本?？梢允褂秒p線性內(nèi) 插法對這n個輻射樣本進行計算。
在六點鐘方向表示參考角O度，其表示瞳孔中央的正下方。角度按逆吋 針方向逐漸增加。在0度處，最靠近內(nèi)邊界的象素表示為最低地址，在具有 相同半徑的圓周上逐漸增加角度得到下一個象素。重復該過程，直到完成一 個圓周。之后，對具有更大半徑的圓周重復該過程。也就是說，可以由nxm 個樣本表示極坐標法所得到的數(shù)據(jù)。
如下是用于獲得基本大小的公式。
B=K/(D-D0)
在此，D是在臉部位置調(diào)整過程中測量的照相機與眼睛之間的距離，K 和D。是在照相機校準過程中所估計的常量。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的虹膜識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。立體照相機IO對包括左 右瞳孔的虹膜區(qū)域拍照。由數(shù)字照相機芯片20將該立體照相機10所獲得的 模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。將從所述數(shù)字照相機芯片20輸出的數(shù)字圖像通 過視頻輸入單元30輸入控制器40。所述控制器40控制移動設備的所有操作。 在本發(fā)明中，控制器40從所述數(shù)字圖像中獲取虹膜區(qū)域的圖像，從所獲取 的圖像中產(chǎn)生虹膜圖像信息，將該虹膜圖像信息存儲在存儲單元50中，使 所述移動設備能夠被使用或?qū)⒋鎯υ陂T鎖設備中的參考虹膜圖像與通過通 信裝置所發(fā)送的虹膜圖像進行比較，該門鎖設備例如筆記本電腦，以確認這 兩個虹膜圖像是否相互對應。當在安裝在辦公室或家中的外部門鎖設備確認
了用戶虹膜時，將通過移動設備所測量的虹膜圖像傳送至所述門鎖設備，并 將該虹膜圖像與存儲在所述門鎖設備中的虹膜圖像進行比較，以識別用戶虹 膜。
控制器40的輸出部分與用于提高立體照相機的感光度的紅外照明器 60、用于以語音信號向用戶輸出引導消息的語音輸出單元70和用于使用字 符通知用戶該引導消息的顯示屏80相連接。用戶操作虹膜識別功能使用的 鍵盤90也連接至所述控制器40的輸出端。
所述立體照相機10包括CCD照相機10A和IOB，如圖2 (a)所示， 所述CCD照相機10A對左眼拍照，CCD照相機10B對右眼拍照，以進行虹 膜識別操作，將在之后對該操作進行描述。或者，所述立體照相機10可以 被構(gòu)造為將單個CCD 12劃分為兩個區(qū)，在這兩個CCD區(qū)分別設置棱鏡13A 和13B，左眼和右眼分別通過所述棱鏡13A和13B投影在CCD 12的相應部 分，以獲取立體圖像，如圖2 (b)所示。而且，可以在所述立體照相機10 內(nèi)設置紅外濾光片，該紅外濾光片被設置為可以被機械地或者電子地驅(qū)動。 并且，所述紅外照明器60可以在立體照相機10中被設置為電子地開啟和關(guān) 閉。在這種情況下，用戶操作鍵盤90，使控制器40控制所述紅外濾光片和 紅外照明器的操作。
參考圖3解釋根據(jù)本發(fā)明的虹膜識別系統(tǒng)的操作。當用戶使用根據(jù)本發(fā) 明的移動設備來進行虹膜識別時，他/她按下在鍵盤90中的"開始"按鈕， 并將他/她的眼睛置于所述立體照相機10前面的適當位置。之后，根據(jù)兩個 方法來進行移動設備虹膜識別的操作。根據(jù)第一個方法，用戶手動按下鍵盤 90的"紅膜圖像采集完成"按鈕，以進行虹膜識別。根據(jù)第二個方法，向移 動設備附加能夠感測用戶動作的傳感器，以自動感測用戶臉部或眼睛的位 置，并且當判斷出所感測的位置適于采集虹膜圖像時，則采集虹膜圖像。
當采集虹膜圖像時，通過視頻輸入單元30向控制器40輸入和傳送虹膜
圖像。將所述控制器40設計為具有至少三個功能。第一個功能是預處理功
能，用于確定輸入的虹膜圖像是否適用于虹膜識別。第二個功能是將輸入的 虹膜圖像轉(zhuǎn)換為用于虹膜識別的模板的功能。第三個是將通過立體照相機輸 入的模板與之前存儲的模板進行比較并輸出識別結(jié)果值的功能。
當通過控制器40的第一功能確定輸入的虹膜圖像不適于虹膜識別時， 也就是說，當輸入了由于散焦所造成的模糊的虹膜圖像或當虹膜的位置在照 相機范圍之外從而只采集了虹膜的部分圖像時，通過語音輸出單元60或其 他裝置例如顯示屏80向用戶發(fā)送消息，該消息通知用戶虹膜圖像不適于虹 膜識別，從而用戶對虹膜再次拍照。
這是由于虹膜圖像必須包含在CCD 12的預定區(qū)域內(nèi)。當虹膜圖像在 CCD 12的預定區(qū)域之外時，則缺少部分虹膜圖像。這樣，在缺少的虹膜區(qū) 域丟失了信息，這樣不能進行準確地虹膜識別。
下面解釋用于確定虹膜圖像是否在CCD 12的預定區(qū)域之外的方法。
如圖4所示，虹膜和瞳孔可以用兩個圓來表示。圖4(a)表示適用于虹 膜識別的圖像，圖4 (b)表示不適于虹膜識別的圖像。在圖4 (b中所示的 圖像例子中，代表虹膜的圓的一部分在預定區(qū)域之外，因此可以通過分析瞳 孔和虹膜區(qū)域來確定該圖像是否適用于虹膜識別。并且，即使當虹膜的一部 分被眼皮遮住時，也會丟失虹膜圖像信息。在這種情況下，用戶應當把他的 /她的眼睛睜大。當用戶距離照相機太近或太遠時，虹膜也可能會在預定區(qū)域 之外。這可以通過使用所述立體照相機而很容易地判斷出。
當虹膜圖像在預定區(qū)域之外時，使用上述方法得知該狀態(tài)，并且之后通 過所述語音輸出單元70或顯示屏80，向用戶發(fā)送適當?shù)恼Z音消息或字符消 息，以改變用戶的位置。
對于控制器40的第三個功能，可以為了移動設備安全的目的而在移動 設備中的存儲單元中存儲注冊的虹膜圖像。否則，使用移動網(wǎng)絡功能通過無
線通信將移動設備與遠程服務器相連接，以及為了所述遠程服務器所提供的 各種安全驗證服務而將注冊的虹膜圖像存儲在所述遠程服務器的數(shù)據(jù)庫或 存儲器中。當將存儲在所述遠程服務器的數(shù)據(jù)庫或存儲器中的虹膜圖像與所 述立體照相機所采集的虹膜圖像進行比較來執(zhí)行虹膜識別時，進行各種安全 和驗證服務來向所述遠程服務器傳送所述立體照相機所采集的虹膜圖像，并 控制遠程服務器內(nèi)的虹膜圖像，以減小傳送數(shù)據(jù)量。
根據(jù)本發(fā)明的虹膜識別系統(tǒng)和方法，該方法通過使用移動設備中的立體 照相機組來獲得適用于臉部識別和/或虹膜識別的圖像，并從所獲得的圖像中 計算所述立體照相機與用戶臉部之間的距離，以根據(jù)該距離校正圖像大小中 的變化。當用戶臉部的位置不適于采集虹膜圖像時，本發(fā)明從所采集的立體 圖像中計算用戶的位置，并通過語音、字符或圖像來通知用戶改變位置，這 樣可以很容易地將立體照相機的位置調(diào)整為適于虹膜識別的位置。并且，本 發(fā)明將所獲得的虹膜圖像與存儲在移動設備中或遠程服務器的存儲器中或 使用了具有立體照相機的移動設備的門鎖設備中的虹膜圖像進行比較，該立 體照相機被構(gòu)造為機械或電子地使用紅外濾光片增加虹膜識別的感光度，從 而顯著提高虹膜識別率。
權(quán)利要求
1、一種虹膜識別系統(tǒng)，該虹膜識別系統(tǒng)使用包括立體照相機、數(shù)字照相機芯片和視頻輸入單元的移動設備，所述移動設備與在其它移動設備、遠程服務器或安全設備中注冊和存儲的虹膜圖像協(xié)同操作，該虹膜識別系統(tǒng)包括立體照相機，包括具有長景深的單焦透鏡，該立體照相機用于對用戶的臉部和虹膜拍照以采集立體圖像；用于將由所述立體照相機采集的立體圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并計算所述立體照相機與所述虹膜之間的距離的裝置；用于使用計算出的距離來確定所述立體圖像是否在焦距之外以及所述虹膜的位置是否在所述立體照相機的拍攝范圍之外并判斷所述立體圖像是否適于個人識別的裝置；以及用于從所述立體圖像中選取虹膜區(qū)域并使用極坐標轉(zhuǎn)換和內(nèi)插法來獲取具有標準化大小的圖像的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜識別系統(tǒng)，其中所述用于判斷立體圖像 是否適于個人識別的裝置進一步包括當判斷所述立體圖像不適于個人識別 時基于所述立體照相機來計算用戶臉部距離所述立體照相機的位置的坐標 并隨后通過語音、字符或圖像來告知用戶改變位置的裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虹膜識別系統(tǒng)，其中所述用于判斷立體 圖像是否適于個人識別的裝置進一步包括用于將瞳孔和虹膜的邊界選取為 橢圓形并當所選取的橢圓形被虹膜以外的區(qū)域覆蓋時確定所述立體圖像不 適于個人識別的裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虹膜識別系統(tǒng)，其中所述立體照相機以 紅外線來照亮用戶臉部和/或虹膜以增加所述立體照相機的感光度和獲取清 楚的虹膜圖像，并且所述立體照相機對用戶臉部和/或虹膜拍照以采集所述立 體圖像。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的虹膜識別系統(tǒng)，其中所述立體照相機使 用至少兩個照相機來采集左圖和右圖或通過使用單個圖像傳感器的至少兩 個光學透鏡來通過該單個圖像傳感器獲取至少兩個圖像。
6、 一種使用包括立體照相機的移動設備來提高虹膜識別準確度的虹膜識別方法，該方法包括以下步驟使用所述立體照相機來對用戶的臉部和/或虹膜拍照以采集立體圖像， 所述立體照相機包括具有長景深的單焦透鏡；基于采集到的立體圖像來確定所述立體圖像是否在焦距之外以及所述 虹膜的位置是否在所述立體照相機的拍攝范圍之外，從而判斷所述立體圖像是否適于個人識別；當判斷所述立體圖像適于虹膜識別時，由所述立體圖像來計算所述立體 照相機與用戶臉部之間的距離；以及使用極坐標轉(zhuǎn)換和內(nèi)插法來釆集具有標準化大小的圖像，所述圖像形成 多個基于瞳孔中心具有相同半徑的圓，并將所述圓劃分成預定角度以形成極 坐標，從而使用計算出的距離來校正虹膜圖像大小的變化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的虹膜識別方法，其中所述判斷立體圖像是否 適于個人識別的步驟進一步包括當判斷所述立體圖像不適于個人識別時基 于所述照相機來計算用戶臉部距離所述立體照相機的位置的坐標并隨后通 過語音、字符或圖像來告知用戶改變位置的步驟。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的虹膜識別方法，其中所述判斷立體圖像 是否適于個人識別的步驟進一步包括將瞳孔和虹膜的邊界選取為橢圓形并 當所選取的橢圓形被虹膜以外的區(qū)域覆蓋時確定所述立體圖像不適于個人 識別的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的虹膜識別方法，其中所述對用戶臉部和/ 或虹膜拍照以采集立體圖像的步驟以紅外線來照亮用戶臉部和/或虹膜以增 加所述立體照相機在紅外區(qū)域的感光度和獲取清楚的虹膜圖像，并對用戶臉 部和/或虹膜拍照以采集所述立體圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用具有立體照相機的移動設備的臉部識別和/或虹膜識別系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法使用至少兩個照相機或與之相應的方法獲得用戶臉部的立體圖像，即使當所述立體圖像的大小根據(jù)距離而變化時，也能校正立體圖像的大小。該立體照相機使用具有長景深的單焦鏡頭來采集更大范圍內(nèi)的聚焦的虹膜圖像。當用戶不在適于虹膜識別的位置時，向用戶發(fā)送消息以采集適于識別的虹膜圖像。并且，執(zhí)行根據(jù)距離校正虹膜圖像的過程，即使當虹膜圖像大小改變時，也能防止識別率降低。
文檔編號G06K9/00GK101366047SQ200780001887
公開日2009年2月11日 申請日期2007年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月7日
發(fā)明者金大訓 申請人:依瑞技術(shù)株式會社