专利名称：一种远距离虹膜跟踪与采集装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种虹膜跟踪与采集装置及其方法，具体涉及一种远距离虹膜跟踪与采集装置及其方法。
背景技术：
虹膜识别技术是人体生物识别技术的一种。人眼睛的外观图有巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼球外围的白色部分，约占总面积的30%;眼睛中心为瞳孔部分，约占5%;虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息，占据65%。虹膜的形成由遗传基因决 定，人体基因表达决定了虹膜的形态、生理、颜色和整体外观。人发育到八个月左右，虹膜就基本上发育到了足够尺寸，进入了相对稳定的时期。除非极少见的反常状况、身体或精神上大的创伤才可能造成虹膜外观上的改变外，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。另一方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角膜后面。要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术，而且要冒着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。在包括指纹在内的所有生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。虹膜识别技术被广泛认为是二十一世纪最具有发展前途的生物认证技术，未来的安防、国防、电子商务等多种领域的应用，也必然的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势，现在已经在全球各地的各种应用中逐渐开始显现出来，市场应用前景非常广阔。现有虹膜采集装置不能对远距离的人脸进行检测，采集过程中不能对人脸进行动态跟踪，需要目标人物主动配合采集，如果采集过程中镜头前出现多个目标任务，采集过程将被中断导致无法采集识别，且虹膜识别算法精度较低。
发明内容
本发明为解决现有虹膜采集装置不能远距离采集信息，采集过程中需要目标主动配合采集，且很容易被多个目标干扰，识别算法精度较低的问题，进而提出一种远距离虹膜跟踪与采集装置及其方法。本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明包括双目摄像头、长焦摄像机、二自由度旋转云台、红外光源和计算机，双目摄像头的信号输出端与计算机的人脸信息采集信号输入端连接，长焦摄像机的信号输出端与计算机的变倍变焦后人脸信息的信号输入端连接，二自由度旋转云台的运动信号输入端与计算机的云台运动信号输出端连接，红外光源安装在长焦摄像机上，长焦摄像机安装在二自由度旋转云台上。本发明所述方法的具体步骤如下步骤一、双目摄像头进行人脸三维定位双目摄像头检测到人脸，并且通过解算获得人脸位置的三维坐标，具体步骤如下步骤一(一)、预设置处理信息设定采集图片大小为512X384，设定ROI为100%，将采集图片进行归一化，设定大小为512X384，预置视差取值范围为(0，150)；
步骤一 (二)、双目摄像头采集图片；通过双目摄像头对人脸进行图片采集，获得人脸的采集图片；步骤一(三)、立体处理获得校正图片和深度图片；步骤一(四)、图片处理将步骤一(三)中获得的校正图片格式转换为OpenCV识别图片格式，将灰度图进行直方图均值化处理，再将图片进行实时对比度调节，最后再将图片进行直方图均值化；步骤一(五)、Adab00st算法检测人脸如果检测到人脸执行步骤一(六)，如果没有检测到人脸返回执行步骤一 (二);步骤一(六)、获取人脸在图片中的位置，选择计算深度备用点，并按加权的方式得到深度信息；步骤一(七)、获取人脸的三维坐标结合深度信息和坐标位置计算得到三维坐标系中人脸的实际位置；步骤一(八)、发送坐标将步骤一(七)中获得的人脸三维坐标数据传送至计算机，并重新执行步骤一 (二)继续采集图片；步骤二、进入人脸跟踪队列，设置主要跟踪人脸；步骤三、云台跟踪人脸通过双目摄像头获得的三维坐标，控制二自由度旋转云台转动，使长焦摄像机对准人脸，并且跟踪人脸，使得人脸图像始终处在视频的中间；步骤四、长焦摄像机对人脸图像进行变倍和聚焦利用长焦摄像机对人脸图像进行变焦和聚焦；步骤五、判断人脸图像面积是否大于阈值若人脸图像面积大于设定的阈值则执行步骤六，否者执行步骤四；步骤六、长焦摄像机检测人眼，云台跟踪人眼长焦摄像机检测人眼，二自由度旋转云台跟踪人眼，二自由度旋转云台带动长焦摄像机跟踪人眼进行检测；二自由度旋转云台跟踪人眼的具体步骤如下步骤六(一)、设置二自由度旋转云台水平方向运动的步长stepx为5° ,竖直方向运动的步长stepy为2. 5° ；步骤六(二)、长焦摄像机检测人眼，计算其中心的像素坐标根据长焦摄像机采集到的视频序列，在OpenCV的开源环境下,采用Harr-Like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测选出人眼的有效区域，计算出人眼区域的中心像素坐标，二自由度旋转云台水平和竖直两个方向的并行处理过程为水平跟踪过程A)、若检测到的人眼中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值的绝对值小于50个像素，则认为人眼处在视频的中心位置，二自由度旋转云台水平 方向停止运动，否则执行步骤B);B)、若检测到人眼的中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值大于50个像素，则控制二自由度旋转云台在水平方向向左转动stepx ;若检测到人眼的中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值小于-50个像素，则控制云台在水平方向向右转动stepx ；C)、比较当前帧和上一帧的人眼中心的X坐标是不是在视频图像中心的两侧，若是，贝1J采用公式stepx=_stepx/2重新计算stepx的值,否则继续判断人眼是否处在视频图像的中间位置；竖直跟踪过程a)、若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值的绝对值小于50个像素，则认为人眼处在视频的中心位置，云台竖直方向停止运动，否则执行步骤b)；b)、若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值大于50个像素，则控制云台在竖直方向向下转动stepy ;若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值小于-50像素,贝U控制云台在竖直方向向上转动stepy ；C)、比较当前帧和上一帧的人眼中心的y坐标是不是在视频图像中心的两侧，若是，贝1J采用下面的公式重新计算stepy的值stepy=_stepy/2。否则继续判断人眼是否处在 视频图像的中间位置；步骤七、长焦摄像机对人眼图像进行变倍和聚焦；步骤八、判断人眼图像面积是否大于阈值或长焦摄像机是否变倍至最大若人眼图像面积大于所设定的阈值或者长焦摄像机变倍至最大，则执行步骤九，否则执行步骤七；步骤九、判断人眼图像是否清晰通过Sobel边缘检测理论检测采集到的人眼图像的清晰程度，若清晰，则执行步骤十，否则执行步骤七；通过Sobel边缘检测理论检测采集到的人眼图像的清晰程度的具体步骤如下步骤九(一)、对采集到的人眼图像进行高斯滤波；步骤九(二)、计算图像的清晰度根据Sobel边缘检测理论和八方向的算子模板获得图像的清晰度评价函数，八方向算子模板为
权利要求
1.一种远距离虹膜跟踪与采集装置，其特征在于所述一种远距离虹膜跟踪与采集装置包括双目摄像头(I)、长焦摄像机(2)、二自由度旋转云台(3)、红外光源(4)和计算机(5)，双目摄像头(I)的信号输出端与计算机(5)的人脸信息采集信号输入端连接，长焦摄像机(2)的信号输出端与计算机(5)的变倍变焦后人脸信息的信号输入端连接，二自由度旋转云台(3)的运动信号输入端与计算机(5)的云台运动信号输出端连接，红外光源(4)安装在长焦摄像机(2)上，长焦摄像机(2)安装在二自由度旋转云台(3)上。
2.一种利用权力要求I所述装置进行远距离虹膜跟踪与采集的方法，其特征在于所述一种远距离虹膜跟踪与采集方法的具体步骤如下 步骤一、双目摄像头(I)进行人脸三维定位双目摄像头(I)检测到人脸，并且通过解算获得人脸位置的三维坐标，具体步骤如下 步骤一(一)、预设置处理信息设定采集图片大小为512X384，设定ROI为100%，将采集图片进行归一化，设定大小为512 X 384，预置视差取值范围为(0，150)； 步骤一(二)、双目摄像头(I)采集图片；通过双目摄像头(I)对人脸进行图片采集，获得人脸的采集图片； 步骤一(三)、立体处理获得校正图片和深度图片； 步骤一(四)、图片处理将步骤一(三)中获得的校正图片格式转换为OpenCV识别图片格式，将灰度图进行直方图均值化处理，再将图片进行实时对比度调节，最后再将图片进行直方图均值化； 步骤一(五)、Adab00st算法检测人脸如果检测到人脸执行步骤一(六)，如果没有检测到人脸返回执行步骤一 (二)； 步骤一(六)、获取人脸在图片中的位置，选择计算深度备用点，并按加权的方式得到深度 目息; 步骤一(七)、获取人脸的三维坐标结合深度信息和坐标位置计算得到三维坐标系中人脸的实际位置； 步骤一(八)、发送坐标将步骤一(七)中获得的人脸三维坐标数据传送至计算机，并重新执行步骤一(二)继续采集图片； 步骤二、进入人脸跟踪队列，设置主要跟踪人脸； 步骤三、云台跟踪人脸通过双目摄像头(I)获得的三维坐标，控制二自由度旋转云台(3)转动，使长焦摄像机(2)对准人脸，并且跟踪人脸，使得人脸图像始终处在视频的中间；步骤四、长焦摄像机(2)对人脸图像进行变倍和聚焦利用长焦摄像机(2)对人脸图像进行变焦和聚焦； 步骤五、判断人脸图像面积是否大于阈值若人脸图像面积大于设定的阈值则执行步骤六，否者执行步骤四； 步骤六、长焦摄像机(2)检测人眼，云台跟踪人眼长焦摄像机(2)检测人眼，二自由度旋转云台(3)跟踪人眼，二自由度旋转云台(3)带动长焦摄像机(2)跟踪人眼进行检测；二自由度旋转云台(3)跟踪人眼的具体步骤如下 步骤六(一)、设置二自由度旋转云台水平方向运动的步长stepx为5° ,竖直方向运动的步长stepy为2. 5° ； 步骤六(二)、长焦摄像机(2)检测人眼，计算其中心的像素坐标根据长焦摄像机(2)采集到的视频序列，在OpenCV的开源环境下,采用Harr-Like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测选出人眼的有效区域，计算出人眼区域的中心像素坐标，二自由度旋转云台(3)水平和竖直两个方向的并行处理过程为 水平跟踪过程 A)、若检测到的人眼中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值的绝对值小于50个像素，则认为人眼处在视频的中心位置，二自由度旋转云台(3)水平方向停止运动，否则执行步骤B); B)、若检测到人眼的中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值大于50个像素，则控制二自由度旋转云台(3)在水平方向向左转动stepx ;若检测到人眼的中心的X坐标与视频图像的中心X坐标差值小于-50个像素，则控制云台在水平方向向右转动stepx ； C)、比较当前帧和上一帧的人眼中心的X坐标是不是在视频图像中心的两侧，若是，则采用公式stepx=_stepx/2重新计算stepx的值,否则继续判断人眼是否处在视频图像的中间位置； 竖直跟踪过程 a)、若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值的绝对值小于50个像素，则认为人眼处在视频的中心位置，云台竖直方向停止运动，否则执行步骤b); b)、若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值大于50个像素，则控制云台在竖直方向向下转动stepy ;若检测到的人眼的中心的y坐标与视频图像的中心y坐标差值小于-50像素，则控制云台在竖直方向向上转动skpy ； C)、比较当前帧和上一帧的人眼中心的y坐标是不是在视频图像中心的两侧，若是，则采用下面的公式重新计算stepy的值stepy=_stepy/2。否则继续判断人眼是否处在视频图像的中间位置； 步骤七、长焦摄像机(2)对人眼图像进行变倍和聚焦； 步骤八、判断人眼图像面积是否大于阈值或长焦摄像机(2)是否变倍至最大若人眼图像面积大于所设定的阈值或者长焦摄像机(2)变倍至最大，则执行步骤九，否则执行步骤七； 步骤九、判断人眼图像是否清晰通过Sobel边缘检测理论检测采集到的人眼图像的清晰程度，若清晰，则执行步骤十，否则执行步骤七；通过Sobel边缘检测理论检测采集到的人眼图像的清晰程度的具体步骤如下 步骤九(一)、对采集到的人眼图像进行高斯滤波； 步骤九(二)、计算图像的清晰度根据Sobel边缘检测理论和八方向的算子模板获得图像的清晰度评价函数，八方向算子模板为
3.根据权利要求2所述一种远距离虹膜跟踪与采集方法，其特征在于步骤一(三)立体处理的具体步骤如下 I、预处理对采集图片进行滤波处理； II、校正图片； III、图片立体匹配将经过预处理的采集图片用立体匹配方法对采集图片进行处理从而获得深度信息，匹配的计算方法如下
4.根据权利要求I所述一种远距离虹膜跟踪与采集方法，其特征在于步骤一(四)中实时对比调节方法具体步骤如下 ①、原始采集图像各点像素值为PSM，由于本设备中间部分处理的是灰度图像所以由归一化公式 Psrc，=Psrc/(28-1) 得到归一化后的值PSM’ ； ②、将Psk/经调节对比度函数
5.根据权利要求2所述一种远距离虹膜跟踪与采集方法，其特征在于步骤一(五)中Adaboost算法的具体步骤如下 步骤Α、图像输入将分类器下载到计算机中，将获得的深度图片输入计算机中； 步骤B、计算Harr-Like特征载入图片并计算载入图片的Haar-Like特征； 步骤C、计算机自动检测通过Cascade算法完成计算机自动检测； 步骤D、获得人脸坐标通过计算和处理得到人脸的左上和右下点的坐标； 步骤E、矩形框圈出人脸用矩形框圈出人脸，并显示圈出人脸的图片。
全文摘要
一种远距离虹膜跟踪与采集装置及其方法，它涉及一种虹膜跟踪与采集装置及其方法，具体涉及一种远距离虹膜跟踪与采集装置及其方法。本发明为了解决现有虹膜采集装置不能远距离采集信息，采集过程中需要目标主动配合采集，且很容易被多个目标干扰，识别算法精度较低的问题。本发明的双目摄像头的信号输出端与计算机的人脸信息采集信号输入端连接，长焦摄像机的信号输出端与计算机的变倍变焦后人脸信息的信号输入端连接，二自由度旋转云台的运动信号输入端与计算机的云台运动信号输出端连接，红外光源安装在长焦摄像机上，长焦摄像机安装在二自由度旋转云台上。本发明用于进行远距离虹膜跟踪与采集。
文档编号G06T7/00GK102831392SQ20121023609
公开日2012年12月19日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者董岳, 吴立坤, 王川, 梅江元, 高会军 申请人:哈尔滨工业大学