专利名称：自动对焦的远距离虹膜图像获取装置、方法和识别系统的制作方法
技术领域：
本发明属于图像处理、机电控制、计算机视觉和模式识别技术领域，涉及应用于生物特征识别领域的虹膜识别、自动对焦的远距离虹膜图像获取装置和方法。
背景技术：
在目前生物特征识别技术中，虹膜识别技术具有准确度高、唯一性好、防伪性强、 易于图像处理等优点，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、 图像预处理、虹膜定位、活体检测、特征提取和特征匹配等步骤。其中，虹膜图像获取是非常 重要的一个环节，如果虹膜获取做不好，则会使图像采集速度慢，并大大降低识别率。虹膜图像获取非常困难，其主要原因是由于虹膜的直径非常小，而虹膜识别要求 的分辨率高，这使得光学系统的物像比非常大，因此光学景深很小，往往只有几个厘米左 右。在这个景深范围内，很难让用户方便地对准，这严重影响了虹膜识别的易用性和识别速 度。在最初的的虹膜图像采集专利产品中都采用定焦镜头。(中国专利CN1282048， CN1584917等)定焦镜头景深很小，只能满足于一些对易用性要求不高的场合。为了让人们 能够快速对准，有些专利产品中采用了声光信号给人反馈，让人根据机器的指令进行对准， 但这种方法仍然不能从本质上提高虹膜采集装置的易用性。一些较新的专利产品中使用自动变焦或自动对焦的镜头来扩大景深。(中国专 利CN1892401，CN2672768, CN1894719等)这些都是非常有益的方法，但现在的对焦产品 仍有几个问题第一，都是采用的近距离的对焦设备，在固定的距离和有限的范围进行自动 对焦；第二，对焦系统中，当焦点位置发生变化之后，不能快速跟踪新的焦点位置，自适应性 差。究其原因，他们大部分没有专门针对虹膜图像设计对焦装置，而采用数码相机或监控摄 像头上的装置和方法；而虹膜的拍摄类似于显微成像，要求对焦范围大而精度高，所以这些 设备不适用是很自然的。必须制作适用于远距离虹膜识别的自动对焦装置。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的是设计一种自动对焦的远距离虹膜图像获取装置、方法和识别系 统，以增大远距离虹膜图像采集的景深范围，提高虹膜识别的易用性。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种自动对焦的远距离虹膜图像获取装置。该装 置包括如下结构虹膜摄像头、长焦距镜头、对焦传动单元、镜头转换器、对焦旋转电机、电 机驱动单元、计算处理单元，其中虹膜摄像头、长焦距镜头和镜头转换器位于同一轴线上， 对焦传动单元与对焦旋转电机同轴连接；虹膜摄像头和长焦距镜头通过镜头转换器连接； 对焦传动单元和长焦距镜头上的对焦环连接；对焦旋转电机和电机驱动单元电气连接；计 算处理单元和电机驱动单元信号连接，通过电机驱动单元控制对焦旋转电机的转动；计算处理单元和虹膜摄像头连接，处理来自虹膜摄像头的图像。为达到上述目的，本发明提供了一种自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，包括 如下步骤步骤Pl 初始化设备，旋转对焦环，使对焦环对焦位置到零点，即限位开关11处；步骤P2 虹膜摄像头不断采集图像，形成图像序列；步骤P3 计算处理单元计算图像序列中每帧图像的清晰度和清晰度的变化值，在 两个线程中分别执行步骤P4和步骤P5 ；步骤P4:根据图像的清晰度和清晰度变化值，变换对焦环旋转的方向和速度，返 回步骤P2 ；所述变换是根据清晰度和清晰度变化值，以及自动对焦的远距离虹膜图像获取 装置的当前的系统状态，由自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的系统状态转换条件来决 定；步骤P5 转入图像挑选线程，计算图像序列中图像的清晰度和清晰度变化值，并 通过图像的清晰度和清晰度变化值判断是否挑选出清晰度满足要求的图像，如果挑选的图 像清晰，执行步骤P6，如果挑选的图像不清晰，回到步骤P2 ；步骤P6 从挑选出的清晰图像中进行人眼检测并提取眼睛图像；步骤P7 对眼睛图像进行质量判断，判断是否可以用于虹膜识别，如果判断眼睛 图像能够用于虹膜识别，虹膜识别结束，如果判断眼睛图像不能够用于虹膜识别，则继续采 集图像，继续执行步骤P5。为达到上述目的，本发明提供了一种基于以上装置和方法的全自动的远距离虹膜 识别系统，包括如下结构远距离自动对焦装置、远距离红外光源、驱动控制器、光源控制 器、图像采集卡、计算机、面板和机柜，其中远距离自动对焦装置的对焦旋转电机通过驱动 控制器电连接到计算机上；远距离自动对焦装置上的虹膜摄像头通过图像采集卡连接到计 算机上；虹膜摄像头采集的高分辨率图像通过传到上；由计算机计算摄像头采集到的实时 图像的清晰度，并根据清晰度的变化自动转动远距离自动对焦装置，搜索和跟踪物体的焦 点位置；远距离红外光源通过控制器连接到计算机上；以上设备都安装到机柜内，远距离 自动对焦装置和远距离红外光源都面向正面安装，机柜前面放置面板。(三)有益效果本发明综合了图像处理、机电控制、计算机视觉和模式识别等技术，应用于生物特 征识别领域的虹膜识别方向。本发明通过自动对焦的方法在远距离进行虹膜图像采集，提 高虹膜图像采集范围和采集速度，提高了虹膜识别的易用性。本发明采用的方案，第一，重新设计对焦装置，使其可以在更大的范围、更远的距 离内通过对焦拍摄虹膜图像。第二，设计更好的对焦策略，既能满足大范围的焦点搜索，又 可以满足高精度的对焦，并可以当焦点变化时快速跟踪。对焦装置采用了精巧的机械装置，可以适用于多种长焦距镜头；用步进电机来带 动对焦环，对焦范围大，转动稳定而快速；采用了基于状态转换的对焦的策略，可以控制对 焦装置快速搜索和跟踪焦点位置；采用了图像处理技术判断图像的清晰度和检测人眼，获 得虹膜图像。
图1为自动对焦装置的结构图；图2为对焦传动装置的示意图；图3为自动对焦的方法流程图；图4为利用对焦环21的对焦策略示意图；图5为清晰度随距离变化的示意图；图6为物体移动时焦点位置变化的示意图；图7为清晰度计算流程；图8为实例装置的示意图；图9为实例系统的运行步骤流程图；主要部件标记说明虹膜摄像头1长焦距镜头2对焦环21对焦传动单元3镜头转换器4对焦旋转电机5电机驱动单元6计算处理单元7空心环31卡具32皮带33限位开关34远距离自动对焦装置Dl 远距离红外光源D2步进电机驱动控制器D3 光源控制器D4图像采集卡D5主机D6面板D7机柜D8
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是， 所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。(一)自动对焦的远距离虹膜图像获取装置本发明的结构设计如图1，由以下及部分组成虹膜摄像头1、长焦距镜头2、对焦 传动单元3、镜头转换器4、对焦旋转电机5、电机驱动单元6、计算处理单元7。虹膜摄像头1和镜头2通过镜头转换器4连接；对焦传动单元3和镜头2上的对 焦环21以及对焦旋转电机5连接；对焦旋转电机5和电机驱动单元6电气连接；计算处理 单元7和电机驱动单元6信号连接，可以通过电机驱动单元6控制对焦旋转电机5的转动； 计算处理单元7和虹膜摄像头1连接，处理来自摄像头1的图像。长焦距镜头2的焦距值为IOOmm到500mm之间的任意值。长焦距镜头2可以通过 镜头转换器4和虹膜摄像头1连接。其中，对焦传动单元3结构图如图2。所述对焦传动单元3上有一空心环31和一 卡具32，在一空心环31上和对焦环21之间安装有一卡具32，一卡具32具有弹性三爪，用 于卡住所述一空心环31内及不同大小的镜头2和对焦环21 ；所述对焦传动单元3还具有 一条皮带33及一限位开关34，所述一条皮带33套紧空心环31和套紧对焦旋转电机5的 转轴，这样当对焦旋转电机5旋转时，也会带动空心环31旋转，从而带动对焦环21对镜头2进行对焦；所述一限位开关34，当对焦环21旋转到一个位置就会碰上，限位开关34发出 一个信号会使步进电机5停止转动，这样就使对焦传动单元3有了一个初始位置。(二)自动对焦的远距离虹膜图像获取方法基于以上的自动对焦的远距离虹膜图像获取装置，我们采用的自动对焦方法流程图如图3 方法有两个线程，第一线程用于对焦，第二线程用于图像挑选程。第一线程的对 焦由以下几个步骤构成步骤Pl 初始化设备，旋转对焦环，使对焦环21对焦位置到零点，即限位开关11处；步骤P2 虹膜摄像头1不断采集图像，形成图像序列；步骤P3 计算处理单元7计算通过虹膜摄像头1采集得到的图像序列中每帧图像 的清晰度和清晰度的变化值，分别执行步骤P4和步骤P5 ；步骤P4:根据图像的清晰度和清晰度变化值，变换对焦环旋转的方向和速度，返 回步骤P2 ；所述变换是根据清晰度和清晰度变化值，以及谁的当前的状态，由已定义状态 转换条件来决定。自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的状态分为四种，静止状态、大范围 搜索状态，小范围搜索状态和焦点状态。步骤P5 转入图像挑选线程，对具有清晰度和清晰度变化值的图像进行挑选，不 断从图像序列中判断是否挑选出清晰度满足要求的图像，如果挑选的图像清晰，执行步骤 P6，如果挑选的图像不清晰，回到步骤P2 ；步骤P6 从挑选出的清晰图像中进行人眼检测并提取眼睛图像；步骤P7 对眼睛图像进行质量判断，判断是否可以用于虹膜识别，如果判断眼睛 图像能够用于虹膜识别，虹膜识别结束，如果判断眼睛图像不能够用于虹膜识别，则继续采 集图像，继续执行步骤P5。(1)计算图像清晰度在上述方法流程中，计算图像清晰度的方法如下步骤P31 在采集的图像上随机抽取100个20*20的图像小块；步骤P32 对每个图像小块计算图像的边缘能量，计算边缘能量的方法是求在图 像小块X，Y两个方向的梯度值的平方和，并把图像小块的所有点的边缘能量相加，得到边
缘能量；步骤P33 把100个图像小块的边缘能量值相加，并归一化到0 1之间的一个数
值，所述数值为图像清晰度的变化值。图5为清晰度随着对焦的距离变化的示意图。当物体固定时，清晰度最大的点在 焦点处，随着离开焦点位置的距离，清晰度逐渐下降，清晰度峰值非常尖锐，可以用于判断 序列中是否有焦点存在。其中，X轴为距离，Y轴为清晰度，Q为变化曲线，P为焦点位置，D 为可识别景深范围。图6为物体发生变化时(即人移动的情况下)，虹膜摄像头1的长焦距镜头2的焦 点位置的变化示意图。当人从位置A移动到B时，虹膜摄像头1不同对焦距离的清晰度值 也从曲线QA变化为曲线QB，焦点位置从PA变为PB。本装置可以实现所以当人移动时，装 置可以快速从原来的焦点位置PA跟踪到新的焦点位置PB。(2)基于状态转换的对焦策略在上述方法流程中，根据图像的清晰度和清晰度变化值，变换对焦环21旋转的方向、速度和自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的当前的系统状态，由已定义系统状态转 换条件来决定。系统状态定义为静止状态Si、大范围搜索状态S2、小范围搜索状态S3和焦 点状态S4。他们之间的转换条件为C11，C12，C23，C34，C44，C43，C32，C21。系统状态和状 态转换条件如图4的对焦策略示意图所示，其中静止状态Sl 对焦环21处于领点位置，静止不动。如果满足状态转换条件Cll (即 清晰度低于一个阈值Tl)，则认为没有物体进入虹膜摄像头的视野，不旋转对焦环21，此时 对焦环21仍处于静止状态；如果满足状态转换条件C12 (即清晰度高于阈值Tl)，则认为有 物体进入视野，系统进入大范围搜索状态。大范围搜索状态S2是旋转对焦环21从0到最大步数的搜索范围内快速转动每 旋转一定步数，则采集一帧图像，并计算清晰度的值，并记录当前位置。如果满足状态转换 条件C23 (即当清晰度值大于一个阈值T2，或清晰度值出现明显峰值时)，认为已经接近焦 点位置，进入小范围搜索S3 ；如果满足状态转换条件C21(即如果没有发现焦点位置)，则回 到零点位置Si。小范围搜索状态S3是在焦点位置附近，对焦环21在焦点附近的范围内以小步长 转动每旋转一定角度，则采集一帧图像，并计算清晰度的值，并记录当前步长位置。如果满 足状态转换条件C34 (即当清晰度值大于一个阈值T3，或清晰度值出现明显峰值时)，认为 已经到达焦点位置，记录此峰值，进入焦点模式；如果满足状态转换条件C32(即如果没有 发现焦点位置)，则继续进行大范围搜索S2。焦点模式S4 对焦环21停止在焦点位置，每隔一段时间计算依次清晰度变化值。 如果满足状态转换条件C43(即当清晰度变化很大，或清晰度小于最初的焦点峰值的一半 时)，认为焦点发生了变化，在小范围内搜索S3新的焦点；否则，如果满足状态转换条件 C44 (即清晰度变化不小于最初的焦点峰值的一半时)，暂停一段时间，继续计算清晰度变 化值，状态不变。所述的阈值Tl、T2和T3是通过实验得到。在实验时，用摄像头采集若干副(500 幅以上)图像；手工将图像分为四类没有物体、有物体但图像模糊、图像较清晰、图像极为 清晰；然后计算各幅图像清晰度的值；四类图像的清晰度值分别呈正态分布，利用贝叶斯 方法确定三类之间的分界值Tl、T2和T3，即为上述的各阈值。(3)图像挑选方法在上述的方法流程中，在对焦的同时挑选清晰的图像用来进行虹膜识别，其中步 骤P5的具体方法为步骤P51 每采集10帧图像，则从10帧图像中挑出清晰度最大的1帧图像；步骤P52 如果图像的清晰度小于一个阈值T3，则不进行处理；步骤P53 如果图像的清晰度大于等于阈值T3，则对该图像进行继续处理。其中，步骤P6眼睛检测的具体方法为首先，利用由机器学习算法(Adaboostting)训练生成基于哈尔小波(Haar)特征 级连分类器。在自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的系统运行过程中，降采样采集到的 高分辨率图像，并利用特征级连分类器在不同尺度上进行眼睛检测。如果没有检测到眼睛， 则不进行处理；如果检测到眼睛，则在采集到的高分辨率图像上采样出原始分辨率下的眼 睛部分的图像，继续进行处理。
(4)虹膜图像质量判断上述清晰的图像不一定能够进行虹膜识别，所以本发明需要对眼睛图像再次进行 图像质量判断，如图7所述步骤P7的方法为步骤P71 计算原始人眼图像的高频段分量El ；高频分量El由如下方法得到生 成一个8*8的算子，算子中心的4*4个点值为_3，其它的值为+1 ；用这个8*8的算子在图像 上进行滤波；然后对滤波后的所有图像点相加得到的和定义为El ；步骤P72 降采样人眼图像是将眼睛图像缩小一倍；步骤P73 计算降采样人眼图像的高频段分量E2，得到E2的计算方法同步骤P71 ；步骤P74 求取高频段的能量E 1和较低频段的能量E2的比值R ；步骤P75 结合高频段能量E1，得到虹膜图像质量的清晰度值C为C = aEl+^R, α，β是加权算子，由经验得出；如果得到的清晰度值C小于一个阈值Τ4，则不对虹膜图像进行处理；否则对虹膜 图像进行预处理、虹膜定位、特征提取和特征比对。应用实施例全自动的远距离虹膜识别系统根据上述对焦装置和对焦方法，组成一套虹膜采集实例系统，如图8所示，其中， 所述全自动的远距离虹膜识别系统由以下部分组成远距离自动对焦装置D1、远距离红外 光源D2、驱动控制器D3、光源控制器D4、图像采集卡D5、计算机D6、面板D7和机柜D8，其连 接方式为远距离自动对焦装置Dl的步进电机通过驱动控制器D3电连接到计算机D6上； 远距离自动对焦装置Dl上的虹膜摄像头1通过图像采集卡D5连接到计算机D6上，距离自 动对焦装置Dl的宽视角摄像头7通过USB线连接到计算机D6上；远距离红外光源D2通过 控制器D4连接到计算机D6上；以上设备都安装到机柜内D8，远距离自动对焦装置Dl和远 距离红外光源D2都面向正面安装。为了美观，机柜D8前面放置面板D7，面板D7可以为带 有空洞的亚克力板，也可以为透射红外光、反射可见光的玻璃。如图9为示出图8所示全自动的远距离虹膜识别系统的实例，此识别系统运行有 以下步骤步骤Fl 使远距离自动对焦装置Dl中虹膜摄像头1对准人的脸部区域，并启动虹 膜摄像头1采集高分辨率图像；步骤F2 由计算机计算通过摄像头1采集到的实时图像的清晰度，并根据清晰度 的变化自动转动远距离自动对焦装置Dl，搜索和跟踪物体的焦点位置；步骤F3 虹膜摄像头1在图像序列中挑选最清楚的图像，检测人眼图像，提取人眼 部分的图像；步骤F4:人眼图像质量判断，在人眼图像序列中挑选最清晰的图像，用于虹膜识 别。在本实例中，由于本发明的全自动的远距离虹膜识别系统采用了距离自动对焦 装置，所述的全自动的远距离虹膜识别系统的有效识别范围大大提高。人走到机柜前约 2. 5 3. 2米的范围，站住不动，则该识别系统会自动根据人的身高调整摄像头Dl位置，同 时进行自动对焦拍摄人的虹膜。用户在使用本发明的这种全自动的远距离虹膜识别系统时，会感觉舒适自然，而 不用担心位置不对而不能完成识别。另一方面，对于初次使用全自动的远距离虹膜识别系统的用户，也不会因为其没有经验而不能完成。 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
一种自动对焦的远距离虹膜图像获取装置，其特征在于，包括虹膜摄像头、长焦距镜头、对焦传动单元、镜头转换器、对焦旋转电机、电机驱动单元、计算处理单元，其中虹膜摄像头、长焦距镜头和镜头转换器位于同一轴线上，对焦传动单元与对焦旋转电机同轴连接；虹膜摄像头和长焦距镜头通过镜头转换器连接；对焦传动单元和长焦距镜头上的对焦环连接；对焦旋转电机和电机驱动单元电气连接；计算处理单元和电机驱动单元信号连接，通过电机驱动单元控制对焦旋转电机的转动；计算处理单元和虹膜摄像头连接，处理来自虹膜摄像头的图像。
2.如权利要求1所述自动对焦的远距离虹膜图像获取装置，其特征在于，长焦距镜头 的焦距值为IOOmm到500mm之间的任意值。
3.如权利要求1所述自动对焦的远距离虹膜图像获取装置，其特征在于，所述对焦传 动单元含有空心环、卡具、皮带和限位开关，在空心环上和对焦环之间安装有卡具，卡具具 有弹性三爪，用于卡住所述空心环内及不同大小的镜头和对焦环；所述条皮带套紧空心环 和套紧对焦旋转电机的转轴，用于带动空心环旋转，从而带动对焦环对镜头进行对焦；当对 焦环旋转到一个位置与限位开关连接，限位开关发出一个信号使对焦旋转电机停止转动， 使对焦传动单元具有一个初始位置。
4.一种自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，用自动对焦的远距离虹膜 图像获取装置获取远距离虹膜图像的步骤如下步骤Pl 初始化设备，旋转对焦环，使对焦环对焦位置到零点，即限位开关处；步骤P2 虹膜摄像头不断采集图像，形成图像序列；步骤P3:计算处理单元计算图像序列中每帧图像的清晰度和清晰度的变化值，在两个 线程中分别执行步骤P4和步骤P5 ；步骤P4:根据图像的清晰度和清晰度变化值，变换对焦环旋转的方向和速度，返回步 骤P2 ；所述变换是根据清晰度和清晰度变化值，以及自动对焦的远距离虹膜图像获取装置 的当前的系统状态，由自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的系统状态转换条件来决定；步骤P5 转入图像挑选线程，计算图像序列中图像的清晰度和清晰度变化值，并通过 图像的清晰度和清晰度变化值判断是否挑选出清晰度满足要求的图像，如果挑选的图像清 晰，执行步骤P6，如果挑选的图像不清晰，回到步骤P2 ；步骤P6 从挑选出的清晰图像中进行人眼检测并提取眼睛图像；步骤P7 对眼睛图像进行质量判断，判断是否可以用于虹膜识别，如果判断眼睛图像 能够用于虹膜识别，虹膜识别结束，如果判断眼睛图像不能够用于虹膜识别，则继续采集图 像，继续执行步骤P5。
5.如权利要求4所述自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，所述图像清 晰度计算的步骤如下步骤P31 在采集的图像上随机抽取100个20*20的图像小块；步骤P32 对每个图像小块计算图像的边缘能量，计算边缘能量的方法是求在图像小 块X，Y两个方向的梯度值的平方和，并把图像小块的所有点的边缘能量相加，得到边缘能 量；步骤P33 把100个图像小块的边缘能量值相加，并归一化到0 1之间的一个数值， 所述数值为图像清晰度的变化值。
6.如权利要求4所述自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，所述自动对 焦的远距离虹膜图像获取装置的系统状态的转换条件和对焦策略如下所述根据图像的清晰度和清晰度变化值，变换对焦环旋转的方向和速度、以及自动对焦的 远距离虹膜图像获取装置的当前的系统状态，由系统状态转换条件来决定，系统状态由系 统软件定义，将自动对焦的远距离虹膜图像获取装置的系统状态分为静止状态、大范围搜 索状态，小范围搜索状态和焦点状态，他们之间的转换条件为 Cll, C12, C23, C34, C44, C43, C32, C21 ； 所述系统状态和状态转换条件的对焦策略如下所述静止状态对焦环处于领点位置，静止不动，如果满足状态转换条件C11，所述状态转 换条件Cll是清晰度低于一个阈值Tl，则认为没有物体进入虹膜摄像头的视野，不旋转对 焦环，此时对焦环仍处于静止状态；如果满足状态转换条件C12，所述状态转换条件C12是 清晰度高于阈值Tl，则认为有物体进入视野，系统进入大范围搜索状态；大范围搜索状态是旋转对焦环从O到最大步数的搜索范围内快速转动每旋转一定 步数，则采集一帧图像，并计算清晰度的值，并记录当前位置；如果满足状态转换条件C23， 所述状态转换条件C23是当清晰度值大于一个阈值T2，或清晰度值出现明显峰值时，认为 已经接近焦点位置，进入小范围搜索；如果满足状态转换条件C21，如果所述状态转换条件 C21没有发现焦点位置，则回到零点位置；小范围搜索状态是在焦点位置附近，对焦环在焦点附近的范围内以小步长转动每 旋转一定角度，则采集一帧图像，并计算清晰度的值，并记录当前步长位置；如果满足状态 转换条件C34，当所述状态转换条件C34清晰度值大于一个阈值T3，或清晰度值出现明显峰 值时，认为已经到达焦点位置，记录此峰值，进入焦点模式；如果满足状态转换条件C32，如 果状态转换条件C32没有发现焦点位置，则继续进行大范围搜索；焦点模式对焦环停止在焦点位置，每隔一段时间计算依次清晰度变化值，如果满足状 态转换条件C43，所述状态转换条件C43是当清晰度变化很大，或清晰度小于最初的焦点峰 值的一半时，认为焦点发生了变化，在小范围内搜索新的焦点；否则，如果满足状态转换条 件C44，所述状态转换条件C44是清晰度变化不小于最初的焦点峰值的一半时，暂停一段时 间，继续计算清晰度变化值，状态不变。
7.如权利要求4所述自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，所述图像挑 选的具体步骤如下步骤P51 每采集10帧图像，则从10帧图像中挑出清晰度最大的1帧图像；步骤P52 如果图像的清晰度小于一个阈值T3，则不进行处理；步骤P53 如果图像的清晰度大于等于阈值T3，则对该图像进行继续处理。
8.如权利要求7所述自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，所述提取眼 睛图像的步骤如下利用由机器学习算法训练生成基于哈尔小波特征级连分类器；降采样高分辨率的图 像，并利用上述分类器进行眼睛检测；如果没有检测到眼睛，则不进行处理；如果检测到眼 睛，则在采集到的高分辨率图像上采样出原始分辨率下的眼睛部分的图像，继续进行处理。
9.如权利要求4所述自动对焦的远距离虹膜图像获取方法，其特征在于，所述虹膜图 像质量判断步骤如下步骤P71 计算原始人眼图像的高频段分量El ；高频分量El由如下方法得到生成一 个8*8的算子，算子中心的4*4个点值为_3，其它的值为+1 ；用这个8*8的算子在图像上进 行滤波；然后对滤波后的所有图像点相加得到的和定义为El ； 步骤P72 降采样人眼图像是将眼睛图像缩小一倍；步骤P73 计算降采样图像的高频段分量E2 ；得到高频段分量E2的方法同步骤P71 ； 步骤P74 求取高频段的能量E 1和较低频段的能量E2的比值R， 步骤P75 结合高频段能量E1，得到虹膜图像质量的清晰度值C为C = aEl+^R, α, β是加权算子由经验得出；如果得到的清晰度值C小于一个阈值Τ4，则不对虹膜图像进行处理；否则对虹膜图像 进行预处理、虹膜定位、特征提取和特征比对。
10. 一种全自动的远距离虹膜识别系统，包括远距离自动对焦装置、远距离红外光源、 驱动控制器、光源控制器、图像采集卡、计算机、面板和机柜，其中远距离自动对焦装置的对焦旋转电机通过驱动控制器电连接到计算机上；远距离自动 对焦装置上的虹膜摄像头通过图像采集卡连接到计算机上；虹膜摄像头采集的高分辨率图 像通过传到上；由计算机计算摄像头采集到的实时图像的清晰度，并根据清晰度的变化自 动转动远距离自动对焦装置，搜索和跟踪物体的焦点位置；远距离红外光源通过控制器连 接到计算机上；以上设备都安装到机柜内，远距离自动对焦装置和远距离红外光源都面向 正面安装，机柜前面放置面板。
全文摘要
本发明涉及一种自动对焦的远距离虹膜图像获取装置、方法和识别系统，该装置由虹膜摄像头、长焦距镜头、对焦传动单元、镜头转换器、对焦旋转电机、电机驱动单元和计算处理单元组成。基于此装置的自动对焦方法有以下步骤初始化对焦设备；摄像头连续采集虹膜图像；计算单元计算采集到的图像的清晰度和清晰度变化；然后根据系统当前状态和状态转换条件来决定对焦速度和方向；从图像序列中检测出清晰的人眼图像，用于虹膜识别。基于以上对焦装置和对焦方法，可以大大增加远距离虹膜图像获取的景深范围和速度。应用了上述装置和方法的远距离虹膜识别系统更加方便、易用。
文档编号H04N5/232GK101814129SQ20091007737
公开日2010年8月25日 申请日期2009年2月19日 优先权日2009年2月19日
发明者孙哲南, 董文博, 谭铁牛 申请人:中国科学院自动化研究所