人脸虹膜生物测定的系统及方法与流程

本发明涉及光学图像采集，具体涉及人脸虹膜生物测定的系统及方法。

背景技术：

1、生物识别技术主要是指通过人类生物特征进行身份认证的一种技术，人类的生物特征通常具有可以测量或可自动识别和验证等特点。比如人脸、虹膜是两种人类的生物特征。

2、目前，远距离广角视场的人脸虹膜成像图像采集，通常采用如云台、转轴等xy方向旋转虹膜光学成像系统。但是在实际应用中普遍存在测量距离精确度和可靠性差的问题，如强光环境，户外或半室内，超过10klux环境下，外界环境光的光强干扰其精确度和可靠性。特别是超过1m距离以上，受入射方向光环境强度影响，导致距离测量信息完全无效。还有，使用者佩戴眼镜等条件会产生镜面全反射，严重干扰眼睛区域距离测量的精确度和可靠性，导致距离测量信息完全无效。

3、另外现有技术使用虹膜光学成像单元的人眼自动跟踪，角度旋转也使眼睛区域距离测量的精确度和可靠性受到影响。无法满足成像距离测量误差<1％的高精度和可靠性要求。

4、同样，为应对远距离广角视场场景下，不同工作范围提供用户界面显示的人脸显示区域，也完全依赖于不同工作范围人脸虹膜成像图像间的光学成像条件和工作物点3d位置信息，其与对应的引导显示区域关系和精度，准确性高度相关，而且导致引导显示区域关联动态变化，这种关联动态变化会误导用户和严重影响自然体验度。

5、面对日益增长的远距离广角视场的人脸虹膜成像图像采集，目前解决方案主流通过如云台，转轴等xy方向旋转虹膜光学成像系统，但是目前现有技术都依赖于3d深度检测提供的3维坐标信息，为应对远距离广角视场场景下，不同工作范围提供虹膜光学成像系统，也完全依赖于不同工作范围人脸虹膜成像系统间的光学成像条件和工作物点3d位置信息，其对应关系和精度，准确性高度相关，而且导致非线性关系的计算和控制复杂度增高。

6、同样为应对远距离广角视场场景下，不同工作范围提供用户界面显示的人脸显示区域，也完全依赖于不同工作范围人脸虹膜成像图像间的光学成像条件和工作物点3d位置信息，其与对应的引导显示区域关系和精度，准确性高度相关，而且导致引导显示区域关联动态变化，这种关联动态变化会误导用户和严重影响自然体验度。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术缺陷，提供一种人脸虹膜生物测定的系统及方法。

2、为了实现上述的发明目的，本发明所采用的技术方案：

3、一种人脸虹膜生物测定的系统，所述系统包括：

4、人脸光学成像单元、人脸特征检测定位单元、人脸深度光学成像单元、虹膜光学成像单元、光学/距离转换单元、图像采集处理单元；

5、所述人脸光学成像单元用于执行对应的人脸成像图像采集；

6、所述人脸深度光学成像单元用于执行对应的人脸深度图像同步采集；

7、所述人脸特征检测定位单元用于根据人脸光学成像单元对应的人脸成像图像和人脸深度光学成像单元对应的人脸深度图像或人脸成像图像，执行对应的人脸特征位置同步检测和定位；

8、所述光学/距离转换单元用于根据人脸特征检测定位单元对应的人脸特征位置或人脸特征位置和人脸深度光学成像单元对应的人脸深度信息图像，执行响应于虹膜光学成像单元、人脸光学成像单元和人脸深度光学成像单元之间相对的光学关联映射变换，产生成像距离测量信息；

9、所述虹膜光学成像单元用于根据光学/距离转换单元对应的成像距离测量信息，执行对应的虹膜成像图像采集；

10、所述图像采集处理单元连接上述各单元，执行同步图像采集和成像距离测量信息过程控制及图像处理计算；

11、所述人脸光学成像单元成像视场fove，虹膜光学成像单元成像视场fovi，和人脸深度光学成像单元成像视场fovd之间满足：fove>＝fovd>＝fovi。

12、一种应用上述的人脸虹膜生物测定的方法，所述方法包括：

13、所述图像采集处理单元控制人脸光学成像单元执行对应的人脸成像图像采集；

14、所述图像采集处理单元控制人脸深度光学成像单元执行对应的人脸深度信息图像同步采集；

15、所述图像采集处理单元控制人脸特征检测定位单元根据人脸光学成像单元对应的人脸成像图像和人脸深度光学成像单元对应的人脸深度图像或人脸成像图像，执行对应的人脸特征位置同步检测和定位；

16、所述图像采集处理单元控制光学/距离转换单元根据人脸特征检测定位单元对应的人脸特征位置或人脸特征位置和人脸深度光学成像单元对应的人脸深度信息图像，执行响应于虹膜光学成像单元，人脸光学成像单元和人脸深度光学成像单元之间相对的光学关联映射变换，产生成像距离测量信息；

17、所述图像采集处理单元控制虹膜光学成像单元根据光学/距离转换单元对应的成像距离测量信息，执行对应的虹膜成像图像采集。

18、本发明的另一种技术方案：一种人脸虹膜生物测定的系统，基于方向矢量旋转的人脸虹膜图像同步采集和显示；

19、所述系统包括：人脸光学成像单元，人脸/人眼检测单元，虹膜光学成像单元，光学映射单元，方向矢量旋转单元，图像引导显示单元，图像采集显示处理单元；

20、所述人脸光学成像单元用于执行对应的人脸成像图像采集；

21、所述人脸/人眼检测单元用于根据所述人脸光学成像单元对应的人脸成像图像，执行对应的人脸双眼中心像素位置检测；

22、所述光学映射单元用于根据所述人脸/人眼检测单元对应的人脸双眼中心像素位置，执行响应于方向矢量旋转单元对应角度的单调光学映射变换，及同步的，执行响应于图像引导显示单元对应全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域固有的单调光学映射变换；

23、所述方向矢量旋转单元用于根据光学映射单元对应的单调光学映射变换角度，执行对应的方向矢量旋转角度同步调整；

24、所述虹膜光学成像单元用于根据光学映射单元对应的方向矢量旋转角度，执行对应的虹膜成像图像同步采集；

25、所述图像引导显示单元用于根据光学映射单元对应的全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域，执行对应的图像同步引导显示；

26、所述图像采集显示处理单元连接上述各单元，执行同步图像采集和显示过程控制及图像处理计算；

27、所述人脸光学成像单元成像视场fov大于等于虹膜光学成像单元成像视场fov。

28、进一步地，所述方向矢量旋转单元采用分离式安装结构，承载虹膜光学成像单元，与人脸光学成像单元保持独立分离安装结构，实现分体旋转功能。

29、进一步地，本发明一种人脸虹膜生物测定的系统还包括用于虹膜光学成像单元对应的红外照明光源单元，所述红外照明光源单元和虹膜光学成像单元组合配置；

30、所述红外照明光源单元的xy方向辐射强度e-1/2峰值照明场foi覆盖包含并大于虹膜光学成像单元的xy方向成像视场fov，即，xy方向辐射强度e-1/2峰值(即e-1/2ipeak)照明场foi角度(φx，φy)覆盖包含并大于xy方向成像视场fov角度(θx，θy)，

31、φx>θx

32、φy>θy

33、对应的，(φ2x+φ2y)1/2>(θ2x+θ2y)1/2

34、红外照明光源单元的光学中心轴相对虹膜光学成像单元的光学中心轴具有xy方向固定夹角(ψx，ψy)，满足：

35、1/4*(θ2x+θ2y)1/2<(ψ2x+ψ2y)1/2<(θ2x+θ2y)1/2

36、7度<(ψ2x+ψ2y)1/2<27度。

37、一种如上述的人脸虹膜生物测定的方法，所述方法包括：

38、(1)图像采集显示处理单元控制人脸光学成像单元执行对应的人脸图像采集；

39、(2)图像采集显示处理单元根据对应的人脸图像，控制人脸/人眼检测单元执行对应的人脸双眼中心像素位置检测；

40、(3)图像采集显示处理单元根据对应的人脸双眼中心像素位置，控制光学映射单元执行响应于方向矢量旋转单元对应角度的单调光学映射变换，及同步的，执行响应于图像引导显示单元对应全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域固有的单调光学映射变换；

41、(4)图像采集显示处理单元根据对应的单调光学映射变换角度，控制方向矢量旋转单元执行对应的方向矢量旋转角度同步调整；

42、及同步的，根据对应的单调光学映射变换的全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域，控制图像引导显示单元执行对应的图像引导同步显示；

43、(5)图像采集显示处理单元根据对应的方向矢量旋转角度，控制虹膜光学成像单元执行对应的虹膜成像图像同步采集。

44、本发明的再一种技术方案：一种人脸虹膜生物测定的系统，其特征在于，所述系统包括：人脸光学成像单元，超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元，光学映射单元，图像引导显示单元，图像采集显示处理单元；

45、所述超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元用于执行对应的虹膜成像图像同步采集；

46、所述光学映射单元用于执行响应于图像引导显示单元对应全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域固有的单调光学映射变换；

47、所述图像引导显示单元用于根据光学映射单元对应的全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域，执行对应的图像同步引导显示；

48、所述图像采集显示处理单元连接上述各单元，执行同步图像采集和显示过程控制及图像处理计算；

49、所述人脸光学成像单元成像视场fov大于等于超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元成像视场fov。

50、一种如上述的人脸虹膜生物测定的方法，所述方法包括

51、(1)图像采集显示处理单元控制人脸光学成像单元执行对应的人脸图像采集；

52、(2)图像采集显示处理单元控制超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元执行对应的虹膜图像同步采集；

53、(3)图像采集显示处理单元控制光学映射单元执行响应于图像引导显示单元对应全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域固有的单调光学映射变换；

54、(4)图像采集显示处理单元根据对应的单调光学映射变换的全局虹膜成像视场—局部人脸成像视场关联区域，控制图像引导显示单元执行对应的图像引导同步显示。

55、进一步地，所述人脸光学成像单元和超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元被组合配置；所述人脸光学成像单元xy方向成像视场fov大于等于超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元xy方向成像视场fov；所述虹膜光学成像单元的光学中心轴相对人脸光学成像单元的光学中心轴平行都具有相同xy方向固定夹角(ωx，ωy)；

56、人脸光学成像单元xy方向成像视场fov角度(ωx，ωy)大于等于超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元xy方向成像视场fov角度(θx，θy)；

57、ωx>θx

58、ωy>θy

59、对应的，(ω2x+ω2y)1/2>(θ2x+θ2y)1/2

60、所述虹膜光学成像单元的光学中心轴相对人脸光学成像单元的光学中心轴平行都具有相同xy方向固定夹角(ωx，ωy)

61、ωx＝[0，3/2*θx]

62、ωy＝[0，3/2*θy]

63、ωx＝[0，40]度

64、ωy＝[0，40]度。

65、进一步地，所述人脸光学成像单元和超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元被组合配置：

66、人脸光学成像单元xy方向成像视场fov角度(ωx，ωy)大于等于超高分辨率或阵列组合虹膜光学成像单元xy方向成像视场fov角度(θx，θy)；

67、ωx>θx

68、ωy>θy

69、对应的，(ω2x+ω2y)1/2>(θ2x+θ2y)1/2

70、所述虹膜光学成像单元的光学中心轴相对人脸光学成像单元的光学中心轴具有xy方向固定夹角(ωx，ωy)，

71、ωx＝[0，3/2*θx]，ωy＝[0，3/2*θy]

72、或，ωx＝[0，40]，ωy＝[0，40]度。

73、进一步地，所述系统还包括用于虹膜光学成像单元对应的红外照明光源单元，所述红外照明光源单元和虹膜光学成像单元被组合配置；

74、红外照明光源单元的xy方向辐射强度e-1/2峰值照明场foi覆盖包含并大于虹膜光学成像单元的xy方向成像视场fov，即，xy方向辐射强度e-1/2峰值(即e-1/2ipeak)照明场foi角度(φx，φy)覆盖包含并大于xy方向成像视场fov角度(θx，θy)，

75、φx>θx

76、φy>θy

77、对应的，(φ2x+φ2y)1/2>(θ2x+θ2y)1/2

78、红外照明光源单元的光学中心轴相对虹膜光学成像单元的光学中心轴具有xy方向固定夹角(ψx，ψy)，满足：

79、1/4*(θ2x+θ2y)1/2<(ψ2x+ψ2y)1/2<(θ2x+θ2y)1/2

80、7度<(ψ2x+ψ2y)1/2<27度。

81、一般的，本发明所述矢量，物理上是光学中心原点到物点的方向/角度和长度/距离构成。

82、应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

83、本发明所述系统，考虑到实际远距离广角视场工作范围应用场景下，一般所述该视场工作范围，通过给定预定的虹膜光学成像单元的x-y方向全局虹膜成像视场，即，定义了虹膜光学成像单元的x-y方向工作视场角范围。

84、本发明所述系统，归因于人脸光学成像单元和虹膜光学成像单元间物理结构安装的限制，并不是理论上同光学中心，一般的，物理结构安装限制导致人脸光学成像单元和虹膜光学成像单元间相对的光学中心具有距离间隔，即，相对物理偏移，具体的，其具有3d相对物理位置偏移量(xoffset，yoffset，zoffset)。