CN101499129B - 远距离虹膜识别***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离虹膜识别***及方法，***包括：一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头；一采集卡；一通过采集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路。本发明从远距离(3米以外)连续拍摄清晰的虹膜图像并进行识别，提高了虹膜识别的实用性，扩展了虹膜识别的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种在远距离进行虹膜识别***和方法。本发明综合了图像处理、模式识别、光学技术和自动控制等技术，应用于生物特征识别领域的虹膜识别方向。
背景技术
虹膜识别技术是目前的生物特征识别技术中，准确度最高、防伪性最好的技术之一，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、活体检测、预处理、特征提取和特征匹配等步骤。
目前的虹膜技术已经可以实现快速准确的身份识别。例如中国国家知识产权局的专利：1.谭铁牛，王蕴红，马力，“基于活体虹膜的身份识别方法”，申请号：01144524.6；以及2.谭铁牛，王蕴红，孙哲南，“虹膜图像的鲁棒特征抽取与识别方法“，申请号：200410081184.5等；并且期望在大规模人群中的身份识别中得到应用。
其中，虹膜图像获取是进行虹膜识别的前提；然而，由于虹膜的直径非常小，而采集的虹膜图像又要求必须有足够多的像素，所以虹膜图像获取也是非常困难的一个环节。
目前技术中的虹膜图像采集装置和方法都是近距离的或手持式的，这些技术需要人离虹膜采集装置很近，甚至把眼睛紧紧地贴近镜头来采集图像，在实际生活中使用很不方便。主要原因是由于普通的虹膜摄像头靶面都很小(典型的摄像头如640×480)，而虹膜识别要求虹膜部分的直径都很大(150像素以上)，所以摄像头的范围和景深都很小。所以，人的眼睛必须距离摄像头一个固定的小范围，才能进行识别；稍微偏离这个点，都不能进行获取清晰的图像。
为了解决这个问题，人们做了很多改进，一种是利用距离传感器测得人的距离，然后利用声音或指示灯提示人前进或后退，一种方法是利用镜子或显示器让人看到自己的图像从而自动调整位置。这些设备的问题是，用户必须积极的配合才能采集到合适的图像，使用很不方便。
还有一种方法是采用自动跟踪或自动变焦的方法：通过人脸检测的方法或者使用距离传感器来确定人的眼睛的位置；然后控制上下旋转的云台转动虹膜摄像机去主动寻找人的眼睛的位置，并自动变焦来捕捉人的眼睛的图像。这种方式能够大大减少人的配合程度，然而往往速度较慢，成本较高，而且***越复杂，就运转更不稳定。
然而，最理想的方法是人在远距离(3米以外甚至更远)就能进行虹膜识别，甚至当人很自然的走过一个地方，就迅速能够识别。在远距离进行虹膜图像采集，就要求镜头必须有很窄的视角；另外，人站在远距离就更不容易对准，这就要求摄像头能够自动对准，同时，摄像头有足够大的拍摄范围和景深。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种远距离(3米以外)的虹膜图像采集***及方法，以方便用户进行虹膜识别。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种远距离虹膜识别***，该***包括：
一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头，该摄像头/长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；
一连接摄像头/长焦距镜头与主控计算机的采集卡；
一通过采集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；
一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；
一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；以及
一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；
一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；
一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；
所述主控计算机分别通过串口RS-232或RS-485总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过VGA数据线与显示器/提示设备相连接。
优选地，所述主控计算机在接收到摄像头/长焦距镜头拍摄的眼睛图像后，对该图像实时进行处理，对清晰的眼睛图像进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征与数据库中图像的虹膜特征进行比对，判断此人的身份，并在虹膜识别完成后控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
优选地，所述摄像头/长焦距镜头中，摄像头采用至少400万像素和至少15帧/秒的高分辨率高帧速摄像头，长焦距镜头采用焦距在300毫米以上的长焦距镜头。
优选地，所述采集卡采用CameraLink采集卡，主控计算机通过控制采集卡配置图像的传输速率，以及设置摄像头的曝光时间、图像制式和转换位数。
优选地，所述可控云台至少设置5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米、1.8米高度的区域，其中可控云台上下转动的速度为6度/秒。
优选地，所述红外光源采用至少6个红外LED阵列，分别安装在识别通道两侧，光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米。
优选地，所述单片机控制电路采用AVR单片机，并利用MOSFET控制所述红外光源的打开和关闭；
单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，该高度数值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时将变为1米4以上，此时单片机控制电路将通过串口告知主控计算机有人通过，并从感知的多个高度数值中取一个最大值，作为人的身高值输出给主控计算机。
优选地，所述显示器、摄像头/长焦距镜头、可控云台和主控计算机由上至下依次配置于一机柜中，该机柜位于通道门前方至少3米之外。
为达到上述目的，本发明还提供了一种远距离虹膜识别方法，该方法包括：
当人进入识别通道时，高度测试传感器估计出人的大致高度，并将该高度数值通过单片机控制电路输出给主控计算机，主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转；
设置于识别通道3米之外的可控云台上的摄像头/长焦距镜头对通过识别通道的人连续拍摄眼睛图像，并传输给主控计算机；
主控计算机对眼睛图像进行实时处理，不断检测该眼睛图像，并判断该眼睛图像是否为清晰图像；以及
当有清晰图像出现的时候，主控计算机进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征和数据库中的图像进行比对，判断此人的身份；
其中，所述主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转，具体包括：
单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，当高度数值突然从零变为1.4米以上时，通知主控计算机有人通过识别通道；
在有人通过识别通道时，单片机控制电路连续读取多个人体高度数值，取最大值最为人的身高估计值输出给主控计算机；
主控计算机根据人的身高估计人的眼睛位置，并转动云台使摄像机对准3米处人眼睛高度的位置；其中，所述云台至少有5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米和1.8米，主控计算机可在1秒钟之内旋转可控云台达到其中任一个位置；
所述判断该眼睛图像是否为清晰图像，是采用计算图像边缘能量的方法，即采用计算图像的TenenGrad函数值来进行评估，利用Sobel边缘算子计算图像两个方向上的一阶微分，然后求取边缘图像的能量：
优选地，该方法进一步包括预先对眼睛图像进行注册，具体包括：同时注册左右眼睛的图像，每只眼睛连续注册至少3幅图像并且3幅图像都匹配时才注册成功，图像注册成功后将两只眼睛的共至少6幅图像的虹膜特征存入主控计算机的虹膜特征数据库，每个虹膜特征包括1024字节。
优选地，所述主控计算机检测眼睛图像采用单目检测，只要有一只眼睛图像被检测到，就进行接下来的处理，判断该眼睛图像是否为清晰图像。
优选地，所述单目检测方法基于开放软件OpenCV，采用Harr-like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测；检测时首先将图像进行降采样，然后再进行处理。
优选地，该方法在主控计算机判断出此人的身份后，进一步包括：主控计算机控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
(三)有益效果
本发明应用了图像处理技术、模式识别技术、光学技术和自动控制技术，可以从远距离(3米以外)连续拍摄清晰的虹膜图像并进行识别，使得当人在经过一个通道门时稍作停留就可以完成身份验证，从而大大提高了虹膜识别的实用性，扩展了虹膜识别的应用范围。
附图说明
图1为本发明提供的远距离虹膜识别***的外观结构图；
图2为本发明提供的远距离虹膜识别***硬件设备连接示意图；
图3为本发明提供的远距离虹膜识别的方法流程图；
图4为依照本发明实施例远距离虹膜识别的软件实现流程图；
图5为依照本发明实施例自动调整摄像机拍摄高度的软件实现流程图；
图6为依照本发明实施例摄像机的范围示意图；
图中，主要元件及标号说明如下：
(1)为计算机；(2)为摄像头和长焦镜头；(3)为可控云台；(4)为显示器和提示设备；(5)为高度测试传感器；(6)为通道门；(7)为红外光源；(8)为控制电路；(9)为电源；(10)为机柜；
P0为摄像头和图像采集卡初始化
P1为采集图像
P2-1为单眼检测(识别流程)
P2-2为双眼检测(注册流程)
P3-1为是否有眼睛(识别流程)
P3-1为否有两只眼睛(注册流程)
P4为提取眼睛区域图像
P5为离焦判断
P6为图像质量是否好
P7-1为提取特征(识别流程)
P7-2为提取特征并注册入数据库(注册流程)
P8为虹膜特征数据库
P9为特征比对、识别人的身份
S1为不断读取高度测试传感器
S2为高度是否突然变大
S3为连续读取几次高度值
S4为估计人眼的大致区域
S5为旋转云台到人眼区域
(R1)为单个摄像机的图像采集范围和景深；
(R2)为云台配合下的整体图像采集范围
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
(一)远距离虹膜***运行的整体步骤如下：
(1)在3米以外安装摄像头，当人进入识别通道时，通过高度测试传感器估计出人的大致高度，并通过主控计算机控制将摄像头旋转，并大致对准3米处的人脸范围；
(2)人走过识别通道减慢速度或暂时停顿1、2秒钟，摄像头以很快的速度不断拍摄图像；
(3)主控计算机对图像进行实时处理，不断检测人的两只或一只眼睛的图像，并判断图像是否为清晰图像；
(4)当有清晰图像出现的时候，主控计算机进行虹膜图像定位和特征提取；
(5)主控计算机将提取的虹膜特征和数据库中的图像进行比对，判断此人的身份。
(二)***运行的外观安装结构(如图1)
本发明提供的这种远距离虹膜识别***，包括：
一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头，该摄像头/长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；
一连接摄像头/长焦距镜头与主控计算机的采集卡；
一通过采集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；
一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；
一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；以及
一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；
一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；
一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；
所述主控计算机分别通过串口RS-232或RS-485总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过VGA数据线与显示器/提示设备相连接。
所述主控计算机在接收到摄像头/长焦距镜头拍摄的眼睛图像后，对该图像实时进行处理，对清晰的眼睛图像进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征与数据库中图像的虹膜特征进行比对，判断此人的身份，并在虹膜识别完成后控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
所述摄像头/长焦距镜头中，摄像头采用至少400万像素和至少15帧/秒的高分辨率高帧速摄像头，长焦距镜头采用焦距在300毫米以上的长焦距镜头。
所述采集卡采用CameraLink采集卡，主控计算机通过控制采集卡配置图像的传输速率，以及设置摄像头的曝光时间、图像制式和转换位数。
所述可控云台至少设置5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米、1.8米高度的区域，其中可控云台上下转动的速度为6度/秒。
所述红外光源采用至少6个红外LED阵列，分别安装在识别通道两侧，光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米。
所述单片机控制电路采用AVR单片机，并利用MOSFET控制所述红外光源的打开和关闭；单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，该高度数值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时将变为1米4以上，此时单片机控制电路将通过串口告知主控计算机有人通过，并从感知的多个高度数值中取一个最大值，作为人的身高值输出给主控计算机。
所述显示器、摄像头/长焦距镜头、可控云台和主控计算机由上至下依次配置于一机柜中，该机柜位于通道门前方至少3米之外。
再参照图1，在识别通道的通道门(6)的对面约3米的位置放置机柜(10)；机柜从下往上分别安装主控计算机(1)、可控云台(3)、摄像机/长焦镜头(2)、显示器/提示设备(4)；人经过通道门之前的约1米处上方安装高度测试传感器(5)，当人走过时可以测出人的大概身高；通道门前方两侧安装红外光源(7)。
其中摄像头选用高性能摄像头，分辨率在400万像素以上(实施例中采用2352×1728，其他实施例中，也可以选用2000×2000、3000×2208等)，图像传输速度15桢/秒(基于CameraLink图像采集卡和32位PCI计算机)。
其中镜头选用长焦距镜头(实施例中采用300毫米焦距镜头，焦距的大小可以决定采集的距离)，镜头光圈调整为F＝11，(其他实施例中也可以让光圈更小或更大，光圈越小，景深越大，进光量也越小)。
其中红外光源使用6个红外LED阵列，分别装在通道两侧，光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米，光强严格符合国家激光安全标准。
(三)***硬件设备连接(如图2)
主控计算机(1)和摄像头(2)的图像数据通过CameraLink图像采集卡进行交换，可以通过控制采集卡来配置图像的传输速率，以及设置摄像头(2)的曝光时间、图像制式、转换位数等。(例如设置曝光时间为60ms，制式2352×1728，转换位数为10，传输速度15桢/秒)
主控计算机(1)直接和显示器通过VGA线连接。主控计算机中的软件采用的人机交互界面，将采集的图像和在图像分割中的眼睛图像显示出来，并通过发出声音、显示姓名等来提示用户。当人经过时可以从显示器中直接可以看到采集的图像，并看到***给出的提示。(在其他实施例中也可以去掉显示器，而改用半透半反的镜子或用指示灯等进行提示。)
主控计算机(1)通过串口与可控云台(3)通过串口(RS-232或RS-485总线)连接。可控云台至少设置有5个预置位(或多个预置位)，分别使摄像头(2)对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米、1.8米的大致区域。其中可控云台上下转动速度为6度/秒，在3米外距离处，主控计算机可以在1秒钟左右控制可控云台转动到任何一个区域。
主控计算机(1)和单片机控制电路(8)通过串口连接，单片机控制电路用来控制红外光源(7)和读取高度测试传感器(5)的数值。
单片机控制电路(8)采用AVR单片机，并利用MOSFET控制红外光源(7)的打开和关闭；单片机控制电路不断读取高度测试传感器(5)的高度数值；此数值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时会变为1米4以上，这时单片机控制电路(8)会通过串口告知主控计算机(1)有人通过，并将下面几次的高度值取一个最大值，作为人的身高值送给主控计算机。
(四)远距离虹膜识别流程
已有的虹膜识别技术都是应用普通的工业摄像头或监控摄像头，建立在640×480的图像处理方法上；本发明提供的远距离虹膜识别采用高像素的摄像头(通常在400万像素以上)，在图像处理、定位眼睛等方面有很大不同；但在特征提取和比对方面并无本质区别。
图3为本发明提供的远距离虹膜识别的方法流程图，该方法包括：
步骤301：当人进入识别通道时，高度测试传感器估计出人的大致高度，并将该高度数值通过单片机控制电路输出给主控计算机；
步骤302：主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转；
步骤303：设置于识别通道3米之外的可控云台上的摄像头/长焦距镜头对通过识别通道的人连续拍摄眼睛图像，并传输给主控计算机；
步骤304：主控计算机对眼睛图像进行实时处理，不断检测该眼睛图像，并判断该眼睛图像是否为清晰图像；
步骤305：当有清晰图像出现的时候，主控计算机进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征和数据库中的图像进行比对，判断此人的身份。
该方法进一步包括预先对眼睛图像进行注册，具体包括：同时注册左右眼睛的图像，每只眼睛连续注册至少3幅图像并且3幅图像都匹配时才注册成功，图像注册成功后将两只眼睛的共至少6幅图像的虹膜特征存入主控计算机的虹膜特征数据库，每个虹膜特征包括1024字节。
所述主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转，具体包括：
单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，当高度数值突然从零变为1.3米以上时，通知主控计算机有人通过识别通道；
在有人通过识别通道时，单片机控制电路连续读取多个人体高度数值，取最大值最为人的身高估计值输出给主控计算机；
主控计算机根据人的身高估计人的眼睛位置，并转动云台使摄像机对准3米处人眼睛高度的位置；其中，所述云台至少有5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米和1.8米，主控计算机可在1秒钟之内旋转可控云台达到其中任一个位置。
所述主控计算机检测眼睛图像采用单目检测，只要有一只眼睛图像被检测到，就进行接下来的处理，判断该眼睛图像是否为清晰图像。
所述单目检测方法基于开放软件OpenCV，采用Harr-like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测；检测时首先将图像进行降采样，然后再进行处理。
所述主控计算机判断眼睛图像是否为清晰图像，采用计算图像的TenenGrad来进行评估，即利用两个方向的Sobel算子计算边缘，然后求取边缘能量，当能量值超过阈值时认为图像质量合格。然后定义一个阈值，当图像的TenenGrad大于等于该阈值时认为图像质量合格，小于该阈值时认为图像质量不合格。
该方法在主控计算机判断出此人的身份后，进一步包括：主控计算机控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
以下结合附图对远距离虹膜识别的方法进一步详细说明：
1.远距离虹膜识别软件流程如图4所示：
P0：在***启动时初始化摄像头和采集卡，设置摄像头(2)的曝光时间、图像制式、转换位数等。(例如设置曝光时间为60ms，制式2352×1728，转换位数为10，传输速度15桢/秒)
P1：***开始不断读取摄像头采集的图像，并将图像进行显示。
P2、P3：对图像进行处理，并检测眼睛的位置。
其中，当在注册流程时，需要人的两只眼睛都被检测到时才能进行注册处理(P2-2、P2-3)，这样可以保证人的左右眼同时注册；当在识别流程时，只要有一只眼睛被检测到，就可以进行处理，这样可以使得使用更加方便。
其中，人眼检测的方法基于开放软件OpenCV，采用Harr-like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测；检测的时候首先将图像进行降采样，然后再进行处理。
P4：确定人眼的位置后，提取眼睛部分的图像。针对已有的虹膜识别技术，都是使用640×480图像。
P5、P6：对眼睛部分的图像进行图像质量判断。
其中，图像质量判断采用计算图像的TenenGrad来进行评估：即利用Sobel边缘算子计算图像两个方向上的一阶微分，然后求取边缘图像的能量：其中G(i，j)x和G(i，j)y分别是图像与Sobel算子的卷积，Sobel算子在x和y方向各有一个： 和
在P6中，我们定义一个阈值，当图像的TenenGrad大于等于这个值得时候认为图像质量合格，小于这个值时认为图像质量不合格。
P7：当捕捉到眼睛的清晰图像时，进行虹膜定位和特征提取。
其中，注册图像(P7-1)时，必须同时注册左右眼两幅图像；每只连续注册3幅图像后并且3幅图像都匹配时注册成功；识别图像(P7-2)时，顺序对两只眼睛进行特征提取。
P8、P9：图像注册成功后将两只眼睛的共6幅图像的虹膜特征(每个1024字节)存入虹膜特征数据库。识别图像时，将识别图像提取的特征和数据库中的图像做匹配(采用汉明距离比对)，匹配分数超过一个设定的阈值(实施例中为0.33)，认为是匹配模版对应的身份。
其中P7、P8、P9中所涉及的虹膜定位和特征提取方法都是基于已有技术(中国专利：1.谭铁牛，王蕴红，马力，“基于活体虹膜的身份识别方法”，申请号：01144524.6；以及2.谭铁牛，王蕴红，孙哲南，“虹膜图像的鲁棒特征抽取与识别方法“，申请号：200410081184.5)
2，自动调整摄像机拍摄高度的方法如软件流程图5所示
S1：单片机控制电路通过高度测试传感器不断读取高度值。此高度值在没有人通过的情况下为零；当人通过的时候会突然增大。
S2：单片机控制电路判断高度是否突然增大到1.3米以上，如果是，则通知主控计算机有人通过；否则继续判断。
S3：单片机控制电路在有人通过时，连续读取几次高度值，并求其最大值，作为人的身高值传输给主控计算机。
S4：主控计算机判断人的身高值，并粗略估计人眼的位置在人身高的固定倍数(例如人眼身高≈人身高×0.95)。如果人眼位置在1.35米到1.45米则转到可控云台到预置位1；如果在1.45米到1.55米则转到可控云台到预置位2；如果在1.55米到1.65米则转到可控云台到预置位3；如果在1.65米到1.75米则转到可控云台到预置位4；如果在1.75米到1.85米则转到可控云台到预置位5。(可以参考图5)
S5：控制可控云台旋转。可控云台旋转控制通过国际通用的Pelco协议进行控制。其中可控云台上下转动速度为6度/秒，在3米外距离处，主控计算机可以在1秒钟左右控制可控云台转动到任何一个区域。
(五)***图像采集范围说明
***由于采用了高像素(实施例为2352×1728)的摄像机，并用可控云台旋转来进行配合，可以获得很大的图像采集范围。
另外由于采用了长焦距镜头(焦距300毫米，光圈取F＝11)，可以在3米远实现虹膜的图像采集，并且有很大的和图像采集景深。
单个摄像头的采集范围如图6中R1所示。在实施例中，3米以外，我们可以获得宽0.2米×高0.15米×深0.15米的采集范围。
而用可控云台配合摄像头旋转，就可以得到更大的采集范围，如图6中R2所示。五个预置位(甚至更多)联合的采集范围可以达到宽0.2米×高0.7米×深0.15米的采集范围。
本发明提供了一种在远距离进行虹膜识别的方法。该方法可以在3米的距离获得宽0.2米×高0.7米×深0.15的图像采集范围，适应高度在1.50至1.90米的用户，并且当用户走过通道门时，只需要做1到2秒的停顿，就可以完成虹膜图像采集和身份识别。
本发明实现了远距离的虹膜识别，并且大大方便了用户的使用，是当前虹膜识别技术的重大改进，从而大大地提高了虹膜识别***的应用范围，具有很大的应用范围和市场潜力。
实施例1：应用于大规模用户的通关***
本发明可以应用于大规模用户的通关***。实例如下：在某个通关口岸使用了远距离虹膜识别***来进行人的验证身份。用户在一个通道门前，出示自己的证件表明身份，或采用读卡器让计算机读出自己的证件号码；然后通道的前闸门打开，人进入通道；在进入通道时，用户目视前方，放慢脚步，这时正面的远距离就自动的采集到人清晰的虹膜图像；如果识别通过，确实为证件上的人，则打开通道的后闸门，人可以正常步速穿过通道；如果识别不通过，则表明人的身份有问题，安保人员需要仔细核对确认。
这种方式大大方便了大规模人群的通关，不仅增加了安全性，也同时节省了通关管理人员的精力。而相对于其他生物特征识别的通关***，远距离虹膜识别既可以保证准确度，使用也很方便。
实施例2：应用于贵宾的虹膜识别***
本发明可用于贵宾的虹膜识别***。使用过程如下：在某个高级会馆入口，需要对来访人员进行虹膜识别验证身份，但由于客人都比较尊贵，为了不引起客人的反感，不方便让仪器对准客人进行操作，所以会馆入口采用了远距离虹膜图像识别装置。当客人进入会馆后，在通过大门时，在固定的位置停留3秒钟时间，目视前方，在这个过程中，正对3米外的远距离采集装置拍摄到清晰的虹膜图像，并识别出客人的身份，并发出该“某某先生，欢迎光临”的声音。这让客人感受到会馆的安全措施，同时让客人是用非常方便和满意。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种远距离虹膜识别***，其特征在于，该***包括：
一拍摄眼睛图像的摄像头/长焦距镜头，该摄像头/长焦距镜头通过采集卡连接于主控计算机；
一连接摄像头/长焦距镜头与主控计算机的采集卡；
一通过采集卡控制摄像头/长焦距镜头采集图像的主控计算机；
一在主控计算机的控制下控制设置于其上摄像头/长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台；
一在主控计算机的控制下显示摄像头/长焦距镜头所采集图像或进行提示的显示器/提示设备；以及
一设置于识别通道顶端的用于测试人体高度的高度测试传感器；
一设置于识别通道的通道门前方两侧，为拍摄图像提供光线的红外光源；
一控制高度测试传感器和红外光源工作的单片机控制电路；
所述主控计算机分别通过串口RS-232或RS-485总线连接于采集卡、可控云台和单片机控制电路，并通过VGA数据线与显示器/提示设备相连接。
2.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述主控计算机在接收到摄像头/长焦距镜头拍摄的眼睛图像后，对该图像实时进行处理，对清晰的眼睛图像进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征与数据库中图像的虹膜特征进行比对，判断此人的身份，并在虹膜识别完成后控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
3.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述摄像头/长焦距镜头中，摄像头采用至少400万像素和至少15帧/秒的高分辨率高帧速摄像头，长焦距镜头采用焦距在300毫米以上的长焦距镜头。
4.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述采集卡采用CameraLink采集卡，主控计算机通过控制采集卡配置图像的传输速率，以及设置摄像头的曝光时间、图像制式和转换位数。
5.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述可控云台至少设置5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米、1.8米高度的区域，其中可控云台上下转动的速度为至少6度/秒。
6.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述红外光源采用至少6个红外LED阵列，分别安装在识别通道两侧，光强在摄像头景深范围内均匀分布在2毫瓦/平方厘米。
7.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述单片机控制电路采用AVR单片机，并利用MOSFET控制所述红外光源的打开和关闭；
单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，该高度数值在没有人通过的情况下为零，当有人通过时将变为1米4以上，此时单片机控制电路将通过串口告知主控计算机有人通过，并从感知的多个高度数值中取一个最大值，作为人的身高值输出给主控计算机。
8.根据权利要求1所述的远距离虹膜识别***，其特征在于，所述显示器、摄像头/长焦距镜头、可控云台和主控计算机由上至下依次配置于一机柜中，该机柜位于通道门前方至少3米之外。
9.一种远距离虹膜识别方法，其特征在于，该方法包括：
当人进入识别通道时，高度测试传感器估计出人的大致高度，并将该高度数值通过单片机控制电路输出给主控计算机，主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转；
设置于识别通道3米之外的可控云台上的摄像头/长焦距镜头对通过识别通道的人连续拍摄眼睛图像，并传输给主控计算机；
主控计算机对眼睛图像进行实时处理，不断检测该眼睛图像，并判断该眼睛图像是否为清晰图像；以及
当有清晰图像出现的时候，主控计算机进行虹膜图像定位和特征提取，将提取的虹膜特征和数据库中的图像进行比对，判断此人的身份；
其中，所述主控计算机调整可控云台上的摄像头/长焦距镜头升降并旋转，具体包括：
单片机控制电路不断读取高度测试传感器的高度数值，当高度数值突然从零变为1.4米以上时，通知主控计算机有人通过识别通道；
在有人通过识别通道时，单片机控制电路连续读取多个人体高度数值，取最大值最为人的身高估计值输出给主控计算机；
主控计算机根据人的身高估计人的眼睛位置，并转动云台使摄像机对准3米处人眼睛高度的位置；其中，所述云台至少有5个预置位，分别使摄像头对准1.4米、1.5米、1.6米、1.7米和1.8米，主控计算机可在1秒钟之内旋转可控云台达到其中任一个位置；
所述判断该眼睛图像是否为清晰图像，是采用计算图像边缘能量的方法，即采用计算图像的TenenGrad函数值来进行评估，利用Sobel边缘算子计算图像两个方向上的一阶微分，然后求取边缘图像的能量：
其中G(i，j)x和G(i，j)y分别是图像与Sobel算子的卷积，Sobel算子在x和y方向各有一个：和
然后定义一个阈值，当图像的TenenGrad函数值大于等于该阈值时认为图像质量合格，小于该阈值时认为图像质量不合格。
10.根据权利要求9所述的远距离虹膜识别方法，其特征在于，该方法进一步包括预先对眼睛图像进行注册，具体包括：
同时注册左右眼睛的图像，每只眼睛连续注册至少3幅图像并且3幅图像都匹配时才注册成功，图像注册成功后将两只眼睛的共至少6幅图像的虹膜特征存入主控计算机的虹膜特征数据库，每个虹膜特征包括1024字节。
11.根据权利要求9所述的远距离虹膜识别方法，其特征在于，在进行识别时，所述主控计算机检测眼睛图像采用单目检测，只要有一只眼睛图像被检测到，就进行接下来的处理，判断该眼睛图像是否为清晰图像。
12.根据权利要求11所述的远距离虹膜识别方法，其特征在于，所述单目检测方法基于开放软件OpenCV，采用Harr-like特征和Boosting训练出来的人眼分类器进行检测；检测时首先将图像进行降采样，然后再进行人眼检测。
13.根据权利要求9所述的远距离虹膜识别方法，其特征在于，该方法在主控计算机判断出此人的身份后，进一步包括：
主控计算机控制显示器/提示设备进行声音提示或灯光提示，并进行开关门的操作。
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