专利名称：一种防伪眼虹膜采集识别装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物眼虹膜身份识别装置，特别是关于一种防伪眼虹膜采集识 别装置。
背景技术：
不同的人眼虹膜是不同的，同一个人的左右眼虹膜也不一样，因此，在现代的 科学技术中，开始应用眼红膜作为身份识别的手段。但目前有些人却利用伪造眼虹 膜来进行欺骗和犯罪，可能的虹膜欺骗方式有假眼虹膜图片、人造眼、彩色隐形 眼镜、强迫用户使用自然眼等。 一旦使用伪造眼虹膜后，该生物体(特别是人)的 真实身份就很难得到有效的识别。
眼虹膜采集识别装置就是将个体的眼虹膜特征进行采集注册，作为档案保存， 当遇到需要辨别此个体是真是假时，将现场采集信息与档案进行比对，就可识别出 来。因此，眼虹膜采集识别装置一般就要具有防伪功能。眼虹膜采集识别装置一般 分为采集和识别两部分。采集部分主要含光源、图像传感器、图像传输接口三部分， 传感器通过光源照明获得虹膜图像后，将光信号转变为电信号，通过图像传输接口 传输到后台计算机，完成虹膜图像的采集工作；识别部分一般通过后台的计算机处 理，也有嵌入式识别设备用高速DSP实时处理，进而采用软件算法实现识别功能的。 虽然每个虹膜识别算法具体实现不同，但基本按照归一化虹膜图像、虹膜特征提取、 按一定的匹配准则与虹膜特征库进行比对这个流程来达到识别目的。现有技术的眼 虹膜采集识别装置的防伪措施主要是将采集到的单一数字图像，通过FFT变换、小 波变换等方法分析检测图像频谱特性，或通过统计图像特殊区域特性方法来进行鉴 别防伪。但对抗现有伪造技术的防伪方法存在以下问题1、识别只能依赖于单一 的二维静态眼虹膜图像，不能考察生命体眼虹膜的连续运动图像；2、对各类变换
分析虹膜二维静态图像频谱特性的防伪方法，犯罪者可以通过调整伪造虹膜照片焦
点来攻击这种方法；3、对采用统计分析二维静态图片特殊区域特性的方法而言， 尚处于经验判断的阶段，缺少规律性理论基础，不能证明对各类人群都有普适性， 误识率较高；4、对于用户被胁迫、强迫使用自然眼的情况，无法进行有效识别和 判断；5、这些方法没有考虑与其它生物识别或非生物识别方法相结合的方式。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种能有效防止攻击和欺骗手段的防伪眼虹膜采集识别装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种防伪眼虹膜采集识别装置， 其特征在于它包括一图像采集装置和基于计算机的软件识别系统两部分；
所述图像采集装置包括一箱体，所述箱体面对眼虹膜的一面为光学防护透明窗 体，在箱体两侧壁上各固定一轴承座，在所述两轴承座之间转动穿设一滑轨，在所 述滑轨上滑动设置两台光学传感器/镜头组合，在箱体内后壁位置固定设置一光源；
所述识别系统包括一计算机，在所述计算机机箱上设置有多个数据接口，在所 述计算机机箱内设置有虹膜立体影像成像单元，所述虹膜立体影像成像单元电连接 到虹膜运动序列处理单元，所述虹膜运动序列处理单元电连接到虹膜影像防伪单 元，所述虹膜影像防伪单元电连接到虹膜识别决策单元，所述虹膜识别决策单元电 连接到人机界面设备；另有一其它识别装置软件接口单元， 一端电连接到所述虹膜 识别决策单元，另一端通过数据线及所述数据接口向外连接其它识别装置；所述虹 膜影像防伪单元包括有静态防胁迫检测单元和动态防胁迫检测单元；
所述两台光学传感器/镜头组合通过数据线及所述数据接口连接到所述虹膜立 体影像成像单元。
所述滑轨为弧形，在所述滑轨的两端设置有连接所述轴承座的滑轨端轴。 所述滑轨在所述轴承座内的转动通过一驱动组件实现，所述驱动组件包括一电
动机，所述电动机输出端连接一主齿轮，所述主齿轮啮合连接一固定穿设在所述滑
轨端轴上的从齿轮。
所述两台光学传感器/镜头组合在所述滑轨上的滑动分别通过一滑动组件实 现，所述滑动组件包括一基座，基座的中间具有一凹槽，在凹槽中竖立两个防脱块， 两个防脱块滑设于所述滑轨的底部滑槽中，基座的两端分别同心固定另一电动机和 所述光学传感器/镜头组合，所述另一电动机的输出轴紧固一滑轮，滑轮滑设于所 述滑轨上。
所述两台光学传感器/镜头组合分别在所述滑轨的半侧区域内滑动。 所述其它识别装置为指纹识别器、步态识别器、面部识别器之一或以上方式的 组合。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明图像采集装置由 于对称设置了两套光学传感器和镜头组合，提供的立体近红外图像信息可供识别系 统实现虹膜外围轮廓、虹膜内部浅层三维成像，有效识别伪造虹膜图片、人造眼、 彩色隐形眼镜的欺骗。2、本发明双光学传感器和镜头组合能够在图像采集装置的 滑轨上移动，动态记录虹膜的运动影像，形成连续动态图像序列，增强了抵抗静态图像欺骗的能力。3、本发明图像采集装置的滑轨可以俯仰运动，调整光学传感器 和镜头组合与眼虹膜的光学角度，方便图像采集。4、识别系统设置静态或动态防 胁迫功能，静态防胁迫功能开启时，可以通过预设的某只报警眼进行识别；动态防 胁迫功能开启时，可以通过眼睑遮挡虹膜的频率特性，使系统发出胁迫警报。5、 识别系统还设置了集成化接口和内部软件接口单元，因此可以连接与本发明图像采 集装置并联或串联使用的其它生物或非生物识别装置，从而增强安全防护能力。
图1是本发明防伪眼虹膜采集识别装置软硬件系统示意图 图2是本发明图像采集装置俯视示意图
图3是图像采集装置中驱动传感器/镜头组合沿滑轨滑动的组件示意图 图4是图像采集装置中驱动滑轨转动的组件示意图 图5是虹膜立体影像成像单元中的三维成像坐标示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括虹膜立体运动图像采集装置1和基于计算机的控制识 别系统2。图像采集装置1与识别系统2之间通过数据接口 21连接。计算机内置的 软硬件模块包括有虹膜立体影像成像单元22、虹膜运动序列处理单元23、虹膜影 像防伪单元24、虹膜识别决策单元25、其它识别装置软件接口单元26等。识别系 统2还可以通过其它数据接口 27与其它生物或非生物识别装置3相连。识别系统2 的识别结果显示于人机界面28上。
如图2、图3所示，图像采集装置1包括一可方便放置或固定的箱体11，箱体 11面对眼睛的一面为光学防护透明窗体12，在箱体11两侧壁上各固定连接一轴承 座13，在两轴承座13内穿设弧形滑轨14的两端轴141。滑轨的两端轴141的截面 呈圆形，滑轨14的截面呈倒立的"山"形。在滑轨14上，滑动设置有两台光学传 感器/镜头组合15，两台光学传感器/镜头组合15各自可在滑轨14的半侧区运动， 以记录眼虹膜连续立体运动影像。当两台光学传感器/镜头组合15以箱体中轴为对 称中心，同步相向或同步背离运动时，记录虹膜的影像效果最好。在箱体11后壁 内固定设置有一光源16。
如图2、图4所示，滑轨14在两轴承座13内的转动可以通过两驱动组件17实 现。每一驱动组件17包括一电动机171，电动机171输出轴带动一锥形主齿轮172， 主齿轮172再带动一锥形从齿轮173，从齿轮173中心固定连接在滑轨14的端轴 141上，端轴141转动支撑在轴承座13内。如图2、图3所示，两光学传感器/镜头组合15与滑轨14的滑动可以通过两滑 动组件18实现。每一滑动组件18包括一基座181，基座181的中间具有一凹槽， 在凹槽中设置有两个防脱块182，两个防脱块182嵌装于滑轨14的底部滑槽中，在 滑轨14两侧的基座181上同心固定连接一电动机183和光学传感器/镜头组合15， 电动机183的输出轴固定连接一滑轮184，滑轮184两端设有挡头185，滑轮184 座于滑轨14上。
当光学传感器/镜头组合15与眼虹膜光学角度不对应时，就启动驱动组件17 中的电动机171，通过主齿轮172和从齿轮173带动滑轨14转动。滑轨14的转动 就会带动基座181及光学传感器/镜头组合15发生俯仰运动。同时，启动滑动组件 18中的电动机183，就会使电动机183带动滑轮184在滑轨14上旋转滚动，从而 产生相对于滑轨14的位移，滑轮184的位移反向带动电动机183、基座181及光学 传感器/镜头组合15产生平行于滑轨14延伸方向的位移，从而使光学传感器/镜头 组合15能够调节立体三维成像水平焦距。
如图1所示，利用本发明进行虹膜采集和识别时，首先通过图像采集装置1中 的光学传感器/镜头组合15采集虹膜图像，然后由光学传感器/镜头组合15将图像 数据通过数据线和数据接口 21传送给虹膜立体影像成像单元22，虹膜立体影像成 像单元22负责将光学传感器/镜头组合15上的光学传感器的两个同步二维影像序 列数据变换成一个三维立体影像序列数据。变换方法为
1、 如图5所示，利用"视差立体成像法"设定系统坐标系，以两台光学传感 器连线的中点为系统坐标原点，两台光学传感器连线为X轴，两台光学传感器平面 上垂直X轴方向为Y轴，虹膜与两台光学传感器连线的中点方向为Z轴。
2、 确定两台光学传感器的焦距F、分辨率S、间距为2D，滑轨的半径R，系统 修正参数U (系统一经调试完毕，此参数不再变化)。
3、 将两台光学传感器采集到的二维影像序列数据根据影像记录的时间戳进行 同步，检测到所有同一时间戳的两个二维影像。
4、 测量某一对同步的二维影像的二维坐标分别为(Xl， Yl)和(X2， Y2)，则 根据公式X=DX (Xl+X2) + (XI—X2)， Y=DX (Yl+Y2) + (Xl—X2)， Z= u X2DXRXF+S+ (R+F) X (X1—X2)，确定此对同步的二维影像合成的三维图像 的坐标(X， Y， Z)。
虹膜立体影像成像单元22将所有的二维影像序列数据以及合成的三维立体影 像序列数据，传送给虹膜运动序列处理单元23。虹膜运动序列处理单元23根据 MPEG-4国际标准(IS0/IEC14496)算法，筛选出作为运动关键帧的二维图像，同时将相对应的三维图像按照连续时间戳缓存，并剔除其余被MPEG-4算法判定为运动 补偿帧的二维图像。
虹膜影像防伪单元24根据虹膜运动序列处理单元23传送的三维立体影像的运 动和三维频谱特性，针对几种主要的虹膜欺骗方式设计了虹膜检测的软件程序。首 先对被测人是否提供伪造虹膜进行检测，对于正常虹膜图像，其三维成像为类球体， 而伪造的虹膜相片三维成像为类平面体，其拟合的三维体曲率接近于0，因此可以 检测出伪造的虹膜相片；然后对被测人是否佩戴虹膜隐形眼镜进行检测，伪造的虹 膜隐形眼镜与眼球接触部位在三维成像的垂直景深方向有明显跃变边界，因而可以 通过设定跃变阈值进行判断，如果高于此跃变阈值，则断定用户佩戴伪造的虹膜隐 形眼镜；最后对被测人的眼球是否为人造物体进行检测，伪造的假眼三维成像为类 球体后，其颜色均一区域面积较大，因而可以通过设定颜色均一面积阈值进行判断， 如果高于此面积阈值，则检测出眼球系人造物体。此时就可以对虹膜检测结果做出 判定。虹膜影像防伪单元24除常规的检测功能外，还具有防胁迫检测的功能，此 功能由静态防胁迫检测和动态防胁迫检测两种途径实现。当用户开启静态防胁迫功 能时，系统根据用户事先定义使用某只眼(左眼或右眼)识别时为受胁迫状态，基 于Canny. J.F边缘检测算法(IEEE， 1984)对比眼外形轮廓，从而可以判断用户是 否处于受胁迫状态；当用户开启动态防胁迫功能时，该单元根据上述边缘检测算法 检测眼睑开合状态，并据此统计眼睑遮挡虹膜的频率，若高于用户事先定义的眼睑 遮挡虹膜的频率上限阈值，则断定用户处于受胁迫状态。
虹膜识别决策单元25对通过防伪单元检测的三维图像做三维整数小波变换(3D Integer Wavelet Transform),产生相对应的三维频谱特性，将其与用户事先登记 的虹膜相对应的三维频谱特征值进行比对，如果误差低于设定的阈值，则识别通过。
本发明识别系统2中还设有其它识别装置软件接口单元26，在需要辅助使用其 它常规的生物或非生物识别方法进行识别时，其它生物或非生物识别装置3就通过 集成接口 27将数据传送给其它识别装置软件接口单元26，其它识别装置软件接口 单元26向虹膜识别决策单元25提供其它生物识别或非生物识别的结果，扩展系统 个体身份识别的手段，从而达到增强与多样化识别手段的效果。
权利要求
1. 一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于它包括一图像采集装置和基于计算机的软件识别系统两部分；所述图像采集装置包括一箱体，所述箱体面对眼虹膜的一面为光学防护透明窗体，在箱体两侧壁上各固定一轴承座，在所述两轴承座之间转动穿设一滑轨，在所述滑轨上滑动设置两台光学传感器/镜头组合，在箱体内后壁位置固定设置一光源；所述识别系统包括一计算机，在所述计算机机箱上设置有多个数据接口，在所述计算机机箱内设置有虹膜立体影像成像单元，所述虹膜立体影像成像单元电连接到虹膜运动序列处理单元，所述虹膜运动序列处理单元电连接到虹膜影像防伪单元，所述虹膜影像防伪单元电连接到虹膜识别决策单元，所述虹膜识别决策单元电连接到人机界面设备；另有一其它识别装置软件接口单元，一端电连接到所述虹膜识别决策单元，另一端通过数据线及所述数据接口向外连接其它识别装置；所述虹膜影像防伪单元包括有静态防胁迫检测单元和动态防胁迫检测单元；所述两台光学传感器/镜头组合通过数据线及所述数据接口连接到所述虹膜立体影像成像单元。
2、 如权利要求1所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述滑 轨为弧形，在所述滑轨的两端设置有连接所述轴承座的滑轨端轴。
3、 如权利要求1或2所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所 述滑轨在所述轴承座内的转动通过一驱动组件实现，所述驱动组件包括一电动机， 所述电动机输出端连接一主齿轮，所述主齿轮啮合连接一固定穿设在所述滑轨端轴 上的从齿轮。
4、 如权利要求1或2所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所 述两台光学传感器/镜头组合在所述滑轨上的滑动分别通过一滑动组件实现，所述 滑动组件包括一基座，基座的中间具有一凹槽，在凹槽中竖立两个防脱块，两个防 脱块滑设于所述滑轨的底部滑槽中，基座的两端分别同心固定另一电动机和所述光 学传感器/镜头组合，所述另一电动机的输出轴紧固一滑轮，滑轮滑设于所述滑轨 上。
5、 如权利要求1或2所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述两台光学传感器/镜头组合分别在所述滑轨的半侧区域内滑动。
6、 如权利要求3所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述两台光学传感器/镜头组合分别在所述滑轨的半侧区域内滑动。
7、 如权利要求4所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述两 台光学传感器/镜头组合分别在所述滑轨的半侧区域内滑动。
8、 如权利要求1或2或6或7所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征 在于所述其它识别装置为指纹识别器、步态识别器、面部识别器之一或以上方式的组合。
9、 如权利要求3所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述其它识别装置为指纹识别器、步态识别器、面部识别器之一或以上方式的组合。
10、 如权利要求4所述的一种防伪眼虹膜采集识别装置，其特征在于所述其它识别装置为指纹识别器、步态识别器、面部识别器之一或以上方式的组合。
全文摘要
本发明涉及一种防伪眼虹膜采集识别装置，它包括一图像采集装置和基于计算机的软件识别系统两部分；图像采集装置包括一前面透明的箱体，在箱体内设一可转动的滑轨，在滑轨上滑动设置两台光学传感器/镜头组合，在箱体内后壁位置固定设置一光源；识别系统包括基于计算机的虹膜立体影像成像单元、虹膜运动序列处理单元、虹膜影像防伪单元、虹膜识别决策单元、人机界面设备、其它识别装置软件接口单元。本发明增加了立体影像成像功能，动、静态防伪功能，其它辅助识别系统，从而增强了安全防护能力。
文档编号F16H19/08GK101295357SQ200810113020
公开日2008年10月29日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者孙银生 申请人:徐州市博通科贸有限公司