专利名称：虹膜识别中的活体检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于生物特征识别及信息安全的技术领域，特别涉及一种虹膜识别中的活体检测方法及相应的装置。
背景技术：
基于虹膜的身份识别技术是近几年来逐渐兴起的生物特征识别技术之一，已经在一定范围内投入使用，例如阿联酋的入境管理及被驱逐者跟踪系统(The UAE Iris Expellees Tracking and Border ControlSystem，The Proceeding of Biometrics consortium conference 2005，Hyatt Regency Crystal City，Arlington，VA，USA)等等，表明虹膜识别的准确性和可靠性能极为出色，但一个必须的前提是虹膜的生物特征数据只能被合法的身份用户所有。活体虹膜检测是目前虹膜识别系统自身安全性的关键问题，也是虹膜识别技术的重点研究的方向之一。对基于虹膜的身份识别系统的安全性的攻击主要集中在虹膜数据方面，例如利用伪造的虹膜欺骗识别系统，从而获得合法身份的权限等等。因为虹膜识别处理的是图像数据，所以通常利用照片、贴膜等等手段伪造的虹膜来欺骗虹膜采集装置。由此产生了各种不同的防伪方法，例如根据采集的图像中各种频率成分的组成来判定是否是伪造的虹膜，就是目前主要的研究方向和方法；但是若使用不同的材料来伪造虹膜图像，也可以改变图像的频率成分，或者利用一定的材料来模拟真实的虹膜图像纹理，都可能避开这种检测方法达到欺骗的目的。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种虹膜的活体检测方法和装置，着眼于虹膜是一个活的有机体，利用眼球光学系统的物理特性和虹膜独特的生理特性，检测所采集的虹膜是否来自于活体的眼球，增强虹膜识别系统的抗伪性能和自身的安全性能。
本发明中虹膜识别中的活体检测方法具体步骤是利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根据随机序列产生控制信号来控制近红外光源，并存储该随机序列对应的数字标记；采集在该光源激励下虹膜和眼球产生反应的图像序列，并提取瞳孔边缘缩放的特征和散射透光板所成的像的特征；根据该特征和数字标记的对应关系来实现是否是活体虹膜的检测。
实现该方法的装置包括智能采集单元和活体检测单元，智能采集单元和活体检测单元之间信号连接。其中智能采集单元包括图像采集模块、近红外主动光源模块和智能控制模块；活体检测单元为嵌入式计算机。
图像采集模块包括镜头、摄像头和图像采集卡。摄像头的输出通过视频信号线接入图像采集卡的视频输入接口，镜头和摄像头通过转接环连接。图像采集卡采用现有产品，例如CG400。
近红外主动光源模块包括近红外发光管、直流电源、控制电路板、聚光罩和散射透光板。近红外发光管的两个管脚与直流电源两端连接，近红外发光管固定在控制电路板上，控制电路板固定于聚光罩阔口一端；散射透光板固定于聚光罩窄口一端。图像采集模块沿聚光罩的中心轴线固定设置在聚光罩内。
所述聚光罩为漏斗形，内表面抛光，所述散射透光板为透明材质，其内外表面的旋转磨砂方向相反。智能控制模块为微处理器，可以根据随机序列产生控制信号，通过控制电路板操作近红外发光管的导通和截止，并将实时控制信号对应的随机序列的数字标记以及在该控制信号下图像采集模块采集到的实时图像序列一起输入活体检测单元。该微处理器采用现有产品，例如PC104。
活体检测单元的嵌入式计算机检测所采集到的图像序列中散射透光板所成的像的特征，以及瞳孔边缘缩放的特征；然后根据提取的特征，再对照实时控制信号的数字标记，利用预先存储的特征和控制信号的对应关系表进行比对和判断，完成活体虹膜检测功能。
本发明是一种利用活体虹膜及眼球的独特生理和物理特性来实现检测虹膜活体的方法和装置，与现有技术相比较，在整体方案上，抛弃了依靠与虹膜是否活体并不直接相关的虹膜纹理的频率特征来进行检测的思路，直接利用活体的虹膜和眼球的生理和物理机能在光的激励下会产生的反应这一本质特征来实现检测，提高了活体检测的可靠性。
由于本发明在智能采集单元采用根据随机序列产生近红外光源的控制信号的方法，使得在实时采集中控制信号难于被跟踪和复制，增强了检测的正确性和安全性。
由于本发明在活体检测单元采用同时提取采集到的图像序列中散射透光板所成的像的特征和瞳孔边缘缩放的特征，增强了检测的鲁棒性。
图1是虹膜识别中的活体检测方法和装置的原理示意图；图2是智能采集单元的结构示意图；图3是控制电路板的电原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明虹膜识别中的活体检测方法和装置的结构示意图本实施例虹膜识别中的活体检测方法和装置可分为两部分图中虚线左侧为智能采集单元和虚线右侧的活体检测单元。在智能采集单元中，智能控制模块根据随机序列产生近红外主动光源模块的控制信号，在该控制信号的作用下，近红外主动光源模块提供周期变化的近红外成像光源，图像采集模块在光源变化的每个周期内采集虹膜的图像，然后将这样的一组图像和智能控制模块产生的控制信号对应的数字标记一起输入活体检测单元；活体检测单元的特征提取模块先对图像进行虹膜定位，再提取图像中散射透光板所成的像的特征和瞳孔边界变化的特征，比对判断模块根据所提取的特征和控制信号的数字标记的形成对应关系，参照已存储的正确关系表实现判断检测。
图2给出了虹膜识别中的活体检测方法和装置中智能采集单元的主体结构示意图视频自动光圈镜头1和高灵敏摄像头2之间用转接环3相连，视频输出端子7通过视频线和图像采集卡相连；散射透光板4为圆环形，嵌入聚光罩5靠近视频自动光圈镜头的一端，视频自动光圈镜头1的前端密合嵌入散射透光板4的内孔，与散射透光板4的圆环面平齐；控制电路板用螺丝固定在聚光罩5远离视频自动光圈镜头的一端，中间开孔让高灵敏摄像头2的后端密合穿过；近红外发光管6焊接在控制电路板8上靠近聚光罩5内壁的地方，沿着聚光罩5内壁均匀分布，使得尽可能多的近红外发光管6发出的光线经过聚光罩反射后透过散射透光板4。
图3给出了虹膜识别中的活体检测方法和装置中控制电路板的电原理示意图每个近红外发光管13和保护电阻12串联后，连接在直流电源10两端；延时/保持继电器9控制整个电路的通断，延时/保持继电器9的触发端11接受根据随机序列产生的控制信号。
表1给出了本实施例虹膜识别中的活体检测方法和装置所参照的判断模块提取的特征和控制信号的数字标记正确对应关系，“★”表示在如表中所示的控制信号的随机序列的条件下，判断模块提取的特征只在该位置形成对应关系，当且仅当所有的“★”在表中所示的位置出现时，表示在该次被检测虹膜为活体。
表1安装时，先用转接环3连接视频自动光圈镜头1和高灵敏摄像头2，然后用视频电缆连接高灵敏摄像头2的视频输入端子7和图像采集卡的视频输入端；再将智能控制模块c的控制信号线连接到近红外主动光源模块b的控制端，直流电源的输出连接到近红外主动光源模块b的电源端，完成智能采集单元的安装；然后按照普通应用计算机软、硬件的安装流程安装活体检测单元。
该装置的使用操作过程如下使用者位于智能采集单元的镜头前方，使得图像采集模块a能够采集到使用者的虹膜图像，直到听到采集结束提示音；在这段时间内，智能控制模块根据随机序列产生了5个控制信号，近红外主动光源模块在这些控制信号的作用下控制近红外发光管6完成5个导通或者截至周期，每个周期保持0.5秒，图像采集模块在每个周期内采集一幅虹膜图像，然后将这些图像和其对应的智能控制模块产生的控制信号的数字标记一起输入活体检测单元；活体检测单元的特征提取模块对每一幅图像分别进行定位处理，提取图像中散射透光板4所成的像的特征和瞳孔的边界特征，然后比对判断模块根据特征提取模块所得的特征和其对应的控制信号的数字标记，再和正确的对应关系表进行比对，完成虹膜活体检测的功能，并输出检测结果。
本实施例中，图像采集模块采用视频自动光圈镜头、高灵敏CCD摄像头和高速图像采集卡，满足自动调节光圈和低照度条件下，高速采集图像的要求；近红外主动光源模块中的散射透光板4为圆环形，选用亚克力板制作，厚度3毫米，内外表面的旋转磨砂方向相反，以保证散射效果；聚光罩5采用漏斗形，内表面抛光以增强光线的反射，靠近镜头的一端口径较小，另一端的口径较大；智能控制模块的微处理器根据随机序列产生控制信号，通过地址线传输到近红外主动光源模块的控制端，经过控制电路板8上的延时/保持继电器9切换近红外发光管6的导通和截至；延时/保持继电器9的保持时间是0.5秒，同时微处理器控制图象采集模块在每个保持时间的后半段采集一副虹膜图像，并将该图像和对应的控制信号数字标记一起传输给活体检测单元；特征提取模块在对图像进行定位处理之后，提取图像中散射透光板4所成的像的特征和瞳孔边界的特征，也就是是否在瞳孔内具有圆环形的亮斑和瞳孔半径的变化参数；比对判断模块根据实时得到的这两种特征和控制信号的数字标记的对应关系，对照表1，处于“★”标记位置的则判断为活体虹膜，其余的就是非活体虹膜。
权利要求
1.虹膜识别中的活体检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根据随机序列产生控制信号来控制近红外光源，并存储该随机序列对应的数字标记；采集在该光源激励下虹膜和眼球产生反应的图像序列，并提取瞳孔边缘缩放的特征和散射透光板所成的像的特征；根据该特征和数字标记的对应关系来实现是否是活体虹膜的检测。
2.采用权利要求1方法所使用的装置，其特征在于该装置包括智能采集单元和活体检测单元，智能采集单元和活体检测单元之间信号连接；其中智能采集单元包括图像采集模块、近红外主动光源模块和智能控制模块；活体检测单元为嵌入式计算机；图像采集模块包括镜头、摄像头和图像采集卡；摄像头的输出通过视频信号线接入图像采集卡的视频输入接口，镜头和摄像头通过转接环连接；近红外主动光源模块包括近红外发光管、直流电源、控制电路板、聚光罩和散射透光板；近红外发光管的两个管脚与直流电源两端连接，近红外发光管固定在控制电路板上，控制电路板固定于聚光罩阔口一端；散射透光板固定于聚光罩窄口一端；图像采集模块沿聚光罩的中心轴线固定设置在聚光罩内；所述聚光罩为漏斗形，内表面抛光，所述散射透光板为透明材质，其内外表面的旋转磨砂方向相反。
全文摘要
本发明涉及一种虹膜识别中的活体检测方法及相应的装置。现有技术中抗伪性能和自身的安全性能不够理想。本发明中的活体检测方法具体步骤是利用虹膜及人眼球的生理和物理特性，根据随机序列产生控制信号来控制近红外光源，并存储该随机序列对应的数字标记；采集在该光源激励下虹膜和眼球产生反应的图像序列，并提取瞳孔边缘缩放的特征和散射透光板所成的像的特征；根据该特征和数字标记的对应关系来实现是否是活体虹膜的检测。本发明在整体方案上直接利用活体的虹膜和眼球的生理和物理机能在光的激励下会产生的反应这一本质特征来实现检测，提高了活体检测的可靠性，增强了检测的正确性和安全性。
文档编号G06K9/00GK1924892SQ20061005349
公开日2007年3月7日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者叶学义 申请人:杭州电子科技大学