一种远距离多模态生物特征识别方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学、图像处理和模式识别等技术领域，特别是涉及一种远距离多模态生物特征识别方法及其系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着人类科学技术的不断发展，生物特征识别技术得到了广泛的应用。生物特征主要有包括几种模态:人脸、指纹、虹膜、掌纹、手形、步态、声音、签名等。
[0003]其中，面部区域作为人体所受遮挡最少的部位，较易获得相应的图像特征信息，因此人脸和虹膜成为目前常用的生物特征模态。人脸模态与虹膜模态相比，具有图像方便获取的优点，但其易受表情、年龄、光照等因素影响，识别率大大低于虹膜特征识别。虹膜特征虽然是目前准确度最高、防伪性最好的生物模态，但是，由于虹膜尺寸较小，难以进行虹膜图像获取，虹膜图像获取是虹膜识别过程中较为困难的环节。
[0004]目前，商业应用较为成熟的虹膜或者人脸识别设备大多采用低像素和短焦距定焦镜头，拍摄距离近，一般通过限制站立距离(50cm内)来完成虹膜识别或者人脸识别。这种近距离的识别方式限制了虹膜识别/人脸识别在大范围场景下的应用，因此，目前开展对远距离生物特征识别系统的研究具有重要的应用价值。由于虹膜尺寸较小，所以远距离虹膜识别系统的研发面临更多的挑战，近年来部分研究机构也积极开展相关研究，在基于摄像机阵列和基于旋转云台这两种人机交互形式的远距离虹膜识别系统研发方面做了大量工作，拓展了虹膜识别的使用距离，但是，仍然存在虹膜图像分辨率低、用户定位响应较慢或定位不准、系统延迟造成虹膜图像较易出现离焦模糊等问题，影响了远距离虹膜识别系统的商业推广进程。
[0005]因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以进行多模态生物特征识别，相比较传统的单生物特征识别而言，不仅可以实现各特征间的扬长避短、优势互补，而且可以在远距离识别的同时，进一步提高识别的准确性，实现远距离、高分辨、高速的多模态生物特征识别。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的是提供一种远距离多模态生物特征识别方法及其系统，其利用虹膜模态和人脸模态相结合的多模态生物特征识别技术，构建高精度光学系统平台，采用智能人机交互方式，比较传统的单生物特征识别而言，不仅可以实现各特征间的扬长避短、优势互补，而且可以在远距离识别的同时，进一步提高识别的准确性，实现远距离、高分辨、高速的多模态生物特征识别，有利于提高用户的产品使用感受，具有重大的生产实践意义。
[0007]为此，本发明提供了一种远距离多模态生物特征识别方法，包括步骤:
[0008]第一步:拍摄采集用户的深度图像，获得用户的深度信息；
[0009]第二步:根据所获得的用户的深度信息，获得用户所在位置的深度距离；
[0010]第三步:判断用户所在位置的深度距离是否位于用户预设的距离范围之内，如果是，则向用户发出预设的人脸图像拍摄开始提示信息，并继续执行步骤第四步，如果否，当所述深度距离小于用户预设距离范围的最小阀值时或者大于最大阀值时，分别对应发出预设的人脸图像拍摄准备提示信息；
[0011]第四步:拍摄采集用户的正面图像；
[0012]第五步:对所拍摄采集的用户的正面图像进行人脸检测，然后定位分割获得用户正面图像中的人脸图像；
[0013]第六步:判断所获得的人脸图像具有的图像质量参数是否位于预设的人脸图像质量参数的数值范围内，如果是，则将所述人脸图像实时进行存储，如果否，返回执行步骤第四步；
[0014]第七步:向用户发出虹膜成像所需的近红外光，并拍摄采集用户的人脸部分区域图像，以及从所述人脸部分区域图像中分割获得人眼区域图像;第八步:对所获得的用户的人眼区域图像进行人眼检测，然后定位分割获得用户人眼区域图像中的人眼局部图像；
[0015]第九步:判断所获得的人眼局部图像具有的图像质量参数是否位于预设的人眼图像质量参数数值范围内，如果是，则将所述人眼局部图像实时进行存储，如果否，返回执行步骤第七步；
[0016]第十步:对人眼局部图像中的虹膜区域进行定位，然后抽取所存储的当前用户的人脸图像具有的人脸特征以及抽取人眼局部图像中虹膜区域具有的虹膜特征，并将该用户具有的人脸特征和虹膜特征与预先存储的多个合法用户分别具有的人脸特征和虹膜特征信息进行比较匹配，完成识别过程。
[0017]其中，在所述第一步和第二步中，通过深度摄像机采集拍摄采集用户的深度图像，获得用户所在位置的深度距离。
[0018]其中，在所述第四步中，通过人脸摄像机来采集用户的正面图像；
[0019]所述人脸摄像机为自动变焦摄像机或者数字重对焦的光场摄像机。
[0020]其中，在所述第七步中，通过由LED阵列组成的光源向用户发出虹膜成像所需的近红外光，以及通过虹膜摄像机拍摄采集用户的人脸部分区域图像；
[0021 ]所述虹膜摄像机为自动变焦摄像机或者数字重对焦的光场摄像机。
[0022]此外，本发明还提供了一种远距离多模态生物特征识别系统，包括:
[0023]深度摄像机，用于拍摄采集用户的深度图像，获得用户的深度信息；
[0024]中央处理控制模块，与深度摄像机相连接，控制深度摄像机启动运行，根据深度摄像机所获得的用户的深度信息，获得用户所在位置的深度距离，并判断用户所在位置的深度距离是否位于用户预设的距离范围之内，如果是，则向用户发出预设的人脸图像拍摄开始提示信息，并触发运行人脸摄像机，如果否，当所述深度距离小于用户预设距离范围的最小阀值时或者大于最大阀值时，分别对应发出预设的人脸图像拍摄准备提示信息；
[0025]人脸摄像机，用于拍摄采集用户的正面图像；
[0026]所述中央处理控制模块还与人脸摄像机相连接，用于对人脸摄像机所拍摄采集的用户的正面图像进行人脸检测，然后定位分割获得用户正面图像中的人脸图像，以及判断所获得的人脸图像具有的图像质量参数是否位于预设的人脸图像质量参数的数值范围内，如果是，则将所述人脸图像实时存储到预设数据存储识别单元，以及触发运行光源模块和虹膜摄像机，如果否，继续控制人脸摄像机拍摄采集用户的正面图像；
[0027]光源模块，用于向用户发出虹膜成像所需的近红外光；
[0028]虹膜摄像机，用于拍摄采集用户的人脸部分区域图像，以及从所述人脸部分区域图像中分割获得人眼区域图像；
[0029]所述中央处理控制模块还与虹膜摄像机相连接，用于控制虹膜摄像机启动运行，并对虹膜摄像机所采集获得的用户的人眼区域图像进行人眼检测，然后定位分割获得用户人眼区域图像中的人眼局部图像，以及判断所获得的人眼局部图像具有的图像质量参数是否位于预设的人眼图像质量参数数值范围内，如果是，则将所述人眼局部图像实时存储到预设数据存储识别单元，如果否，继续控制运行光源模块和虹膜摄像机；
[0030]预设数据存储识别单元，与所述中央处理控制模块相连接，用于实时存储所述中央处理控制模块发来的用户人脸图像和人眼局部图像，并抽取所存储的当前用户的人脸图像具有的人脸特征和人眼局部图像虹膜区域具有的虹膜特征，以及将该用户具有的人脸特征和虹膜特征与预先存储的多个合法用户分别具有的人脸特征和虹膜特征信息进行比较匹配，完成识别过程。
[0031]其中，包括系统外壳，所述系统外壳的正面下端具有所述中央处理控制模块，所述中央处理控制模块的正上方设置有所述光源模块，所述光源模块的正上方设置有显示屏，所述显示屏的上下两侧分别设置有一个所述虹膜摄像机；
[0032]所述两个虹膜摄像机在垂直方向呈上下分布，分别用于采集不同身高的用户的人脸部分区域图像。
[0033]所述显示屏的左侧设置有所述人脸摄像机，所述显示屏的右侧设置有所述深度摄像机，所述深度摄像机的上方具有扬声器。
[0034]其中，所述深度摄像机包括飞行时间法TOF摄像机、结构光深度相机和激光扫描深度相机中的任意一种;所述人脸摄像机为自动变焦摄像机或者数字重对焦光场摄像机;所述虹膜摄像机为自动变焦摄像机或者数字重对焦光场摄像机。
[0035]其中，当所述人脸摄像机和虹膜摄像机均为自动变焦摄像机时，所述人脸摄像机和虹膜摄像机采取的自动变焦方式具体为:通过移动自动变焦摄像机的镜头光心实现变焦，或者通过控制自动变焦摄像机的传感器移动实现变焦。
[0036]其中，所述预设数据存储识别单为具有数据存储功能的云平台或者远程服务器。
[0037]其中，所述中央处理控制模块包括自动变焦控制子模块和数字重对焦控制子模块，其中:
[0038]自动变焦控制子模块，分别与人脸摄像