专利名称：眼部图像捕获装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在认证系统中使用的眼部图像捕获装置，用于经由人的视网膜或者虹膜的图案来实现人的认证，更确切的说，涉及带有照明设备的眼部图像捕获装置，该照明设备具有将眼部作为要捕获的对象进行照明的功能。
背景技术：
例如，在为了确定进入房间的资格而在房间的入口处提供的虹膜认证系统中，由眼部图像捕获装置来捕获希望进入房间的人眼部的图像以便认证，并且剪切出虹膜图像部分以提取这个人的大量特征或独特的特点。然后，将如此提取的特征参量(quantity)与从登记的已经授权可以进入该房间并且已经登记在数据库中的人的虹膜图像中提取的特征参量相比较和对照，从而确定进行认证的人是否与所登记的人相符合。
当用于比较和对照的特征参量相象于从虹膜图像提取的特征参量时，如果从要加以认证的人获取眼部图像不是处于好的条件，那么不能很精确地执行认证处理。因此，将照明设备增加到眼部图像捕获装置以便对作为捕获对象的眼部进行照明。
当要加以认证的人的眼部图像被使用照明设备照明人的虹膜的眼部图像捕获装置捕获到时，如果当照明光线由眼球上反射时所反射的光线进入捕获装置，那么照明设备的图像将导致被反射到虹膜的图像中，并且其中显示出反射的照明设备的图像的虹膜图像变得不适于作为用于认证的虹膜图像。特别地，当要加以认证的人戴着一副眼睛时，就增加了照明设备的图像重叠在虹膜图像上的可能性，这引起问题。
由此，通常，如在JP-A-2001-167284中所描述的，经由在所捕获的虹膜图像中的高亮度区域的范围探测照明光线的反射部分是否存在于所捕获的虹膜图像中。此外，为了使得所反射的光线即使当照明光线由眼镜上反射时也不进入捕获装置，使照明光线大大地倾斜于眼睛发射，以便所反射的光线不进入捕获装置。
然而，当使得照明光线大大地倾斜发射时，照明设备需要的位置将要与眼部图像捕获装置的光轴分隔开，并且这导致整个眼部图像捕获装置的横向宽度不得不增加的问题，并因此，不能将眼部图像捕获装置做得小一些。此外，由于将照明光线发射到更广区域因而能够在较好的条件下捕获虹膜图像，然而，鉴于照明光线是相对于眼部更加倾斜地发射的，导致在虹膜中出现暗的部分的问题的可能性增加，从而恶化所捕获的图像的质量。
发明内容
本发明一个目的是提供带有照明设备的眼部图像捕获装置，其能够将装置小型化并且能够捕获高质量的眼部图像。为了达到以上目的，根据本发明，提供了眼部图像捕获装置，包含捕获单元，捕获要加以认证的人的眼部图像；多个照明设备，照明要加以认证的人的眼部，并且该多个照明设备被放置以便相对于捕获单元的光轴具有不同的距离；以及控制单元，顺序地控制照明设备的照明，以在每次照明定时捕获眼部图像。
优选地，以接近光轴的顺序打开照明设备以顺序地照明。
根据该结构，由于能够在尽量对准要加以认证的人进行照明时捕获眼部图像，因此能够获得高质量的捕获图像。
优选地，其中安置照明设备以便照明设备的照明光线方向倾斜于捕获单元的光轴。
根据该结构，能够对要加以认证的个人的眼部的方向进行有效的照明。
优选地，照明设备以多个行和列的形式提供。
根据该结构，选择照明设备的可能性增加了，其中在要加以认证的个人的眼部图像中，照明光线被反射。
优选地，照明设备包括用于使用红外线来照明人的眼部的红外线照明设备，和邻接于红外线照明设备的可见光照明设备，用于使用可见光照明人的眼部。红外照明设备和可见光照明设备是同时照明的。
根据该结构，要加以认证的人能够改变他或她自己的面部，或者他或她所佩戴的眼镜的方位，以便调整这些来防止在眼部图像中的照明红外线的反射。
优选地，眼部图像捕获装置还包括在捕获单元的光轴上提供的半反射镜，以便反射人的眼部，以及调整单元，其上安装有捕获单元、红外线照明设备、可见光照明设备和半反射镜。该调整单元是可旋转的以便调整光轴的方向。
根据该结构，要加以认证的人能够改变他的或者她自己的面部和他或她所佩戴的眼镜的方位，以便调整这些来防止在眼部图像中的照明红外线的反射。
优选地，控制单元分析由捕获单元在每次捕获眼部图像时获得的眼部图像。
优选地，控制单元分析由捕获单元在照明定时捕获所有的眼部图像之后而获得的眼部图像。
优选地，当控制单元分析由捕获单元获得的眼部图像时，控制单元确定所反射的光线是否存在于眼部图像之中。控制单元选择的要加以认证的人的眼部图像，其中从照明设备发射的照明光线的反射光线不重叠在眼部图像上。
根据该结构，能够在短时期内捕获到高质量的虹膜图像。
优选地，当反射光线存在于眼部图像中时，控制单元从眼部图像中提取多个反射光线不存在于其中的局部眼部图像。控制单元将局部眼部图像综合合并为其中不存在反射光线的眼部图像。
根据该结构，能够减少捕获眼部图像的次数，从而缩减需要认证的人为完成认证而不得不等待的时间。
根据本发明，能够容易地捕获到适用于认证的高质量的眼部图像。
参考附图，经由详细描述示例性实施例，本发明以上目的和优势将变得更加显而易见，其中图1A是根据本发明第一实施例的眼部捕获装置的正视图，图1B是根据本发明第一实施例的眼部图像捕获装置的右视图；图2是根据本发明第一实施例的相机调节部分的示例性正视图；图3是解释本发明第一实施例的眼部的正视图；图4是图解说明根据本发明第一实施例的眼部图像捕获装置的捕获过程的流程图；图5是根据本发明第一实施例的解释照明顺序的解释性附图；图6是根据本发明第一实施例的解释照明状态的解释性附图；
图7是图解说明根据本发明第二实施例的眼部图像捕获装置的捕获过程的流程图；图8是根据本发明第三实施例的相机调节部的示例性正视图；图9A是根据本发明第三实施例解释照明的解释性附图，图9B是根据本发明第三实施例的解释脸部角度调整的解释性附图。
具体实施例方式
参考附图，下文将描述本发明的实施例。
(第一实施例)根据本发明第一实施例，图1A是眼部图像捕获装置的正视图，图1B是其右视图。构造该实施例的眼部图像捕获装置以捕获要加以认证的人的虹膜图像，并且在主体箱1的上部提供了照相调节部2，在那里调节捕获单元(在下文称作相机)。
半反射镜3安装在相机调节部2的前中央部分，而虹膜捕获相机的镜头(未示出)放置在半反射镜3的后面。
如在图1B中的双向箭头A所指出的，相机调节部2以这种方式被轴4所支撑，以便可以相对于主体箱1旋转，而站在眼部图像捕获装置的主体箱1的前面的要加以认证的人，转动在相机调节部2的两个末端部的他或她自己的手柄5，以便调整该装置使得他或她自己的右眼或左眼反射在半反射镜3中。
图2是相机调节部2的示例性正视图。如上所述，在相机调节部2的中央部分提供虹膜捕获相机的镜头6，并在其一边提供多个发射红外线的发光二极管。以如下方式在所述的相机调节部2上安排了3行4列共12个发光二极管，这种方式是从接近镜头6的一边看来，3个发光二极管7安置在第一列，3个发光二极管8在第二列，3个发光二极管9在第三列以及3个发光二极管10在第四列。来自各个列7，8，9，10中的发光二极管的照明光线的照明方向是倾斜的，以便定向到朝着在镜头6之前要加以捕获的物体(要加以认证的人的眼部)。
图3是眼部的正视图。在眼部11的中央部存在瞳孔12，以及以环绕瞳孔12的方式存在的环状虹膜部13。眼部图像捕获装置的虹膜捕获相机用于捕获眼部11的图像，并且眼部图像捕获装置上提供的算术处理单元将虹膜图像从捕获的眼部图像中剪切出来，进一步转换该剪切的图像至代码以便以代码来表示特征参量并发送该编码特征参量至虹膜认证单元。
如果在环状虹膜图像部分，照明发光二极管被反射，那么当虹膜图像捕获相机捕获眼部图像时，即，如果要加以认证的人戴着眼镜并且当由眼镜上反射的照明光线时产生的反射光进入镜头6因而叠加到要加以认证的人的虹膜部分上，则得到的虹膜图像由于部分高亮度而重叠(eclipse)。
因此，在该实施例中，从全部的十二个发光二极管7，8，9，10中寻找照明光线没有反射到虹膜图像中的二极管，以便在好的条件下捕获虹膜图像。
图4是图解说明由眼部图像捕获装置的控制单元执行的眼部图像捕获过程的流程图。图5，6是解释每个发光二极管的照明状态的附图。在该实施例中，将描述这样的情形，其中仅仅提供在按3行4列排列的二极管的第一行中的四个二极管。此外，将发光二极管7，8，9，10的发光二极管序号分别标注为n＝1，n＝2，n＝3，n＝4。
当要加以认证的人站在主体箱1前时，眼部图像捕获装置例如在使用传感器探测(步骤S1)这一事实后，驱动虹膜捕获相机的诸如CCD(电荷耦合设备)或CMOS的固体捕获装置并开始处理接收的作为移动或视频图像而被捕获的对象或者接收的在预定周期内捕获的对象的图像(步骤S2)。
接下来，让用作照明设备的发光二极管的序号n为n＝1(步骤S3)，该序号n的发光二极管处于照明状态(步骤S4)。在这种情形下，由于序号n＝1表示的是最接近镜头6或虹膜捕获相机的光轴的发光二极管7，因而通过来自眼部图像捕获装置的照明控制单元的指令来使发光二极管7照明。
接下来，分析在发光二极管发射的照明光线下捕获的视频图像以确定高亮度区域是否重叠在虹膜图像上(步骤S5)。如果高亮度区域没有叠加在虹膜图像上，那么由于所捕获的虹膜图像处于好的条件，虹膜捕获相机捕获要加以认证的人的眼部的图像作为静态图像(步骤S6)，并且关掉正照明的发光二极管(S7)，从而眼部图像捕获处理结束。因此，接着进行虹膜图像剪切过程和特征参量编码处理。
如图5所示，对发光二极管7(n＝1)进行照明以照明要加以认证的人15的眼部方向，并且如图6中图像状态I所示，如果检测到高亮度区域16是由于照明光线的原因存在于来自固体捕获设备的输出图像中并且该高亮度区域16叠加在虹膜图像17上，那么在步骤S5中所确定的结果被否定。
在该情形下，关闭正在照明的发光二极管(步骤S8)。接下来，使得发光二极管序号n为n＝n+1(步骤S9)，并且确定n的值是否超出发光二极管的数量(在该实施例中，由于存在四个二极管序号，7，8，9，10，因而n＝4)(步骤S10)。如果n的值不超出发光序号的数量，那么流程返回到步骤S4以使序号为n的发光二极管照明。
由此，在发光二极管7之后使发光二极管8照明，并且如图6中图像状态II所示，确定高亮度区域是否是叠加于虹膜图像之上(步骤S5)。如果即使在发光二极管8的照明下，高亮度区域16也叠加于虹膜图像17之上，那么以相似的方式使下一个发光二极管9照明。
这里，如图6中图像状态III所示，如果检测到，高亮度区域16偏离虹膜图像17，那么捕获另一个静态图像(步骤S6)，并且该捕获过程完成，从而不再需要图6中的状态IV或者其中发光二极管10照明的状态。
在相关的情形中，考虑到人所佩戴的眼镜的形状和变化，将照明设备安置在距离相机的光轴最远的位置以便防止照明设备反射在虹膜图像中，并且由于这个原因，相对于虹膜部分的照明光线的倾斜角度变得大了，形成导致虹膜图像的质量恶化的原因之一。由于在相关装置中仅仅提供图5中的发光二极管10，因而即使当试图照明裸眼时，也不得不以较大倾斜的照明光线来照明裸眼，因而使得不可能获得高质量的虹膜图像。
与此相反，在本发明实施例中，由于当使用安置在最外的发光二极管10的内侧的二极管、或者其照明光线相对于虹膜部分具有较小的倾斜角度的发光二极管来照明虹膜图像时，能够将该虹模图像捕获，因而能够实现捕获高质量的虹膜图像。
返回至图4，如果要照明的发光二极管的发光二极管序号n超出了发光二极管7，8，9至10，并且在任何这些发光二极管的照明下，高亮度区域16仍叠加在虹膜图像17上，那么接下来是n＞4(步骤S10)。在这种场合，建议要加以认证的人倾斜他的或她的眼镜，例如，(步骤S11)，流程返回到初始步骤S1。
在此之前所描述的实施例中，尽管描述了提供了四个发光二极管处于单一横排的情形，但是当高亮度区域16叠加到虹膜图像17上时，可以通过改变在图2中所示的三排所提供的发光二极管的纵向位置来防止虹膜图像17上的高亮度区域16的叠加。即，作为要照明的发光二极管，最里面的、最接近镜头6的三个二极管，以纵向方向顺序地照明，并且接着最内的三个发光二极管以纵向方向顺序地照明，并且该过程可以重复。
(第二实施例)图7是图解说明根据本发明第二实施例的由眼部图像捕获装置的控制单元执行的眼部图像捕获处理的过程流程图。注意，以下流程图中所使用的发光序号n与第一实施例中的相同。
首先，要加以认证的人等待将眼部捕获装置移到他的或她的前面(步骤S21)，并当要加以认证的人达到时，使发光二极管序号n为n＝1(步骤S22)。然后，使发光序号n＝1的发光二极管照明(步骤S23)以便捕获虹膜的静态图像(步骤S24)。然后使得所获得的静态图像的静态图像序号i为i＝n。即，通过n＝1的照明发光二极管而获得的静态图像序号为i＝1。
在捕获到静态图像之后关闭n＝1的发光二极管(步骤S25)，接下来，使得发光二极管序号n为n+1或者n＝n+1(步骤S26)。接下来，确定是否n＞4(步骤S27)，如果结果为否定(No)，流程返回到步骤S23。
即，在该实施例中，当顺序地使发光二极管照明时，连续捕获静态图像，从而在该实施例中，预先连续捕获不同照明的四个静态图像(眼部图像)，并将其存储到存储器中(未示出)。
当与照明的发光二极管有相同序号的眼部图像已经被捕获时，在步骤S27中的确定变为肯定(YES)，接下来，从存储器中读出图像序号i＝1的眼部图像(步骤S28)。然后，确定照明光线是否叠加到图像序号i＝1的眼部图像的虹膜部分(步骤S29)。如果否定该重叠，将图像序号i＝1的眼部图像移交给在稍后的步骤中执行的认证处理S40，并且完成了眼部图像捕获过程。
如果照明被叠加到图像序号i＝1的眼部图像的虹膜部分上(确定的结果是YES)，那么接下来，从存储器中取出图像序号i＝i+1的眼部图像(步骤S30)，然后，确定图像序号i是否比眼部图像的数量(在前述实施例中，”4”)大(步骤S31)。如果图像序号i等于或者小于眼部图像的数量，流程返回到步骤S29，从而确定照明是否被叠加到图像序号i＝2眼部图像的虹膜部分上，并且如果否定该重叠，则将图像序号i＝2的眼部图像移交给在稍后的步骤中执行的认证处理S40。
因而，以上述方式顺序地确定了四个眼部图像，以便选择其中没有照明叠加在虹膜部分的眼部图像，并且将如此选择的眼部图像移交给认证处理S40。然而，如果所有的四个眼部图像都是照明叠加在虹膜部分的情形，那么在步骤S31中确定结果变成肯定(YES)。
在该实施例中，如果在所有的眼部图像中，在虹膜部分的照明的叠加是确实的，那么接下来，从每个眼部图像中提取其上没有照明叠加的部分虹膜图像，并且所提取的部分虹膜图像以下列这种方式附着在一起，即，所提取的部分虹膜图像的叠加部分彼此叠加以便分析单纯的虹膜图像(步骤S32)。
在该实施例中，由于四个眼部图像是在短时期内首先连续捕获的，并且由于为了捕获的需要，要加以认证的人在短时期内是处于静止状态的，因而在四个眼部图像中的区别仅仅是在照明位置上的区别，并且虹膜部分的合成图像与单个捕获图像一致。然而，如果在各个眼部图像中的照明彼此叠加，也会在合成的虹膜图像中造成由于照明导致的阴影区。
然后，接下来，确定合成的虹膜图像是否是适于认证处理的图像或者阴影区域的大小是否等于或大于预先确定的标准(步骤S33)，并且如果适于认证，那么在随后的步骤中将所合成的虹膜图像移交给认证处理S40并且眼部图像捕获处理过程完成。此外，如果确定虹膜图像被确定不适于认证，那么输出警告以建议要加以认证的人倾斜她的或他的眼镜(步骤S34)，并且流程返回到步骤S21。
根据实施例，由于是通过改变照明位置首先连续捕获序号等于照明的序号的眼部图像，因而能够在短时期内捕获到高质量的眼部图像。此外，即使照明叠加在每个眼部图像上，由于通过将其中照明没有叠加在虹膜部分的部分虹膜图像附着在一起来合成虹膜图像，因而能够减少捕获眼部图像的次数，从而可能缩短要加以认证的人不得不等待的时间。
(第三实施例)图8是根据本发明第三实施例的相机调节部的示例性正视图。在所述的实施例中，在相机调节部2的中央部的半反光镜3的中央提供眼部对准标记18，并在半反光镜3的旁边提供三个发光二极管19，20，21。使中央发光二极管20发射可见光，并使上下发光二极管19，21发射红外线。
正如在第一实施例中，当将发光二极管19，21中的任一照明以捕获其中高亮度区域16没有叠加到虹膜图像17上的静态图像时，如果发光二极管，即发光二极管19或发光二极管21，被反射到要加以认证的人的虹膜部分中，那么直接请求要加以认证的人调整他或她自己的眼镜的方向或者他的或她的脸部的角度是很容易的。
然而，即使照明的发光二极管19，21发射红外线至要加以认证的人的眼部，由于红外线是不可见光，要加以认证的人他自己或她自己不能意识到发光二极管19，21反射在他的或她的虹膜部分中。因而，在该实施例中，当发光二极管19，21中的任一进行照明时，与发光二极管19，21相邻的可见光的发光二极管20进行照明。
通过采用该结构，当可见光的反射光反射在图9A中所示的眼部对准标记18中时，要加以认证的人15能够如在图9B中所示来改变眼镜的方向或脸部的角度，以便可见光不反射到眼部对准标记18中，从而使得由于红外线导致的高亮度区域偏离虹膜图像，从而可以捕获好的虹膜图像。
注意，在该实施例中，三个发光二极管19，20，21以纵向方向彼此相邻地放置，中央发光二极管20被设置为发射可见光，可以如图2中所示来安置多个二极管，以及可以使在中间行的发光二极管发射可见光。因而，可以与第一实施例的结构并行地使用第三实施例的结构。
此外，尽管在此已经描述了作为捕获虹膜图像的实施例，但是不用说能够将各个实施例的结构运用于经过瞳孔捕获视网膜图像的情形。
本发明提供了能够通过尽可能地对准照明要加以认证的人的眼部来提高用于认证过程的眼部图像的图像质量这样的优点，并有效地用作个人认证系统的眼部图像捕获装置。
尽管已经通过特定优选实施例来说明并描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，可以根据本发明的教导作出各种改变和修改。显而易见的是，这种改变和修改是在由所附权利要求所限定的本发明的精神、范围、和目的之内的。
权利要求
1.一种眼部图像捕获装置，包含捕获单元，捕获要加以认证的人的眼部图像；多个照明设备，照明要加以认证的人的眼部，并且放置这些照明设备以便相对于捕获单元的光轴具有不同的距离；以及控制单元，按顺序控制照明设备的照明以在每次照明定时捕获眼部图像。
2.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中为了顺序地照明，以接近光轴的顺序打开照明设备。
3.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中控制单元分析由捕获单元每次捕获眼部图像时所获得的眼部图像。
4.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中控制单元分析由捕获单元捕获到在照明定时所有的眼部图像之后所获得的眼部图像。
5.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中照明设备被设置以便照明设备的照明光线方向相对于捕获单元的光轴是倾斜的。
6.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中以多个行和列来提供照明设备。
7.在权利要求1中所述的眼部图像捕获装置，其中照明设备包括用于采用红外线来照明人的眼部的红外线照明设备；以及邻接于红外线照明设备提供的可见光照明设备，用于采用可见光来照明人的眼部；以及其中同时采用红外照明设备和可见光照明设备进行照明。
8.在权利要求7中所述的眼部图像捕获装置，还包括在捕获单元的光轴上提供的半反射镜，用于反射人的眼部；以及调整单元，在其上安装捕获单元、红外线照明设备、可见光照明设备和半反光镜，并且提供的该调整单元可转动以调整光轴的方向。
9.在权利要求4中所述的眼部图像捕获装置，其中当控制单元分析由捕获单元获得的眼部图像时，控制单元确定所反射的光线是否存在于眼部图像中；以及其中控制单元选择其中从照明设备发射的照明光线的反射光线不叠加到眼部图像上的、要加以认证的人的眼部图像。
10.在权利要求4中所述的眼部图像捕获装置，其中当反射光线存在于眼部图像时，控制单元从多个眼部图像中提取其中反射光线不存在的多个局部眼部图像；以及其中控制单元将局部眼部图像合成地合并为其中反射光线不存在的眼部图像。
全文摘要
眼部图像捕获装置包括捕获要加以认证的人的眼部图像的捕获单元；照明要加以认证的人的眼部、并以相对于捕获单元的光轴具有不同距离安置的多个照明设备；和按顺序控制照明设备的照明以在每次照明定时捕获眼部图像的控制单元。
文档编号A61B5/117GK1691053SQ200510078900
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者生驹贤, 中井川知由 申请人:松下电器产业株式会社