虹膜采集设备成像质量评测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种虹膜采集设备成像质量的测试系统和方法，包括：采用具有光学平台、虹膜采集设备安放台、导轨和标板固定台的测试系统进行虹膜采集设备的光学特性测试，包括空间分辨率、像素尺度、纹理信噪比、传感器信噪比、反照分辨率、人眼安全、采集范围、抗运动模糊能力、红外光照分布测试；进行虹膜采集设备的虹膜图像质量测试，包括采集多个不同的虹膜的图像，对每一图像进行图像质量测试，取各幅图像在各个测试项目的加和后的算数平均值作为结果，包括：遮挡分数、虹膜-巩膜边界对比度、虹膜-瞳孔边界对比度、清晰度、运动模糊、可用灰度级数、虹膜半径、瞳孔-虹膜同心圆规整度。
【专利说明】虹膜采集设备成像质量评测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及虹膜采集设备成像质量评测系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的高速发展，基于生物特征识别的身份认证方法得到了快速的发展。在众多生物特征识别中，虹膜识别具有高精度、非侵入性等特点。
[0003]虹膜识别成像技术是虹膜识别的关键技术和瓶颈技术。虹膜识别产品应用的环境以及用户的交互性均会影响到采集到的虹膜图像质量。比如，由于各虹膜识别采集设备提供商的标准不一致，导致了虹膜识别采集设备的光学成像特性存在差异，进而使得各设备采集到的虹膜图像质量存在差异。正确地度量这种差异性有助于横向或纵向比较设备差异，进一步提升虹膜识别系统的整体性能。
[0004]然而目前在虹膜图像质量评测、虹膜成像系统评测等方面，仍然采取“靠人工、凭经验”的方式，尚未形成科学、定量的评测系统和方法。
[0005]综上所述，对虹膜采集设备光学特性以及虹膜图像质量进行综合、科学、定量的评测系统和方法仍旧是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]为了实现上述目的，一种虹膜采集设备成像质量的测试系统，包括:用于评测虹膜采集设备的光学成像质量的光学特性的测试平台和标板，
[0007]所述测试平台包括:光学平台、布置于光学平台纵向一端处的设备安放台、与所述设备安放台相对布置于光学平台纵向另一端处的导轨、布置于导轨上的标板安放台和布置于标板安放台上的标板，
[0008]其中所述标板上印刻有用以测试虹膜采集设备光学特性的预定测试图像，且在实测过程中标板放置在标板安放台上，然后通过导轨前后移动标板，以便布置于设备安放台上的虹膜采集设备获得标板的测试图像。
[0009]优选的，所述标板包括星状模式标板、虹膜纹理标板、环状灰度标板、矩形灰度标板。所述星状标板为包括内外两个圆的同心圆结构，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域被周向等分为由黑色区域和白色区域交替构成的多个放射状区域。所述虹膜纹理标板包括内外两个圆的同心圆结构，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域布置出模拟真实虹膜的图像，由此所述虹膜纹理标板提供具有真实纹理效果的虹膜图像，以便虹膜采集设备提取对应的虹膜特征。所述环状灰度标板为包括内外两个圆的同心圆结构,将内圆以及内外圆间的环状区域各自填充特定的单一灰度。所述矩形灰度标板为矩形结构，将矩形区域按长度均分为若干等分，不同等分区域间填充递进的灰度。
[0010]本发明提供一种虹膜采集设备成像质量的测试方法，包括如下步骤:采用如上所述的测试系统进行虹膜采集设备的光学特性测试，所述光学特性测试包括空间分辨率、像素尺度、纹理信噪比、传感器信噪比、反照分辨率、人眼安全、采集范围、抗运动模糊能力、红外光照分布测试；进行虹膜采集设备的虹膜图像质量测试，包括采集多个不同的虹膜的图像，之后，对每一幅虹膜图像进行各项虹膜图像质量测试，然后取各幅图像在各个测试项目的加和后的算数平均值作为结果，所述虹膜图像质量测试包括:遮挡分数、虹膜-巩膜边界对比度、虹膜-瞳孔边界对比度、清晰度、运动模糊、可用灰度级数、虹膜半径、瞳孔-虹膜同心圆规整度。
[0011]根据本发明的评测系统，可以给出不同单元组合情况下的虹膜采集设备的成像质量评测报告，用以指导新研发的采集设备是否满足虹膜识别成像质量的要求或者评测不同成像设备的性能差异，以及便于系统集成商根据实际需求选择虹膜采集设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中:
[0013]图1示出本发明的评测系统的系统框图；
[0014]图2示出本发明的评测系统的测试平台结构图；
[0015]图3示出根据本发明的星状模式标板；
[0016]图4示出根据本发明的虹膜纹理标板；
[0017]图5(a)-图5(c)分别示出根据本发明的三个环状灰度标板，其环状区域分别包括三个不同灰度；
[0018]图6示出根据本发明的矩形灰度标板。
【具体实施方式】
[0019]下面参考附图，通过示例性的实例来进一步说明本发明。
[0020]除非在本文中有特别的定义和说明，本说明书中所提到的各种元件、术语以及措辞与本领域普通技术人员所普遍理解的定义或含义是一致的。
[0021]通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
[0022]在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。
[0023]本发明提出了一种虹膜采集设备成像质量评测系统，该系统分别对虹膜采集设备的光学成像质量和虹膜采集设备采集的活体虹膜图像质量进行评测，并且给出评测试表作为质量报告。
[0024]图1示出本发明的评测系统的系统框图。根据本发明的成像质量评测系统包括光学特性测试单元S1、虹膜图像质量测试单元S2和虹膜图像质量评测结果报告单元S3。
[0025]光学特性测试单元SI主要用于评测虹膜采集设备的光学成像质量。所测试的光学特性包括空间分辨率、像素尺度、纹理信噪比、传感器信噪比、反照分辨率、人眼安全、采集范围、抗运动模糊能力、红外光照分布。
[0026]虹膜图像质量测试单元S2主要用于评测虹膜采集设备采集的活体虹膜图像质量。首先，需要采集30个不同的虹膜的图像300幅，构建成虹膜图像数据库。具体的，采集30只不同的眼睛的虹膜图像，每只眼睛采集10幅图像。当然，类别数以及图像数可以根据需要自行拟定，只需保证虹膜图像多样性即可。测试的虹膜图像质量包括遮挡分数、虹膜-巩膜边界对比度、虹膜-瞳孔边界对比度、清晰度、运动模糊、可用灰度级数、虹膜半径、瞳孔-虹膜同心圆规整度。
[0027]虹膜图像质量测试单元S3主要目的是输出虹膜采集设备成像质量报告，并判断是否满足实际需求，得出结论。
[0028]图2是本发明的评测系统的测试平台结构图。
[0029]所述测试平台100包括光学平台101、布置于光学平台101纵向一端处的设备安放台102、与所述设备安放台102相对布置于光学平台101上的导轨103、布置于导轨103上的标板安放台104和布置于标板安放台104上的标板，其中所述标板上印刻有用以测试虹膜采集设备光学特性的测试图像，且在实测过程中标板放置在标板安放台104上，然后通过导轨103前后移动标板，以便布置于设备安放台102上的虹膜采集设备利用标板进行光学特性测试。
[0030]光学平台101的平台尺寸应满足具体测试的虹膜采集设备的最低需求。例如，在测试设备的景深时，测试平台的长度应大于采集设备的焦距。在测试设备的采集范围测试时，光学平台的宽、高均需要超过实际采集设备的采集范围。例如光学平台101宽应大于40cm,长应大于60cm。设备安放台102可调节高度
[0031]在实际测试过程中，将虹膜采集设备放在设备安放台102上，标板放置在标板安放台104上，然后通过导轨103前后移动标板，以便对虹膜采集设备进行不同项目的测试。
[0032]根据本发明的测试标板包括四个标板，即星状标板(如图3)、虹膜纹理标板(如图4)、环状灰度标板(如图5(a)-图5(c))以及矩形灰度标板(如图6)。具体如下:
[0033]1.星状标板:所述星状标板为包括内外两个圆的同心圆结构，内外圆半径分别为4_和12_，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域周向等分为多个放射状区域，并使得黑色区域和白色区域交替形成，打印获得星状标板，如图3。
[0034]2.虹膜纹理标板:所述虹膜纹理标板是将理想虹膜图像通过高清打印得到的，包括内外两个圆的同心圆结构，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域布置出模拟真实虹膜的图像，如图4。所述虹膜纹理标板提供具有真实纹理效果的虹膜图像，以便虹膜采集设备提取对应的虹膜特征。
[0035]3.环状灰度标板:所述环状灰度标板为包括内外两个圆的同心圆结构，内外半径分别为4mm和12mm。为了保证不同灰度间的一致性，设定了灰度级不同的三种环状灰度标板，测试时取其平均值。如图5(a)_(c)，其中，图5 (a)的内圆为白色，内外圆间环状区域填充单一的黑色；图5 (b)的内圆为黑色，内外圆间环状区域填充灰色；图5 (c)的内圆为黑色，内外圆间环状区域填充白色。
[0036]4.矩形灰度标板:所述矩形灰度标板为矩形结构，长宽分别为70mm和10mm，将矩形区域按长度均分为若干等分，不同等分区域间填充递进的灰度，灰度等级为9。
[0037]下面对本发明涉及的各个测试单元的评测项目进行逐一说明。
[0038]一.光学特性测试单元SI
[0039]主要用于评测虹膜采集设备的光学成像质量。所测试的光学特性项目包括九个项目:空间分辨率、像素尺度、纹理信噪比、传感器信噪比、反照分辨率、人眼安全、采集范围、抗运动模糊能力、红外光照分布。[0040]1.1.空间分辨率:采用星状标板，用待测设备先测试内外圆在不同半径R下的灰度调制度MDK，如公式(I):
【权利要求】
1.一种虹膜采集设备成像质量的测试系统，包括:用于评测虹膜采集设备的光学成像质量的光学特性的测试平台和标板， 所述测试平台包括:光学平台、布置于光学平台纵向一端处的设备安放台、与所述设备安放台相对布置于光学平台纵向另一端处的导轨、布置于导轨上的标板安放台和布置于标板安放台上的标板， 其中所述标板上印刻有用以测试虹膜采集设备光学特性的预定测试图像，且在实测过程中标板放置在标板安放台上，然后通过导轨前后移动标板，以便布置于设备安放台上的虹膜采集设备获得标板的测试图像， 其中所述标板包括星状模式标板、虹膜纹理标板、环状灰度标板、矩形灰度标板，所述星状标板为包括内外两个圆的同心圆结构，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域被周向等分为由黑色区域和白色区域交替构成的多个放射状区域； 所述虹膜纹理标板包括内外两个圆的同心圆结构，内圆为黑色，在内外圆之间的环状区域布置出模拟真实虹膜的图像，由此所述虹膜纹理标板提供具有真实纹理效果的虹膜图像，以便虹膜采集设备提取对应的虹膜特征； 所述环状灰度标板为包括内外两个圆的同心圆结构，将内圆以及内外圆间的环状区域各自填充特定的单一灰度； 所述矩形灰度标板为矩形结构，将矩形区域按长度均分为若干等分，不同等分区域间填充递进的灰度。
2.一种虹膜采集设备成像质量的测试方法，包括如下步骤: 采用如权利要求1所述的测试系统进行虹膜采集设备的光学特性测试，所述光学特性测试包括空间分辨率、像素尺度、纹理信噪比、传感器信噪比、反照分辨率、人眼安全、采集范围、抗运动模糊能力、红外光照分布测试； 进行虹膜采集设备的虹膜图像质量测试，包括采集多个不同的虹膜的图像，之后，对每一幅虹膜图像进行各项虹膜图像质量测试，然后取各幅图像在各个测试项目的加和后的算数平均值作为结果，所述虹膜图像质量测试包括:遮挡分数、虹膜-巩膜边界对比度、虹膜-瞳孔边界对比度、清晰度、运动模糊、可用灰度级数、虹膜半径、瞳孔-虹膜同心圆规整度。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其中 获得空间分辨率的过程包括:采用星状标板，用待测设备先测试内外圆在不同半径R下的灰度调制度MDK，如公式(I):
4.根据权利要求2所述的测试方法，其中 获得人眼安全的过程包括:使用近红外光辐射度量仪器测试在不同距离上的光强，并与安全标准比较，得出是否满足人眼安全需要，该结论作为人眼安全测试结果； 获得采集范围的过程包括:以采集设备的光轴方向为Z轴，水平方向和垂直方向为X轴和Y轴，在不同位置采集星状标板图像，计算对应位置的空间分辨率，如果空间分辨率衰减至预定阈值时的坐标即为采集
5.根据权利要求2所述的测试方法，其中 获得遮挡分数的过程包括:确定虹膜与巩膜、虹膜与瞳孔的边界区域，O并进行圆拟合，得到虹膜环状区域，并进一步得到有效虹膜区域，有效虹膜区域USABLE_IRIS_AREA，即遮挡分数的计算公式为:
6.根据权利要求2所述的测试方法，其中 获得运动模糊的过程包括:对图像进行预处理，首先使用圆周微分差分算法得到虹膜内外圆信息，之后通过分割算法得到有效虹膜区域，然后，将图像转换到Fourier频域；利用Radon变换检测运动的方向；根据运动方向的Radon变换响应的尖峰宽窄决定运动模糊的程度； 获得可用灰度级数的过程包括:可用灰度级数IMAGE_ENTROPY计算公式为:
【文档编号】G06T7/00GK103824293SQ201410071965
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】马力, 李星光, 王占亮, 何召锋 申请人:北京中科虹霸科技有限公司