身份识别的制作方法

专利名称：身份识别的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于身份识别的装置和方法。它具有与需要捕获眼睛前面特征的图象并显示图象到眼睛处的装置相关的特殊用途。这样的一个装置可以被用于捕获用户虹膜图象的鉴别设备中。
在为人的眼睛观察而提供一显示的同时捕获人眼图象的装置已为人所知。例如，IriScan公司推向市场的系统名为2000EACTM的识别装置。另一个例子是在国际专利申请WO92/05736中公开的瞳孔计装置。
前一个装置包括一个虹膜模式捕获单元和一个识别代码生成单元。虹膜模式捕获单元有一个具有2个孔的外壳。一红外照明光源被安排来透过第一个孔投射可见光和红外光来照明人的眼睛。安装在此装置内的一摄像机被安放得使它的视野透过第二个孔。在使用该装置时，用户透过第二个孔看到一显示(复制由该摄像机看到的一图象)。同时，来自于光源的光从人的眼睛透过第二个孔被反射到摄像机上。该显示让人来定位他的眼睛以使它处在焦点上且位于摄像机的视野中心。
实际中发现，为使对用户眼睛图象的捕获得以成功实现，用户必须在距离该装置的一窄范围内定位他或她的眼睛。
凹处居中的眼底扫描仪在欧洲专利申请0,126,549中被公开。因为该装置使用扫描光学部件检查眼底(视网膜和脉络膜)，它复杂且庞大。
这些是本发明针对的两个问题，本发明提供一装置以提供眼睛的信息信号特征，上述装置包括一个具有一进入窗口的外壳；安装到该外壳上的一个照明光源，可以操作来照明覆盖瞳孔外围区域的眼睛；
安装到该外壳中的一个图象捕获设备，与上述进入窗口进行光通信，可以操作来响应从眼睛反射的来自于照明光源的入射光，而提供表示眼睛前部的一个或多个特征的图象信号；一光学设备；其中，使用时可见光通过该光学设备沿着第一个光通路到达眼睛以提供可被眼睛观察到的可见图象，来自于照明光源并从眼睛反射的光通过该光学设备沿着第二个光通路到达上述图象捕获装置；其中上述光学设备被安排来与上述照明光和上述可见光中的至少一个相互作用，以使所有预定类型的照明光基本地进一步沿着上述第二个光通路到达上述图象捕获装置，且上述可见光的绝大部分进一步沿着上述第一个光通路到达眼睛。
此处用到的术语‘optical’和‘light’涉及电磁频谱中红外、可见和紫外部分的电磁辐射，例如波长范围从10nm到1mm。
因为大多数预定类型的照明光到达图象捕获装置，本发明具有很多优点。
第一，因为更多的光在图象捕获装置处被接收，与它相关联的光学设置孔可被减少。其结果是图象捕获装置的聚焦深度增加。这样，为提供一满意的聚焦图象而对眼睛必须相对于装置定位的限制被放宽。
第二，曝光时间可以减少，由此减少了当图象被捕获时用户所需的保持静止的时间。
第三，在对于图象捕获装置仅有较少的光可用的地方，本发明也允许捕获满意的图象。这是有益的，因为安全性的考虑限制了发向眼睛的光。它在减少该装置对能量的需求方面也是有益的，这在涉及由电池供电的移动装置时更有优势。
精于该技术的那些人将会明白上述优点可以被单独地或组合地实现。一般来说，为图象捕获装置提供更多的光能提高结果图象的质量。
入射到图象捕获装置上的上述预定类型的用户光部分的任何增加(与已知装置比较)导致性能上的某些提高。然而，多于75％的预定类型的用户光进一步沿着光通路到达该图象捕获装置是优选的。
除了以上部分，允许可见光实质上不衰减地传向用户增加了显示的亮度。这意谓着由该装置消耗的能量总和减少；这在移动装置中是尤其有用的特征。多于75％的可见光进一步沿着光通路到达用户是优选的。
眼睛前面的特征可以是虹膜、角膜、巩膜或眼睑，或它们中两个或多个的组合。
该装置可以适合于被用户移向他自己的眼睛或其他人或动物的眼睛。或者，该装置可以固定在某个位置，要求其眼睛被检测的人相应地对准他的头部。
在一些情况下，眼睛看到的图象可以简单地是一个通过该装置的视图。其他情况中，显示装置提供可视图象或覆盖已有图象的部分显示来提供可视图象。这其中的好处是在使用该装置的同时信息可以提供给眼睛。从另一方面来看，在眼睛正在观察显示器信息时，用户图象捕获单元可被操作。
显示使用的一个例子包括提供示出被该图象捕获装置所接收图象的显示。这是有利的，因为它允许一个人移动他的头部以提高被捕获图象的质量。
在优选的实施例中，发送到眼睛的可见光和发送到图象捕获装置的光有着不同的频谱。这并不意谓着发送到图象捕获装置的光必须处在电磁频谱的可见区域之外。例如，显示可以利用在窄频谱波段内发光的红、蓝和绿色LED来生成，该图象捕获装置接收位于那些波段之外但处在电磁频谱的可见部分之内的可见光。
在那些实施例的优选版本中，该光学设备包括可有效地反射上述可见光或上述不同频谱光的波长选择反射器，并允许其他光通过。这样的反射器是经济的且使用它们允许该装置的部件很方便地定位。这个选择，例如可使用金属表层或绝缘材料表层来实现。
因为照明光入射到眼睛，如果预定类型的光实质上由不可见光组成，该装置更适于使用。
更优选地，预定类型的光实质上由近红外光组成(即波长在700nm到3μm之间)。这是优选的，因为仅有不常见的热物体发射大量处于电磁频谱区域的光，且因此引发图象的失真。
当该光学设备包括一‘热镜’时可得到其他优点。热镜是在允许可见光通过的同时可被操作来基本地反射所有红外光的设备。那些精于该技术的人将认识到‘冷镜’(基本反射所有可见光并允许红外光的通过)可以同样被使用。
使用照明光源的一个优点是用以形成该图象的频谱和光的方向都可以被控制。
当该装置被设计来捕获虹膜图象时引发更有用的实施例。照射到眼睛上的光可以是不可见的，使该装置更适于使用。而且，由于增加了入射到图象捕获装置上的光，照明光的强度可以减弱。这也使得该装置更适于使用。
在一些实施例中，该装置被安排被用户携带到实施位置上且进一步包括一传输设备(可以操作将源自于上述图象信号的上述信息信号传输到一远程装置上)。该传输设备可以是提供红外、超声或RF与远程装置通信的无线传输设备。这种情况下该光学设备的使用尤其具有优势，因为该装置对能量的需求减少。
参考所附带的图，仅作为例子，本发明的特殊实施例现在将被描述。其中

图1描述了一个人计算机，用来对共享计算机作远程访问；图2是虹膜成象装置的示意图；图3是描述成象装置可能硬件结构的示意图；图4是图象捕获和加密过程的流程图；和图5a和5b分别是描述提供给用户的正确和不正确对准他眼睛的显示图。
图1示出了用户的个人计算机(PC)10，它除具有通常的输入/输出设备以及相关接口外，还有一红外接收器22和传输器23和一红外信号接口卡(未示出)。这些附加部件使得可在用户PC10和图象捕获装置12之间进行数据通信。
用户的PC10通过调制解调器14和通信线路16被连接到中间路由计算机18上，后者从用户的PC10到服务器20对信号寻路由。服务器20，例如可以属于一公司且具有包括对那个公司很重要价值的文件的存储装置。然而，在PC10的用户是那个公司的雇员时，在PC10和服务器20之间提供的通信连接的优势是允许那个雇员在家中工作。
图2更详细地描述了图象捕获装置。该装置有一外壳125，其外型大致为T型，它有一延伸的水平桶部分130和手柄部分(悬挂到桶130后部中间的位置上)。该手柄部分是空的且靠近它的最底端。一电荷耦合设备摄相机135位于手柄部分里面的底部。该摄相机是黑白摄相机，对可见光和近红外光的敏感程度大致相似。从该CCD摄相机135的输出到安装到桶130前端里面的后面带表层的液晶显示(LCD)170之间的连接(未示出)被提供。该手柄部分也包括位于外壳内的相应电路180(在图2中被更详细地描述)。
在桶130的后部有一窗口120。眼杯115被附着到该桶的后端且围绕着该窗口120。眼杯115即作为减少周围进入到该装置光的总量的装置，又作为将用户眼睛和窗口120对准的装置。
‘热镜’145(例如，Ealing Optics of Greylaine Rd,Watford,U.K.以类型号35-6681出售)直接位于CCD摄相机135之上。镜子145与桶130的纵轴向下向前成45°角。该镜子由下面带有绝缘材料表层的载玻片做成。该载玻片的另一面覆盖有反射表层147。绝缘材料的表层146可以有效地反射照到它上面的近80％的近红外光并允许照到它上面的近90％的可见光通过。
近红外光发光二极管(LED)150位于桶130里面的镜子145和眼杯115之间，可被操作照明用户的眼睛。该光源被安装到屏幕155向后一侧以防止光从光源150通过镜子145直接到达摄相机135上。桶130还带有一个安装在内部的由一个红的和一个绿的LED组成的光学指示器185(位于用户的视野中)。
一红外(IR)传输器160和接收器162位于外壳125的前部，与桶130的纵轴成一条直线，并且手柄部分包括一触发器按钮165，当图象被捕获和/或被传输到用户的PC10时被用户控制。
该装置的总尺寸主要取决于为眼睛120所留的开口的尺寸，以及该装置用户所需求的舒适程度和易使用程度。该装置的硬件基于单独的特殊应用集成电路(ASIC)芯片而设计，其尺寸不是该装置尺寸的限制因素。已知的CCD摄像机有毫米数量级的尺寸(或几十个微米，如果安装的印刷电路板尺寸被考虑在内)且不是该装置尺寸的限制因素。
图3示出了一个该装置的可能的硬件结构设置。如已经陈述的，该处理硬件最好做到一个单一的特殊应用集成电路(ASIC)上。该装置由运行保存在ROM205中的软件的处理器200来控制。该处理器200通过总线210被连接到ROM205、RAM215和一输入/输出(I/O)控制器220上。该RAM足够大以容纳至少一幅被捕获的眼睛的图象。该I/O控制器220被适当的电路和驱动器(未示出)连接到IR传输器160和接收器162、CCD摄像机135、触发器165、近红外LED150和光学指示器185上。整个装置由一个合适的电池(未示出)供电。
处理器200对从触发器165、IR接收器162以及CCD摄像机135处接收的信号进行反应。该处理器也控制IR传输器160、近红外LED150、CCD摄像机操作和光学指示器185。
图4中的流程图描述了一个用户证实系统中可能的图象捕获、处理和传输方面的处理过程。这个过程包括加密以增强安全等级。该加密系统使用‘公钥’来加密数据和一个私钥(仅被该加密数据的接收者知道)来解密数据。
在第300步，该成象装置12处于等待触发器被按下以开始此过程的状态。用户将该成象装置12移近他的眼睛并按下该触发器，以产生一被处理器接收的信号。该处理器接着控制IR传输器160在305步发送一信号到用户的PC10来初始化通信。作为响应，用户的PC10向该成象装置12发送一返回消息。
如果在315步返回的消息没有被成象装置12所接收，例如由于用户的PC10没有接收到第一个信号，光学指示器的红色LED在320步点亮以指示失效并通知用户再次按触发器重新开始该过程。
如果在315步返回的消息被接收，来自于用户PC10的该信号包括一个选择，成象装置12为了成功的传输必须使用哪个公钥和哪种虹膜编码格式。在选择中被确定的多个密钥和多个虹膜编码算法被存储于成象装置12的RAM(或ROM)中。用户的PC10也传输一日期和时间戳到成象装置12中。
由用户PC10传输的返回信号的信息，为后续访问而被存储于成象装置12的RAM中。
接下来，在325步，处理装置向摄像机发信号指示应当捕获一幅或多幅图象。被CCD摄相机135捕获的图象数据通过上面提及的连接被发送到显示器170上，以使显示器170回显当前被该CCD摄相机135接收的图象。来自显示器的光沿着路径A通过热镜145到达用户的眼睛110上。该光在镜子上仅有轻微的衰减(近90％的可见光被传输)。如果用户的眼睛正确地与窗口120对准，则他或她会看到象图5a那样的显示。然而，如果用户的眼睛没有正确地对准，则他或她会看到象图5b那样的显示。用户可以相应地改变他或她眼睛相对于该窗口的位置。
近红外LED150照明用户的眼睛110，来自于该LED的光沿着路径B，即从红外LED150到达用户的虹膜(在那里它被反射到热镜145上)。热镜上80％的近红外光被表层146反射到该CCD摄相机135上。
被捕获的图象被存储于RAM215中。在330步，处理装置确定是否被存储的图象，或哪幅图象适合于编码。如果一幅或多幅图象中没有一个适合，该处理器向摄像机发信号指示重新捕获图象。
图象捕获步骤包括控制近红外LED150。该近红外LED150被连接到一个控制环中，由此处理器200可根据例如用户虹膜颜色(浅蓝色虹膜反射更多的光线，因此比棕褐色虹膜需要较少的照明)来改变光源150的光强度。几个连续捕获的图象(与视频顺序相类似)在合适的图象被捕获之前可能要求处理器和软件确定眼睛的最优照明。
我们建议，脉冲驱动近红外LED150比使用连续光源更能满足要求，尽管图象的捕获需要和光脉冲同步以确保适合的照明。脉冲驱动光的优点是用户的眼睛被光辐射曝光的平均值较小。同时脉冲驱动光源只要较少的能量。
捕获多幅图象也可克服一些问题，例如，当图象捕获的时候用户眨了眼睛。已知的数字信号处理技术可被使用来确定哪幅图象是最好的并拒绝不合适的图象。
当一合适的图象被获得时，在335步，图象数据被从RAM215中取出并通过在315步中由用户PC10选择的虹膜编码生成算法处理以形成虹膜编码。一个实例算法在美国专利5,291,560中被描述。作为结果的虹膜编码被存储于RAM中。
在340步，处理器200接着使用被选择的公钥，与315步中被用户PC10提供的日期与时间戳一起，加密该虹膜编码。结果数据被存储于RAM215中。被编码和被加密的数据接着在345步被IR传输器传输到用户的PC10中。
没有向RAM中存储数据的任何干扰步骤，图象捕获、处理和加密步骤就被完成，这是可行的，也就是说，处理被高速完成，以极大地增加该装置操作的速度。然而，这样的处理要求更昂贵更复杂的电子设备。
最后，在350步，如果数据被用户PC10成功地接收，该用户PC10返回一‘成功’信号到成象装置12中。作为响应，在360步中，处理装置使光学指示器185的绿色LED点亮以指示用户此过程已经成功。传输数据的重复失效，例如在5次重试后，在355步将光学指示器185的红色LED点亮并使用户重新开始整个过程。
比上面描述的更简单的过程包括支配多个公钥中哪一个被使用的成象装置12。通过使用该成象装置12中的一伪随机数发生器该选择可被确定。如果每一个公钥有一个索引，相应的索引可以和被加密的数据一起以非加密的形式被包括，以指示用户PC10哪一个公共密钥已经被使用，且哪一个私钥应该被用来解密。本方案的一个扩展是每当一个成功的事务发生时，新的一组公钥从用户PC10被下载到成象装置12中。另外，进一步加密的可能性对熟练于此的人来说是显然的。
实际上，该近红外LED150被处理器200控制(通过合适的电路，未示出)。当红外LED150点亮照明眼睛时，处理器200或者响应它自己的控制软件或者响应从用户PC10接收的信号进行控制。该处理器也确定什么时候和在哪种照明条件下，该成象捕获过程发生。
作为上面实施例中所使用的热镜的一个可选方案，冷镜也可以被使用。该冷镜与热镜具有同样的位置和方向但在其下面有着不同的表层。该表层在允许近红外光通过的同时，可以有效地反射大多数可见光。此实施例中的另一选择是交换CCD摄相机和LCD显示器。
将可看到，上面描述的实施例如何提供比已知装置发送更多的用户光到该摄相机上的一光学装置。上述实施例的优点是近红外LED150不需要与不这样做时一样亮。这意谓着该装置中的电池将持续更长时间，且被发送到用户眼睛的光更少，使该装置用起来更安全。如果近红外LED150的亮度与已知装置被维持在同一水平上，则更好的用户眼睛图象将被得到。与已知装置相比，增加的落到CCD摄相机上的光将导致电噪声减少。
尽管上述实施例与移动装置有关，本发明也可以应用到固定装置中。例如，上面公开的光学设置可被集成到已知系统2000EACTM识别装置中。如果这被实现，在那个装置中与该摄相机相关的光孔可被缩小，由此增加摄相机的聚焦深度并且该装置更易于使用。
此外，与光源而不是单元光源的从用户眼睛反射相关的问题可减少。该单元光源被定位以减少来自于用户角膜的反射(有洗掉用户图象的趋势)。然而，人的角膜具有很高的反射性并强烈地反射来自于其他光源的光。通常这些光源导致来自于角膜的不期望的反射，由此破坏了该装置的性能。通过将上面描述的光学系统放入到系统2000EACTM装置，可见的反射效果可被很大程度上减少。这样上述光学设置的集成在外部光源(在它们的输出中有一些可见光)存在时提供了增强的性能。
类似于上面描述的光学设置也可以被集成到一自动柜员机(ATM)中。在允许从帐号中提取钱之前，该ATM要求虹膜模式的表示与帐号持有人的相匹配。再者，因为增加了该装置的聚焦深度而使ATM更易于使用而使本发明尤其有用。
权利要求
1.一种用于提供眼睛特征的信息信号的装置，上述装置包括一个具有进入窗口的外壳；安装到该外壳上的一照明光源，可以操作来照明覆盖瞳孔外围区域的眼睛；安装到该外壳中的一个图象捕获设备，与上述进入窗口进行光通信，可以操作来响应从眼睛反射的来自于照明光源的入射光而提供表示眼睛前面的一个或多个特征的图象信号；一光学设备；其中使用时，可见光通过光学设备沿着第一个光通路到达眼睛以提供被眼睛观看的可见图象，且来自于照明光源并从眼睛反射的光通过光学设备沿着第二个光通路到达上述图象捕获装置；其中上述光学设备被安排来与上述照明光和上述可见光中的至少一个相互作用，使得基本上所有预定类型的照明光进一步沿着第二个光通路到达上述图象捕获装置，且上述可见光的绝大部分进一步沿着上述第一个光通路到达眼睛。
2.根据权利要求1的装置，其中上述可见光实质上不衰减地沿着上述第一光通路到达眼睛。
3.根据权利要求1或2中的装置，进一步包括一显示装置，可操作来提供上述可见图象的至少一部分。
4.根据权利要求3的装置，其中上述显示装置操作用于显示由图象捕获装置所捕获的图象。
5.根据上面权利要求中任何一个的装置，其中上述预定类型的光与上述可见光在频谱上不同。
6.根据权利要求5中的装置，其中上述光学设备包括一可有效地反射上述可见光或上述不同频谱光并允许其他光通过的波长选择反射器。
7.根据上面权利要求中任何一个的装置，其中上述预定类型的光实质上由不可见光组成。
8.根据权利要求7的装置，其中上述类型的光实质上由近红外光组成。
9.根据权利要求8的装置，其中上述光学设备包括一热镜。
10.根据上面权利要求中任何一个的装置，其中上述一个或多个面部特征包括用户的虹膜模式。
11.根据上面权利中任何一个的装置，其中上述装置被安排得使得用户可将其移动到一操作位置上；上述装置进一步包括一传输设备，可操作将源于上述图象信号的上述信息信号传输到一远程装置上。
12.参考并如图1至3所示而在上文中描述的一图象捕获装置。
13.一光装置，包括一用户图象捕获装置，响应从用户处反射的入射光，可以操作来捕获用户的一个或多个面部特征的用户图象；和一光学设备；其中使用时，可见光通过光学设备沿着第一个光通路到达用户的眼睛，以提供被用户看到的可见图象，且从用户处反射的用户光通过光学设备沿着第二个光通路到达上述图象捕获装置处；其中上述光学设备被安排来与上述用户光和上述可见光中的至少一个相互作用，使得基本上所有预定类型的用户光进一步沿着上述第二个光通路到达上述图象捕获装置，且上述可见光的很大部分进一步沿着上述第一个光通路到达用户；和其中上述一个或多个面部特征包括用户的虹膜模式。
全文摘要
记录从一个或多个用户面部特征反射的光(B)的一光学装置被公开。在该图象被捕获的同时,来自于显示器(170)或可被用户观看的其他场景的可见光(A)传到用户的眼睛(110)。已有的这种类型的装置被设置得使得从用户面部反射的光的大部分不入射到该装置中的图象捕获设备上。这里描述的该实施例是一个移动的虹膜模式捕获设备(12)。在该实施例中近红外光(B)从它被反射回的该装置处直接到达用户的眼睛(110)。来自于安装到该装置后面的LCD显示器(170)的可见光(A)从该装置到达用户的眼睛(110)。该装置内部的一热镜145将从用户眼睛处反射的近红外光(B)送到摄相机单元(135),并几乎不衰减从显示器(170)发出的可见光(A)。
文档编号G06K9/00GK1221504SQ9719534
公开日1999年6月30日 申请日期1997年6月6日 优先权日1996年6月6日
发明者克里斯托弗·亨利·西尔, 莫里斯·梅里克·吉福德, 戴维·约翰·麦卜特尼 申请人:英国电讯有限公司