一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法，包括以下步骤：步骤1：获取CCD图像传感器采集到的人眼图像信号；步骤2：对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号；步骤3：对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号；步骤4：将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。本发明算法简单，计算量小，能够快速精确地得到高质量的虹膜纹理图像；使用FPGA处理图像数据，速度快，耗时小；自动调节曝光时间，在光线不好的条件下也能得到高质量的虹膜图像；调节曝光时间的过程中可以检测瞳孔大小的变化。
【专利说明】—种用于虹膜识别的自动曝光控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动曝光控制方法，特别涉及一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]生物识别是用生物特征识别个人身份的一种技术。生物特征包括指纹，手形，视网膜，虹膜，人脸等，以及人类的行为特征，包括签名、语音、步态、击键和其他。虹膜因其唯一性、稳定性和安全性，逐渐成为一个最有效的生物识别特征。由于高效可用和准确的虹膜识别算法的出现，基于虹膜的自动身份识别和验证系统在过去几年越来越受欢迎。虹膜识别过程大体上分为5步:第一步，用相机或光学扫描仪采集虹膜图片；第二步，虹膜内外边界的分割与定位；第三步，虹膜规范化；第四步，虹膜编码的特征提取；最后一步，特征匹配。在这些步骤中，第一步虹膜图片采集是最基础的一步，因为这一步的好坏将直接影响虹膜分割的效果，并最终导致对虹膜识别系统应用领域的限制。
[0003]人眼反射光中，虹膜的亮度介于瞳孔与巩膜之间。常规的虹膜识别系统利用人眼或人脸的亮度特性进行曝光，因此，获得的虹膜图像中，虹膜区域所占的灰度范围比较小，丢失了很多纹理细节特征。虹膜识别就是利用每个人眼的虹膜纹理的差异，对虹膜纹理进行编码，以虹膜的编码表征人的身份的技术。虹膜图像质量越高，纹理细节就越多，编码的准确率就增加；而常规识别系统得到的虹膜区域的灰度信息丢失较多，影响了编码的准确性。虹膜区域相对整只眼睛来说较小、颜色灰度介于瞳孔和巩膜之间，有些人眼的虹膜边界不容易提取。采集高质量的虹膜图像如此重要有两个原因:第一，作为虹膜识别系统的输入信号，虹膜图像的内容限定了用于特征提取与匹配的图像内容，而这与识别精度直接有关第二，速度经常是实际应用中的瓶颈，高质量的虹膜图像删除了非虹膜部分的信息，避免虹膜识别过程中对无用信息的比对，从而大幅度地提高了虹膜识别系统的速度。
[0004]人眼反射光中，虹膜的亮度介于瞳孔与巩膜之间。常规的虹膜识别系统利用人眼或人脸的亮度特性进行曝光，因此，获得的虹膜图像中，虹膜区域所占的灰度范围比较小，丢失了很多纹理细节特征，所以采用这种方法是很难用普通的CCD镜头捕获到高质量的虹膜图像。现有的虹膜识别设备中都是采用昂贵的图像采集设备来获取高质量的虹膜图像。对输入图像的约束必然导致是在图像采集期间过程中对用户的约束，从而限制了该项技术的普及性。很显然，一个集价格低廉、使用简单方便、数据处理速度快而且鲁棒性好等优点的非接触式高质量虹膜图像采集系统是备受期待的。
[0005]然而，在本发明之前，传统的识别系统中，采用直方图匹配的方法扩大虹膜纹理的灰度范围，对图像进行二值化处理，将虹膜以外的区域的灰度值分别处理为O和1，然后再将处理后的灰度直方图拉伸，使其灰度等级分布范围为0-255。但是这种方法做法并不能恢复丢失的纹理特征，对提高虹膜纹理对比度效果不佳。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种能恢复丢失的虹膜纹理特征、提高虹膜纹理对比度的用于虹膜识别的自动曝光控制方法及装置。
[0007]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1:获取CXD图像传感器采集到的人眼图像信号；
[0009]步骤2:对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号；
[0010]步骤3:对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号；
[0011]步骤4:将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
[0012]本发明的有益效果是:算法简单，计算量小，效果好，能够快速精确地得到高质量的虹膜纹理图像；使用简单，对使用者没有技术要求；成本低，所有部件都是虹膜识别系统中的基础部件，没有额外开支；使用FPGA处理图像数据，速度快，耗时小；自动调节曝光时间，在光线不好的条件下也能得到高质量的虹膜图像；调节曝光时间的过程中可以检测瞳孔大小的变化。
[0013]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014]进一步,所述步骤4进一步包括:
[0015]步骤4.1:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间；
[0016]步骤4.2:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号；
[0017]步骤4.3:自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号；
[0018]步骤4.4:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计
算偏移量；
[0019]步骤4.5:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号进行偏移
量调整。
[0020]进一步，一种用于虹膜识别的自动曝光控制装置，包括获取模块，灰度处理模块，积分处理模块和调节模块；
[0021]所述获取模块，用于获取CXD图像传感器采集到的人眼图像信号，将人眼图像信号发送给所述灰度处理模块；
[0022]所述灰度处理模块，用于对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号，将灰度直方图信号发送给所述积分处理模块；
[0023]所述积分处理模块，用于对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号，将积分图像信号发送给所述调节模块；
[0024]所述调节模块，用于将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
[0025]进一步，所述调节模块包括曝光计算子模块，初次放大子模块，二次放大子模块，偏移计算子模块和偏移调整子模块；
[0026]所述曝光计算子模块，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间，将曝光时间发送给初次放大子模块；
[0027]所述初次放大子模块，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号，将初次放大图像信号发送给所述二次放大子模块；
[0028]所述二次放大子模块，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号，将二次放大图像信号发送给偏移调整子模块；
[0029]所述偏移计算子模块，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计算偏移量，将偏移量发送给偏移调整子模块；
[0030]所述偏移调整子模块，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号利用偏移量进行调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明方法步骤流程图；
[0032]图2为本发明装置结构图；
[0033]图3为本发明自动曝光控制电路示意图。
[0034]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0035]1、获取模块，2、灰度处理模块，3、积分处理模块，4、调节模块，4-1、曝光计算子模块，4-2、初次放大子模块，4-3、二次放大子模块，4-4、偏移计算子模块，4-5、偏移调整子模块。
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0037]如图1所示，为本发明方法步骤流程图；图2为本发明装置结构图；图3为本发明自动曝光控制电路示意图。
[0038]实施例1
[0039]一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法，包括以下步骤:
[0040]步骤1:获取CXD图像传感器采集到的人眼图像信号；
[0041]步骤2:对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号；
[0042]步骤3:对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号；
[0043]步骤4:将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
[0044]所述步骤4进一步包括:
[0045]步骤4.1:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间；
[0046]步骤4.2:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号；
[0047]步骤4.3:自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号；
[0048]步骤4.4:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计
算偏移量； [0049]步骤4.5:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号进行偏移
量调整。
[0050]一种用于虹膜识别的自动曝光控制装置，包括获取模块1，灰度处理模块2，积分处理模块3和调节模块4 ；
[0051]所述获取模块I，用于获取CXD图像传感器采集到的人眼图像信号，将人眼图像信号发送给所述灰度处理模块2 ；
[0052]所述灰度处理模块2，用于对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号，将灰度直方图信号发送给所述积分处理模块3 ；
[0053]所述积分处理模块3，用于对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号，将积分图像信号发送给所述调节模块4 ；
[0054]所述调节模块4，用于将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
[0055]所述调节模块4包括曝光计算子模块4-1，初次放大子模块4-2，二次放大子模块4-3，偏移计算子模块4-4和偏移调整子模块4-5 ；
[0056]所述曝光计算子模块4-1，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间，将曝光时间发送给初次放大子模块4-2 ；
[0057]所述初次放大子模块4-2，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号，将初次放大图像信号发送给所述二次放大子模块4-3 ；
[0058]所述二次放大子模块4-3，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号，将二次放大图像信号发送给偏移调整子模块4-5 ；
[0059]所述偏移计算子模块4-4，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计算偏移量，将偏移量发送给偏移调整子模块4-5 ；
[0060]所述偏移调整子模块4-5，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号利用偏移量进行调整。
[0061 ] C⑶输出的是模拟信号，而FPGA只能处理数字信号，所以CXD的输出信号首先经过ADC将模拟信号转变为数字信号。将目标图像的亮度定义为X，那么经过CCD后得到的电压值为β Qx 由曝光时间决定)。将β Qx送到PGA (放大倍数为P1),那么ADC输出的信号变为:
[0062]y= β X+ α ( β = β 0 β ^
[0063]α与PGA的另外一个输入信号有关,可自动调节,它改变了信号的偏移量，β改变了输入信号的增益。在α和β的作用下，我们使输入信号X线性变换为指定大小与方向的输出信号I。
[0064]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于虹膜识别的自动曝光控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:获取CCD图像传感器采集到的人眼图像信号； 步骤2:对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号； 步骤3:对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号； 步骤4:将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
2.根据权利要求1所述的用于虹膜识别的自动曝光控制方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括: 步骤4.1:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间； 步骤4.2:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号； 步骤4.3:自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号； 步骤4.4:自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计算偏移量; 步骤4.5:自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号进行偏移量调M`iF.0
3.一种用于虹膜识别的自动曝光控制装置，其特征在于:包括获取模块(I )，灰度处理模块(2)，积分处理模块(3)和调节模块(4)； 所述获取模块(1)，用于获取CCD图像传感器采集到的人眼图像信号，将人眼图像信号发送给所述灰度处理模块(2)； 所述灰度处理模块(2)，用于对人眼图像信号做灰度处理，得到灰度直方图信号，将灰度直方图信号发送给所述积分处理模块(3)； 所述积分处理模块(3)，用于对灰度直方图信号做积分处理，得到带有虹膜分布区域的积分图像信号，将积分图像信号发送给所述调节模块(4 ); 所述调节模块(4)，用于将积分图像信号发送给自动曝光控制电路，自动曝光控制电路调节积分图像信号的曝光时间和偏移量，得到虹膜图像。
4.根据权利要求3所述的用于虹膜识别的自动曝光控制装置，其特征在于:所述调节模块(4)包括曝光计算子模块(4-1)，初次放大子模块(4-2)，二次放大子模块(4-3)，偏移计算子模块(4-4)和偏移调整子模块(4-5)； 所述曝光计算子模块(4-1)，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第二阈值计算曝光时间，将曝光时间发送给初次放大子模块(4-2)； 所述初次放大子模块(4-2)，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将积分图像信号根据曝光时间进行初次放大，得到初次放大图像信号，将初次放大图像信号发送给所述二次放大子模块(4-3); 所述二次放大子模块(4-3)，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器利用可编程控制放大器对初次放大图像信号进行放大，得到二次放大图像信号，将二次放大图像信号发送给偏移调整子模块(4-5)；所述偏移计算子模块(4-4)，用于自动曝光控制电路中的FPGA根据与灰度直方图信号邻近的第一阈值计算偏移量，将偏移量发送给偏移调整子模块(4-5); 所述偏移调整子模块(4-5)，用于自动曝光控制电路中的相机信号处理器将二次放大图像信号利用偏移量进行调 整。
【文档编号】H04N5/235GK103491312SQ201310456326
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】高俊雄, 易开军 申请人:武汉虹识技术有限公司