一種遠(yuǎn)距離多模態(tài)生物特征識別方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)、圖像處理和模式識別等技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種遠(yuǎn)距離多模態(tài)生物特征識別方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，生物特征識別技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。生物特征主要有包括幾種模態(tài):人臉、指紋、虹膜、掌紋、手形、步態(tài)、聲音、簽名等。
[0003]其中，面部區(qū)域作為人體所受遮擋最少的部位，較易獲得相應(yīng)的圖像特征信息，因此人臉和虹膜成為目前常用的生物特征模態(tài)。人臉模態(tài)與虹膜模態(tài)相比，具有圖像方便獲取的優(yōu)點(diǎn)，但其易受表情、年齡、光照等因素影響，識別率大大低于虹膜特征識別。虹膜特征雖然是目前準(zhǔn)確度最高、防偽性最好的生物模態(tài)，但是，由于虹膜尺寸較小，難以進(jìn)行虹膜圖像獲取，虹膜圖像獲取是虹膜識別過程中較為困難的環(huán)節(jié)。
[0004]目前，商業(yè)應(yīng)用較為成熟的虹膜或者人臉識別設(shè)備大多采用低像素和短焦距定焦鏡頭，拍攝距離近，一般通過限制站立距離(50cm內(nèi))來完成虹膜識別或者人臉識別。這種近距離的識別方式限制了虹膜識別/人臉識別在大范圍場景下的應(yīng)用，因此，目前開展對遠(yuǎn)距離生物特征識別系統(tǒng)的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。由于虹膜尺寸較小，所以遠(yuǎn)距離虹膜識別系統(tǒng)的研發(fā)面臨更多的挑戰(zhàn)，近年來部分研究機(jī)構(gòu)也積極開展相關(guān)研究，在基于攝像機(jī)陣列和基于旋轉(zhuǎn)云臺這兩種人機(jī)交互形式的遠(yuǎn)距離虹膜識別系統(tǒng)研發(fā)方面做了大量工作，拓展了虹膜識別的使用距離，但是，仍然存在虹膜圖像分辨率低、用戶定位響應(yīng)較慢或定位不準(zhǔn)、系統(tǒng)延遲造成虹膜圖像較易出現(xiàn)離焦模糊等問題，影響了遠(yuǎn)距離虹膜識別系統(tǒng)的商業(yè)推廣進(jìn)程。
[0005]因此，目前迫切需要開發(fā)出一種技術(shù)，其可以進(jìn)行多模態(tài)生物特征識別，相比較傳統(tǒng)的單生物特征識別而言，不僅可以實(shí)現(xiàn)各特征間的揚(yáng)長避短、優(yōu)勢互補(bǔ)，而且可以在遠(yuǎn)距離識別的同時(shí)，進(jìn)一步提高識別的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高分辨、高速的多模態(tài)生物特征識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種遠(yuǎn)距離多模態(tài)生物特征識別方法及其系統(tǒng)，其利用虹膜模態(tài)和人臉模態(tài)相結(jié)合的多模態(tài)生物特征識別技術(shù)，構(gòu)建高精度光學(xué)系統(tǒng)平臺，采用智能人機(jī)交互方式，比較傳統(tǒng)的單生物特征識別而言，不僅可以實(shí)現(xiàn)各特征間的揚(yáng)長避短、優(yōu)勢互補(bǔ)，而且可以在遠(yuǎn)距離識別的同時(shí)，進(jìn)一步提高識別的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高分辨、高速的多模態(tài)生物特征識別，有利于提高用戶的產(chǎn)品使用感受，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。
[0007]為此，本發(fā)明提供了一種遠(yuǎn)距離多模態(tài)生物特征識別方法，包括步驟:
[0008]第一步:拍攝采集用戶的深度圖像，獲得用戶的深度信息；
[0009]第二步:根據(jù)所獲得的用戶的深度信息，獲得用戶所在位置的深度距離；
[0010]第三步:判斷用戶所在位置的深度距離是否位于用戶預(yù)設(shè)的距離范圍之內(nèi)，如果是，則向用戶發(fā)出預(yù)設(shè)的人臉圖像拍攝開始提示信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟第四步，如果否，當(dāng)所述深度距離小于用戶預(yù)設(shè)距離范圍的最小閥值時(shí)或者大于最大閥值時(shí)，分別對應(yīng)發(fā)出預(yù)設(shè)的人臉圖像拍攝準(zhǔn)備提示信息；
[0011]第四步:拍攝采集用戶的正面圖像；
[0012]第五步:對所拍攝采集的用戶的正面圖像進(jìn)行人臉檢測，然后定位分割獲得用戶正面圖像中的人臉圖像；
[0013]第六步:判斷所獲得的人臉圖像具有的圖像質(zhì)量參數(shù)是否位于預(yù)設(shè)的人臉圖像質(zhì)量參數(shù)的數(shù)值范圍內(nèi)，如果是，則將所述人臉圖像實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲，如果否，返回執(zhí)行步驟第四步；
[0014]第七步:向用戶發(fā)出虹膜成像所需的近紅外光，并拍攝采集用戶的人臉部分區(qū)域圖像，以及從所述人臉部分區(qū)域圖像中分割獲得人眼區(qū)域圖像;第八步:對所獲得的用戶的人眼區(qū)域圖像進(jìn)行人眼檢測，然后定位分割獲得用戶人眼區(qū)域圖像中的人眼局部圖像；
[0015]第九步:判斷所獲得的人眼局部圖像具有的圖像質(zhì)量參數(shù)是否位于預(yù)設(shè)的人眼圖像質(zhì)量參數(shù)數(shù)值范圍內(nèi)，如果是，則將所述人眼局部圖像實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲，如果否，返回執(zhí)行步驟第七步；
[0016]第十步:對人眼局部圖像中的虹膜區(qū)域進(jìn)行定位，然后抽取所存儲的當(dāng)前用戶的人臉圖像具有的人臉特征以及抽取人眼局部圖像中虹膜區(qū)域具有的虹膜特征，并將該用戶具有的人臉特征和虹膜特征與預(yù)先存儲的多個(gè)合法用戶分別具有的人臉特征和虹膜特征信息進(jìn)行比較匹配，完成識別過程。
[0017]其中，在所述第一步和第二步中，通過深度攝像機(jī)采集拍攝采集用戶的深度圖像，獲得用戶所在位置的深度距離。
[0018]其中，在所述第四步中，通過人臉攝像機(jī)來采集用戶的正面圖像；
[0019]所述人臉攝像機(jī)為自動(dòng)變焦攝像機(jī)或者數(shù)字重對焦的光場攝像機(jī)。
[0020]其中，在所述第七步中，通過由LED陣列組成的光源向用戶發(fā)出虹膜成像所需的近紅外光，以及通過虹膜攝像機(jī)拍攝采集用戶的人臉部分區(qū)域圖像；
[0021 ]所述虹膜攝像機(jī)為自動(dòng)變焦攝像機(jī)或者數(shù)字重對焦的光場攝像機(jī)。
[0022]此外，本發(fā)明還提供了一種遠(yuǎn)距離多模態(tài)生物特征識別系統(tǒng)，包括:
[0023]深度攝像機(jī)，用于拍攝采集用戶的深度圖像，獲得用戶的深度信息；
[0024]中央處理控制模塊，與深度攝像機(jī)相連接，控制深度攝像機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)深度攝像機(jī)所獲得的用戶的深度信息，獲得用戶所在位置的深度距離，并判斷用戶所在位置的深度距離是否位于用戶預(yù)設(shè)的距離范圍之內(nèi)，如果是，則向用戶發(fā)出預(yù)設(shè)的人臉圖像拍攝開始提示信息，并觸發(fā)運(yùn)行人臉攝像機(jī)，如果否，當(dāng)所述深度距離小于用戶預(yù)設(shè)距離范圍的最小閥值時(shí)或者大于最大閥值時(shí)，分別對應(yīng)發(fā)出預(yù)設(shè)的人臉圖像拍攝準(zhǔn)備提示信息；
[0025]人臉攝像機(jī)，用于拍攝采集用戶的正面圖像；
[0026]所述中央處理控制模塊還與人臉攝像機(jī)相連接，用于對人臉攝像機(jī)所拍攝采集的用戶的正面圖像進(jìn)行人臉檢測，然后定位分割獲得用戶正面圖像中的人臉圖像，以及判斷所獲得的人臉圖像具有的圖像質(zhì)量參數(shù)是否位于預(yù)設(shè)的人臉圖像質(zhì)量參數(shù)的數(shù)值范圍內(nèi)，如果是，則將所述人臉圖像實(shí)時(shí)存儲到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)存儲識別單元，以及觸發(fā)運(yùn)行光源模塊和虹膜攝像機(jī)，如果否，繼續(xù)控制人臉攝像機(jī)拍攝采集用戶的正面圖像；
[0027]光源模塊，用于向用戶發(fā)出虹膜成像所需的近紅外光；
[0028]虹膜攝像機(jī)，用于拍攝采集用戶的人臉部分區(qū)域圖像，以及從所述人臉部分區(qū)域圖像中分割獲得人眼區(qū)域圖像；
[0029]所述中央處理控制模塊還與虹膜攝像機(jī)相連接，用于控制虹膜攝像機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，并對虹膜攝像機(jī)所采集獲得的用戶的人眼區(qū)域圖像進(jìn)行人眼檢測，然后定位分割獲得用戶人眼區(qū)域圖像中的人眼局部圖像，以及判斷所獲得的人眼局部圖像具有的圖像質(zhì)量參數(shù)是否位于預(yù)設(shè)的人眼圖像質(zhì)量參數(shù)數(shù)值范圍內(nèi)，如果是，則將所述人眼局部圖像實(shí)時(shí)存儲到預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)存儲識別單元，如果否，繼續(xù)控制運(yùn)行光源模塊和虹膜攝像機(jī)；
[0030]預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)存儲識別單元，與所述中央處理控制模塊相連接，用于實(shí)時(shí)存儲所述中央處理控制模塊發(fā)來的用戶人臉圖像和人眼局部圖像，并抽取所存儲的當(dāng)前用戶的人臉圖像具有的人臉特征和人眼局部圖像虹膜區(qū)域具有的虹膜特征，以及將該用戶具有的人臉特征和虹膜特征與預(yù)先存儲的多個(gè)合法用戶分別具有的人臉特征和虹膜特征信息進(jìn)行比較匹配，完成識別過程。
[0031]其中，包括系統(tǒng)外殼，所述系統(tǒng)外殼的正面下端具有所述中央處理控制模塊，所述中央處理控制模塊的正上方設(shè)置有所述光源模塊，所述光源模塊的正上方設(shè)置有顯示屏，所述顯示屏的上下兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)所述虹膜攝像機(jī)；
[0032]所述兩個(gè)虹膜攝像機(jī)在垂直方向呈上下分布，分別用于采集不同身高的用戶的人臉部分區(qū)域圖像。
[0033]所述顯示屏的左側(cè)設(shè)置有所述人臉攝像機(jī)，所述顯示屏的右側(cè)設(shè)置有所述深度攝像機(jī)，所述深度攝像機(jī)的上方具有揚(yáng)聲器。
[0034]其中，所述深度攝像機(jī)包括飛行時(shí)間法TOF攝像機(jī)、結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)和激光掃描深度相機(jī)中的任意一種;所述人臉攝像機(jī)為自動(dòng)變焦攝像機(jī)或者數(shù)字重對焦光場攝像機(jī);所述虹膜攝像機(jī)為自動(dòng)變焦攝像機(jī)或者數(shù)字重對焦光場攝像機(jī)。
[0035]其中，當(dāng)所述人臉攝像機(jī)和虹膜攝像機(jī)均為自動(dòng)變焦攝像機(jī)時(shí)，所述人臉攝像機(jī)和虹膜攝像機(jī)采取的自動(dòng)變焦方式具體為:通過移動(dòng)自動(dòng)變焦攝像機(jī)的鏡頭光心實(shí)現(xiàn)變焦，或者通過控制自動(dòng)變焦攝像機(jī)的傳感器移動(dòng)實(shí)現(xiàn)變焦。
[0036]其中，所述預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)存儲識別單為具有數(shù)據(jù)存儲功能的云平臺或者遠(yuǎn)程服務(wù)器。
[0037]其中，所述中央處理控制模塊包括自動(dòng)變焦控制子模塊和數(shù)字重對焦控制子模塊，其中:
[0038]自動(dòng)變焦控制子模塊，分別與人臉攝像