Устройство для получения изображений радужных оболочек глаз
Полезная модель относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц путем идентификации личности по изображению ее радужной оболочки глаза (РОГ) и может быть использовано при диагностике состояния органов и функциональных систем организма по РОГ.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для получения изображений радужных оболочек глаз (РОГ) человека направлено на упрощение конструкции, условий эксплуатации и возможность одновременного получения нескольких наборов характеристических признаков, т.е. нескольких кодов, что обеспечивает повышение точности и скорости идентификации личности.
Указанный результат достигается тем, что устройство для получения изображений радужных оболочек глаза (РОГ) человека включает средство подсветки РОГ в одном или нескольких спектральных диапазонах, близких к видимому диапазону, средство регистрации отраженного от глаз сигнала и средство обработки полученных изображений включающее блок обнаружения на изображении центров зрачков глаз, блок определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков, блок обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей, блок формирования кодов и блок их хранения. 1 илл.
Полезная модель относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц путем идентификации личности по изображению ее радужной оболочки глаза (РОГ) и может быть использовано при диагностике состояния органов и функциональных систем организма по РОГ.
Известны различные технологические процессы и устройства для того, чтобы опознать человека по совокупности особенных, только ему присущих признаков, которые присутствуют на радужной оболочке глаза (см. US 4641349 [1]).
Известно устройство для идентификации человека по его радужной оболочке глаза (РОГ), которое представляет собой средство для регистрации РОГ в виде видеокамеры с объективом и соединенный с ней блок обработки получаемой информации (см. JP 10137223 [2]). Блок обработки информации соединен со средствами передачи информации человеку, личность которого должна быть идентифицирована. Это средство выполнено в виде громкоговорителя, который сообщает идентифицируемой личности информацию о необходимости изменения его месторасположения для получения оптимального для распознавания изображения РОГ. Недостатком известной системы является ее относительная сложность, которая заключается в том, что система получения информации по РОГ должна осуществить достаточно быстрый ее анализ, выявить недостатки (например, четкости изображения) и через достаточно сложную систему звукового оповещения указать опознаваемой личности на необходимость тех или иных перемещений относительно средств фиксации РОГ.
Известно устройство идентификации личности по изображению ее радужной оболочки глаза, которое содержит средство регистрации изображений РОГ людей в виде телевизионной камеры, средство подсветки РОГ идентифицируемого человека, в качестве которого используется полупроводниковый источник излучения (см. JP 10137220 [3]), и средство формирования на их основе базы данных, которая затем используется для идентификации личности. При этом в процессе регистрации изображения РОГ глаз подсвечивается оптическим излучением в узком спектральном диапазоне. Каждое изображение перед помещением его в базу данных подвергается обработке в компьютере с помощью специального программного обеспечения и хранится в виде определенного кода. Для осуществления процесса идентификации личности производят регистрацию изображения ее РОГ, подвергают зафиксированное изображение обработке и сравнению с хранящимися в базе данных.
Недостатком известного устройства идентификации личности является его относительно невысокая точность поскольку для идентификации личности используется один набор характеристических признаков т.е. один код.
Наиболее близким к заявляемому является известное устройство идентификации личности по изображению ее радужной оболочки глаза, которое содержит средство регистрации изображений. Было установлено, что использование подсветки в одном спектральном диапазоне из-за различий в окраске пигмента РОГ в ряде случаев не позволяет точно определить границу между белком и радужной оболочкой, а кроме того, часть характеристических признаков РОГ не выявляется из-за слабой контрастности при использовании подсветки, длина волны которой близка к цвету этих элементов. Поэтому в известном устройстве установлено несколько осветителей с различной длиной волны испускаемого излучения. Глаз идентифицируемой личности сначала освещают светом, близким к инфракрасному, выявляют цвет пигмента РОГ и в зависимости от этого выбирают длину волны источника оптического излучения, используемого для подсветки РОГ в момент регистрации ее изображения. В результате обработки изображения формируется соответствующий ему код, который хранится в базе данных и используется для сравнения с текущим значением кода, создаваемым при повторной регистрации изображения РОГ идентифицируемой личности (JP 2006031185 [4]).
Недостатком известного устройства идентификации личности, несмотря на то, что получаемые коды несут информацию о большем количестве характеристических элементов, является его относительно невысокая точность поскольку для идентификации личности используется один набор характеристических признаков, т.е. один код. Кроме того, устройство имеет относительно сложную конструкцию, сложно в эксплуатации и требует достаточно большого времени для получения изображений РОГ из-за необходимости подбора оптимальной длины излучения для получения качественного изображения, необходимого для идентификации. Процесс создания кода для его помещения в базу данных и для идентификации личности путем сравнения повторно полученного кода с имеющимися также требует достаточно большого времени и может привести к ошибкам из-за того, что идентифицируемая личность в момент фиксации требуемых для этого изображений может наклонить голову, в результате чего изображение, полученное в таких условиях может совпасть с изображениями РОГ других, идентифицированных ранее, личностей, полученных при «нормальном» размещении лица в поле зрения регистрирующего устройства. Кроме того при формировании идентификационного кода не учитывается угол наклона головы и соответственно поворота РОГ в определенных пределах вследствие физически неоднозначного подхода идентифицируемой личности к полю зрения средств фиксации изображения РОГ, что значительно увеличивает время идентификации вследствие перебора углов наклона полученного изображения РОГ с одновременным сравнением с хранимыми в базе данных.
Заявляемое в качестве полезной модели устройство для получения изображений радужных оболочек глаз (РОГ) человека направлено на упрощение конструкции, условий эксплуатации и возможность одновременного получения нескольких наборов характеристических признаков, т.е. нескольких кодов, что обеспечивает повышение точности и скорости идентификации личности.
Указанный результат достигается тем, что устройство для получения изображений радужных оболочек глаза (РОГ) человека включает средство подсветки РОГ в одном или нескольких спектральных диапазонах, близких к видимому диапазону, средство регистрации отраженного от глаз сигнала и средство обработки полученных изображений включающее блок обнаружения на изображении центров зрачков глаз, блок определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков, блок обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей, блок формирования кодов и блок их хранения.
Снабжение устройства средством подсветки РОГ в одном или нескольких спектральных диапазонах, близких к видимому диапазону позволяет получить несколько изображений одной и той же РОГ, в которых характерные точки (элементы изображения) будут иметь различное местоположение в одной и той же координатной сетке. При этом характеристические признаки, которые имеют низкий контраст в одном цветовом спектре и/или при освещении излучением одной длины волны могут быть не приняты во внимание системой распознавания и обработки изображений, получаются более контрастными в другом цветовом спектре и/или при освещении излучением соответствующей другой длины волны. Это в свою очередь позволяет формировать идентификационные коды по каждому из изображений, при этом каждый код является строго индивидуальным и принадлежащим только этой личности. Поэтому идентификация, осуществляемая сразу по нескольким кодам, многократно повышает точность идентификации личности, поскольку личность считается однозначно установленной, когда совпадают все коды, полученные при обработке нескольких изображений.
Использование в процессе регистрации РОГ подсветки оптическим излучением, спектральный диапазон которого близок к видимому свету, повышает точность идентификации, поскольку, с одной стороны, позволяет получить цветное изображение РОГ практически без искажений спектральных характеристик ее элементов, а, с другой стороны, подбирать достаточно большое количество спектров (или спектральных линий, или спектральных диапазонов), в которых можно осуществлять обработку этого изображения.
Снабжение устройства средством регистрации отраженного от глаз сигнала позволяет фиксировать изображение РОГ для дальнейшей обработки полученных изображений и их хранения.
Снабжение устройства средством обработки полученных изображений необходимо для того, чтобы сформировать коды идентификации на их основе.
Снабжение средства обработки полученных изображений блоком обнаружения на изображении центров зрачков глаз и блоком определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков позволяет существенно ускорить как формирование кодов для хранения, так и их сравнение с кодами идентифицируемой в данный момент личностью, а также повысить точность идентификации даже в том случае, если для подсветки используется излучение с одной длинной волны (монохромное). Действительно, если учесть, что идентифицируемая личность в момент фиксации требуемых для этого изображений может наклонить голову, в результате чего изображение, полученное в таких условиях может совпасть с изображениями РОГ других, идентифицированных ранее, личностей, полученных при «нормальном» размещении лица в поле зрения, то построение базисной прямой, соединяющей центры зрачков позволяет определить (восстановить) «нормальное» положение лица и тем самым избежать ошибок. Соответственно построение базисной прямой, соединяющей центры зрачков позволяет использовать ее в качестве основы для формирования нормализованной координатной сетки, в которой ведется расчет местоположения характеристических элементов РОГ, формирование кодов идентификации. А проведение расчетов в нормализованной координатной сетке сокращает время на формирование кодов идентификации.
В качестве средств подсветки могут быть использованы любые известные монохроматические или близкие к ним (с узким спектральным диапазоном) источники излучения - лампы накаливания с соответствующими светофильтрами, светодиоды и т.д.
В качестве средств регистрации изображения могут быть использованы любые из числа известных - видеокамеры, цифровые фотокамеры и т.п., но для того чтобы зафиксированное изображение можно было бы легко перевести в цифровую форму и подвергать обработке (анализу, шифрованию, распознаванию) с помощью компьютера целесообразно в качестве таковых использовать матрицы ПЗС или КМОП.
В качестве средства обработки полученных изображений включающего блок обнаружения на изображении центров зрачков глаз, блок определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков, блок обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей, блок формирования кодов и блок их хранения может использоваться персональный компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Например, набором таких программ как: программа определения координат глаз относительно заданного центра отсчета; программа построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков; программа обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей; программа формирования кодов; база данных для хранения кодов.
Сущность заявляемого устройства поясняется примером его реализации и чертежом, на котором показана в самом общем виде принципиальная схема устройства для регистрации РОГ.
Устройство для получения изображения РОГ в самом общем случае содержит средство 1 для подсветки РОГ в одном или нескольких спектральных диапазонах, близких к видимому диапазону, средство 2 регистрации отраженного от глаз сигнала, которое находится в поле зрения оптической проекционной системы 3, которая строит изображение регистрируемой РОГ в плоскости фоточувствительных элементов ПЗС матрицы и средство 4 обработки полученных изображений. Средство 1 для подсветки РОГ, средство 2 регистрации отраженного от глаз сигнала и оптическая проекционная система 3 могут быть размещены в общем корпусе (на чертеже не показан)
Средство 4 обработки, в качестве которого может использоваться персональный компьютер, включает блок 5 обнаружения на изображении центров зрачков глаз, блок 6 определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков, блок 7 обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей, блок 8 формирования кодов и блок 9 хранения кодов.
Устройство используется следующим образом. Идентифицируемая личность размещается в поле зрения оптической проекционной системы 3 которая строит изображение регистрируемой РОГ в плоскости фоточувствительных элементов средств регистрации 2 (ПЗС матрицы), позволяющих получить качественное изображение РОГ. При этом в процессе регистрации изображения РОГ ее подсвечивают оптическим излучением от источников 1 с различными спектральными диапазонами или длинами волн. Для этой цели могут быть использованы известные источники излучения, например светодиоды определенного диапазона свечения или другие источники. Полученное изображение преобразуется в цифровой вид и передается в средство 4 обработки полученных изображений (персональный компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением) В соответствии с программами обработки изображений, в блоке 5 обнаружения на изображении центров зрачков глаз осуществляется вычисление местоположения центров зрачков глаз, а затем в блоке 6 определяются координаты глаз относительно заданного центра отсчета и построение базисной прямой, соединяющей центры зрачков. В качестве заданного центра отсчета может быть выбран, например, центр левого зрачка. Тогда ось абсцисс откладывается вдоль прямой, соединяющей центры зрачков глаз, и направлена в сторону правого глаза. Другой вариант выбора центра координат - середина отрезка, соединяющего центры зрачков обоих глаз. Ось абсцисс ориентируется вдоль этого отрезка.
В блоке 7 обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке осуществляется выделение информационных областей, затем улучшение их качества за счет алгоритмов цифровой фильтрации, перевод полезной информации в вид, пригодный для сравнения. На этапе выделения информационных областей производится поиск визуальных помех (ресниц, век и бликов) в кадре. Информационная область глаза - вся площадь радужной оболочки, за исключением площади, занимаемой визуальными помехами. Цифровая фильтрация необходима для уменьшения уровня шума в кадре, выделения перепадов интенсивности цвета в разных спектральных диапазонах. На этапе перевода подготовленного изображения в код, происходит сжатие изображения в массив данных (код) таким образом, что можно ввести меру схожести этих кодов с целью идентификации или верификации личности человека.
На основании выделения и анализа изображений РОГ формируются коды каждого из них, которые сохраняются в базе данных как эталонные. В последующем, когда возникает проблема идентификации личности с целью разрешения ее доступа или прохода, например, в охраняемую зону, какое-либо хранилище, при пересечении границ государства, то процедура, описанная выше, повторяется, за исключением того, что полученные при этой идентификации коды сравниваются с уже хранящимися в базе данных и при совпадении кодов идентифицированной личности разрешается доступ или проход.
Устройство для получения изображений радужных оболочек глаза (РОГ) человека включающее средство подсветки РОГ в одном или нескольких спектральных диапазонах, близких к видимому диапазону, средство регистрации отраженного от глаз сигнала и средство обработки полученных изображений, включающее блок обнаружения на изображении центров зрачков глаз, блок определения координат глаз относительно заданного центра отсчета и построения базисной прямой, соединяющей центры зрачков, блок обработки изображений РОГ в нормализованной координатной сетке с сегментацией и выделением информационных областей, блок формирования кодов и блок их хранения.
