[发明专利]大景深成像系统和虹膜识别系统

说明书

优先权要求

本申请要求于2007年4月6日提交的欧洲专利申请No.EP 07300936.7的优先权权益，该申请在此引入作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及成像系统，具体地涉及大景深成像系统，更具 体地地涉及大景深虹膜识别系统。

背景技术

人类有多个唯一的物理特征，例如指纹、虹膜图案和声音，对这 些特征的测量使得能够将人相互区别开。测量这种特征的科学称为“生 物测量学”。

对人虹膜图案进行测量用以执行生物测量识别(“鉴别”)称为 “虹膜识别”。虹膜识别涉及拍摄人虹膜的图像，然后利用图案识别 技术来创建眼睛“指纹”的等价物。但是，与指纹不同，虹膜图像是 以比指纹更不突出的方式获得的，因为它们不需要与对象的物理接触。

关于虹膜识别系统的早期工作在如下文献中得到了描述：2004 年1月的IEEE transactions 0n Circuits and Systems for Video Technology 14(1)上第21-33页的由John G.Daugman所写的文章 “How iris recognition works”、题为“Biometric personal identification system based on iris analysis”的授予Daugman的美国 专利No.5,291,560以及题为“Iris recognition system”的授予Flom 等人的美国专利No.4,641,349，这些文章与专利在此引入作为参考。

虹膜识别要求以相当高的分辨率对一个或两个虹膜成像，使得可 以捕捉到尽可能多的虹膜细节。成像还必须在相当大的景深上执行， 这是因为虹膜是三维的，而且还因为在对象眼睛相对于捕捉其虹膜图 像的光学系统的精确位置需要一些宽容度。光学系统还必须具有足以 不仅捕捉整个虹膜而且还捕捉眼睛周围的一部分脸的视场(FOV)， 以便执行必要的图像处理。

许多虹膜识别系统的主要缺陷是大景深、足够大的FOV及高分 辨率的光学系统需求是有些矛盾的。例如，高分辨率成像系统需要相 对大的数值孔径(NA)(即，低F/#)，而大景深需要相对低的NA (或者高F/#)。相对高的NA还降低了光学系统的聚光能力，使得 需要更长时间的曝光来捕捉虹膜图像。这又需要对象更长时间地保持 固定不动以及其眼睛不移动(或者不眨眼)，以便虹膜图像不被模糊 或者遮挡。

已经采用多种不同的方法来克服由光学设计造成的挑战，包括利 用波前编码和相当复杂的光学系统。但是，仍然存在对具有简单但鲁 棒的光学系统的虹膜识别系统的需求，其中该光学系统在很大的环境 与条件变动范围内提供必需的光学成像性能。

发明内容

本发明的一方面是用于在大景深(DOF)中捕捉人的一个或两个 虹膜的图像的虹膜识别(I-R)系统。该I-R系统包括照明系统，该照 明系统适于i)以成像波长λ_IM照射人的脸部区域，其中脸部区域包括 一个或两个眼睛以及至少人的前额部分，及ii)在前额部分形成斑点。 该I-R系统还包括光学系统，该光学系统在大景深DOF内具有物平面， 在对应大的焦深DOF’内具有像平面。图像传感器布置在像平面处。 该光学系统在成像波长λ_IM具有一定量的球面像差(SA)，使得与衍 射受限的光学系统相比，景深DOF增加50％到500％之间的一个量。 该光学系统配置成当脸部区域放到景深DOF中时，在图像传感器上 形成脸部区域的图像。脸部区域的图像包括前额斑点的图像。该I-R 系统还包括电连接到图像传感器和照明系统的控制器。该控制器适于 控制并协调照明系统与图像传感器的操作。它还适于对脸部区域的图 像执行图像处理，以便基于利用从前额斑点获得的前额距离信息形成 的增强调制传递函数(MTF)来形成一个或两个虹膜的增强图像。