DE10113950A1

DE10113950A1 - Iris recognition system for motor vehicle access authentication has a compact mirror arrangement that positions a user so that a camera is focussed on the eye for iris imaging

Info

Publication number: DE10113950A1
Application number: DE10113950A
Authority: DE
Inventors: Marcel Fenkart; Hans-Georg Leis; Hannes Wagner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-09-26

Abstract

Device (10) for recording the image of an iris (7) for iris recognition. A mirror system (9) comprises two mirror surfaces (1, 2) the first of which is partially reflecting, the second 100 % reflecting. Two mirror images are produced for the viewer. The mirror surfaces are made from hollow mirrors with concave surfaces. The center (12) of both mirrors transmits non-visible light emitted from LEDs (3) that is used by a camera (4) for image formation and iris recognition. The invention also relates to a corresponding iris recognition system for motor vehicle access authentication, that can be mounted inside or outside a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokussierung gemäß den gat tungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a device for image recording a device for optical focusing according to the gat tion-forming features of claim 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vor richtung zur optischen Fokussierung ist beispielsweise von der Firma Iri Scan Incorporated bekannt. Die Bildaufnahme erfolgt so, daß der Benutzer sich vor eine Optische Einheit begibt, ei ne Kamera mit Objektiv mittels Teilerspiegel ein Bild von dem Benutzer aufnimmt, das auf einem LCD-Display dargestellt wird, wodurch der Benutzer selbständig die Schärfe der Aufnahme beur teilen kann, und sich dementsprechend vor diese optische Ein heit positioniert und eine fokussiert scharfe Aufnahme seines Auges ermöglicht. Damit sich der Benutzer selbständig in die richtige Position vor der Kamera begeben kann, wird in der EP 0 910 986 A1 eine einfachere Vorrichtung zur optischen Fokussie rung offenbart. Die Vorrichtung dient vor allem zur Fokussie rung eines Auges vor einer Kamera zur Mustererkennung der Iris des Auges. Der Benutzer ist nah genug an der Kamera, wenn das Reflektionsbild, das er in einem Spiegel sieht, vom reellen verkehrten Bild in ein virtuelles aufrechtes Bild umschlägt. Hierzu weist die Vorrichtung einen sphärischen Spiegel mit ei ner konkaven Fläche auf, der zwischen Benutzer und Kamera ange ordnet ist. Sobald das Auge näher als eine Brennweite vom Hohl- . spiegel entfernt ist, wechselt das reelle, umgekehrte Bild des Auges in ein virtuelles, aufrechtes Bild. An diesem Punkt, wenn das umgekehrte reelle Bild in das aufrechte, virtuelle Bild wechselt, erkennt der Benutzer, dass er sich im Abstand einer Brennweite vom Hohlspiegel entfernt befindet. Wenn nun der Hohlspiegel mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist und folglich nur für sichtbares Licht reflektierend und für IR- Strahlung durchlässig ist, kann eine Kamera hinter dem Hohl spiegel auf die Distanz einer Brennweite des Hohlspiegels scharf gestellt werden. Dabei nimmt die Kamera ein für die Mus tererkennung scharfes Infrarot-Bild des Auges auf.A generic device for image recording with a front The direction of optical focusing is, for example, from Company known as Iri Scan Incorporated. The picture is taken so that the user goes in front of an optical unit, ei ne camera with lens using a splitter mirror a picture of that Record user that is displayed on an LCD display whereby the user independently judges the sharpness of the recording can share, and accordingly in front of this optical one positioned and a focused, sharp image of his Eye. So that the user independently in the can move to the correct position in front of the camera is described in EP 0 910 986 A1 a simpler device for optical focusing tion revealed. The device is used primarily for focusing of an eye in front of a camera for pattern recognition of the iris of the eye. The user is close enough to the camera if that Reflection image that he sees in a mirror from the real one turns the wrong image into a virtual upright image. For this purpose, the device has a spherical mirror with egg ner concave surface between the user and the camera is arranged. Once the eye is closer than a focal length from the hollow. mirror is removed, the real, inverted image of the Eye into a virtual, upright picture. At this point, though the reverse real image into the upright, virtual image changes, the user realizes that he is at a distance from one another Focal length from the concave mirror. If the Concave mirror is coated with a dielectric layer and consequently only reflecting for visible light and for IR Radiation is permeable, a camera can be behind the void mirror to the distance of a focal length of the concave mirror be focused. The camera takes for the mus detection sharp infrared image of the eye.

Bei dieser Art einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokussierung ist von Nachteil, daß um einen Umschlag vom reellen, verkehrten Bild in ein virtuelles, aufrechtes Bild beobachten zu können, der Hohlspiegel mindes tens den doppelten Durchmesser des Auges mit Lidpartie (50- 60 mm) aufweisen muß. Dies führt dazu, daß das Gesamtsystem sehr groß und damit für manche Anwendungen, wie beispielsweise An wendungen im Fahrzeug ungeeignet ist. Nachteilig ist auch, daß das Umschlagendes reellen verkehrten Bildes in ein virtuelles aufrechtes Bild nur eine ungefähre Positionsangabe des Auges bezüglich der Kamera liefert.In this type of device for image recording with a Device for optical focusing is disadvantageous in that an envelope from the real, wrong image to a virtual one To be able to observe an upright image, the concave mirror at least at least twice the diameter of the eye with the lid area (50- 60 mm). This leads to the overall system being very large and therefore for some applications, such as An in the vehicle is unsuitable. Another disadvantage is that the turning of the real wrong image into a virtual one upright image only an approximate position of the eye regarding the camera.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur opti schen Fokussierung insbesondere zur Irismustererkennung zu verbessern und zu verkleinern, damit sie auch bei wenig verfüg barem Platz verwendet werden kann.The object of the invention is therefore a device for opti focus in particular on iris pattern recognition improve and reduce, so that they are available even with little space can be used.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.According to the invention the task is characterized by the features of the spell 1 solved. Advantageous training and further education of the Er are subject of the invention by the features of the subclaims characterized.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß mit der Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur op tischen Fokussierung eine sehr genaue Bestimmung der Position des Auges bezüglich der Kamera zur Aufnahme des Bildes erfolgt. Vorteilhaft ist auch, daß die Bauform verringert wird, insbe sondere wenn man die beiden Hohlspiegel durch eine konvexe und eine konkave Linse ersetzt. Dies ermöglicht den Einbau in ein Mustererkennungssystem, das an Stellen mit wenig verfügbarem Platz eingebaut werden kann, so beispielsweise auch an Stellen in einem Fahrzeug.A major advantage of this arrangement is that with the device for image recording with a device for op table focusing a very precise determination of the position of the eye with respect to the camera for taking the picture. It is also advantageous that the design is reduced, in particular especially if you have the two concave mirrors by a convex and replaced a concave lens. This enables installation in a Pattern recognition system that in places with little available Space can be installed, for example in places in a vehicle.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Ver bindung mit einer Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an embodiment in Ver binding explained in more detail with a figure description. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokus sierung mit zwei Hohlspiegeln, Fig. 1 is a schematic representation of an apparatus for image recording with a device for optical focus tion with two concave mirrors,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokus sierung mit einer Linse als Spiegelsystem, sowie Fig. 2 is a schematic representation of a device for image recording with a device for optical focussing with a lens as a mirror system, and

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokus sierung mit zwei hintereinander angeordneten plan konkaven Linsen. Fig. 3 is a schematic representation of a device for image recording with a device for optical focussing with two planar concave lenses arranged one behind the other.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung 9 zur optischen Fokus sierung mit zwei Hohlspiegeln 1, 2. Die Vorrichtung 10 zur Bild aufnahme mit einer Vorrichtung 9 zur optischen Fokussierung dient insbesondere für die Mustererkennung wie bei einer Iris diagnose, wobei eine Kamera 4 hinter einem Spiegelsystem 9 an geordnet ist und das Spiegelsystem 9 das von der Kamera 4 auf zunehmende Objekt 7 zur Fokussierung des Objektes 7 spiegelt. Das Spiegelsystem 9 weist zwei hintereinander angeordnete Spie gelflächen 1, 2 auf. Fig. 1 shows a schematic representation of a device 10 for image recording with a device 9 for optical focussing with two concave mirrors 1 , 2nd The device 10 for image recording with a device 9 for optical focusing is used in particular for pattern recognition as in the case of an iris diagnosis, a camera 4 being arranged behind a mirror system 9 and the mirror system 9 the object 7 increasing from the camera 4 for focusing of object 7 reflects. The mirror system 9 has two mirror surfaces 1 , 2 arranged one behind the other.

Die äußeren Ringbereiche 11 der beiden Spiegelflächen 1, 2 sind für den sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes verspiegelt. Die Fläche des Hohlspiegels 1 ist teilverspiegelt, um die Re flexion an der Spiegelfläche 2 zu ermöglichen. Die Spiegelflä che 2 ist 100% reflektierend verspiegelt. Da beide Spiegelflä chen 1, 2 verschiedene Krümmungen haben und in verschiedenen Entfernungen zum Auge positioniert werden, erzeugen sie, wenn sich das Auge innerhalb der kleineren Brennweite der Spiegel flächen 1, 2 befindet, verschieden grosse, virtuelle Bilder des Auges 7 in verschiedenen Entfernungen. Zur Erreichung einer re produzierbar scharfen Abbildung der Augeniris durch die Kamera ist es erforderlich die Einstellung der Augenposition reprodu zierbar entsprechend der Entfernungseinstellung der Kamera ein zustellen.The outer ring areas 11 of the two mirror surfaces 1 , 2 are mirrored for the visible wavelength range of the light. The surface of the concave mirror 1 is partially mirrored to allow the re flexion on the mirror surface 2 . The Spiegelflä surface 2 is 100% reflective mirrored. Since both Spiegelflä surfaces 1 , 2 have different curvatures and are positioned at different distances from the eye, they generate, when the eye is within the smaller focal length of the mirror surfaces 1 , 2 , different sized virtual images of the eye 7 at different distances. To achieve a reproducible, sharp image of the iris of the eye by the camera, it is necessary to adjust the position of the eye reproducibly according to the distance setting of the camera.

Diese erforderliche Augenposition läßt sich durch die entspre chende Wahl der Aufbauparameter, speziell der Krümmungsradien und Positionierungen der beiden Spiegelflächen 1, 2 dadurch festlegen, daß in dieser Augenposition einerseits die Blickwin kel beider virtueller Spiegelbilder für den Beobachter gleich groß werden, andererseits die Positionen der beiden virtuellen Bilder sich innerhalb des Schärfentiefenbereichs des Beobach terauges befinden. Der Nutzer weiß, sobald - bei der entspre chenden Variation der Augenposition - die virtuellen Spiegel bilder der beiden Hohlspiegel 1, 2 gleich groß werden, daß sein Auge 7 für die Aufnahme durch die Kamera richtig positioniert ist.This required eye position can be determined by the appropriate choice of the construction parameters, especially the radii of curvature and positioning of the two mirror surfaces 1 , 2 in that in this eye position on the one hand the angle of view of both virtual mirror images for the observer are the same size, on the other hand the positions of the two virtual images are within the depth of field of the observer's eye. The user knows as soon as - when changing the eye position accordingly - the virtual mirror images of the two concave mirrors 1 , 2 become the same size that his eye 7 is correctly positioned for the recording by the camera.

Um einerseits möglichst viel Licht für die Ausleuchtung bzw. für die Abbildung zur Verfügung zu haben, andererseits eine möglichst geringe Blendung des Auges durch diese Beleuchtung zu verursachen, ist eine Beleuchtung durch eine IR Lichtquelle vorteilhaft. Dementsprechend sind für die Beleuchtung des Auges 7 Infrarotdioden 3 angeordnet. Die vom Auge 7 reflektierte Inf rarotstrahlung, wird von beiden Hohlspiegeln 1, 2 transmittiert. Der Spektralbereich der Beleuchtung sollte im nicht-visuellen Bereich liegen, jedoch innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs der Kamera, beispielsweise UV-Licht, IR-Licht. Zusätzlich müs sen die Spiegel(Linsen) für diese Strahlung transparent sein. Um diese Transmission zu erreichen, ist die innere Kreiszone 12 der Flächen 1, 2 so ausgeführt, daß die abbildenden Lichtstrah len zur Kamera hin möglichst wenig Lichtverluste erfahren. Die se Bedingung wird erfüllt, indem die innere Kreiszone 12 keine Reflexionsbeschichtung oder zusätzlich noch eine - an das ver wendete IR Licht angepasste - reflexionsmindernde Beschichtung aufweist. Gar keine Lichtverluste ergeben sich bei einer entsprechend dimensionierten Bohrung durch die Mitte der einzelnen Spiegelelemente 1, 2. Nach dieser Transmission der beiden Hohl spiegel 1, 2 trifft die Infrarotstrahlung 6 auf die hinter dem Spiegelsystem 9 positionierte Infrarotkamera 4. Falls eine Boh rung innerhalb des Spiegelsystems-besteht, muß die spektrale Empfindlichkeit der Kamera nicht unbedingt auf den Spektralbe reich der Beleuchtung beschränkt sein.In order on the one hand to have as much light as possible for the illumination or for the imaging, and on the other hand to cause the least possible glare to the eye from this illumination, an illumination by an IR light source is advantageous. Accordingly, 7 infrared diodes 3 are arranged for illuminating the eye. The infra-red radiation reflected by the eye 7 is transmitted by both concave mirrors 1 , 2 . The spectral range of the lighting should be in the non-visual range, but within the sensitivity range of the camera, e.g. UV light, IR light. In addition, the mirrors (lenses) must be transparent to this radiation. In order to achieve this transmission, the inner circular zone 12 of the surfaces 1 , 2 is designed so that the imaging light rays to the camera experience as little light loss as possible. This condition is met by the fact that the inner circular zone 12 has no reflection coating or additionally has a reflection-reducing coating which is adapted to the IR light used. With a correspondingly dimensioned bore, there is no loss of light at all through the center of the individual mirror elements 1 , 2 . After this transmission of the two hollow mirrors 1 , 2 , the infrared radiation 6 strikes the infrared camera 4 positioned behind the mirror system 9 . If there is a drilling within the mirror system, the spectral sensitivity of the camera need not necessarily be limited to the spectral range of the lighting.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung zur optischen Fokussie rung mit einer konkav-konvexen Linse. Die Vorrichtung 10 weist als Spiegelsystem 9 eine Linse auf, die auf der einen Seite ei ne konkave Oberfläche 1 und auf der anderen Seite eine konvexe Oberfläche 2 aufweist. Der Aufbau entspricht demjenigen der Fig. 1., wobei die dort beschriebenen optischen Eigenschaften der beider Hohlspiegelelemente 1, 2 sich hier auf die optischen Eigenschaften der konvexen bzw. konkaven Endfläche der Linse 9 beziehen. Fig. 2 shows a schematic representation of a device for image recording with a device for optical focusing tion with a concave-convex lens. The device 10 has, as a mirror system 9, a lens which has a concave surface 1 on one side and a convex surface 2 on the other side. The structure corresponds to that of FIG. 1, the optical properties of the two concave mirror elements 1 , 2 described there relating here to the optical properties of the convex or concave end face of the lens 9 .

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung 9 zur optischen Fokus sierung mit zwei hintereinander angeordneten plan-konkaven Lin sen 1, 2. Der Aufbau entspricht demjenigen der Fig. 1., wobei die dort beschriebenen optischen Eigenschaften der beider Hohl spiegelelemente 1 und 2 sich hier auf die optischen Eigenschaf ten der beiden konkaven Endfläche der Linsen 1, 2 beziehen. Fig. 3 shows a schematic representation of a device 10 for image recording with a device 9 for optical focussing with two consecutively arranged plane-concave lenses 1 , 2 . The structure corresponds to that of FIG. 1, the optical properties of the two hollow mirror elements 1 and 2 described there relating to the optical properties of the two concave end faces of the lenses 1 , 2 .

Folgende Anwendungsmöglichkeiten sind den drei Figuren gemein sam:
Sobald die erforderliche Augenposition eingestellt ist, also die beiden virtuellen Bilden in der Größe übereinstimmen, kann eine Selbstauslösung der Kamera erfolgen oder aber der Nutzer kann beispielsweise durch manuelle Bedienung die Kamera 4 aus lösen. Hierzu kann ein Bedienelement an der Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme angeordnet sein. Es wird das Irismuster des Fah rers mit einem zuvor eingespeicherten Irismuster verglichen. Bei Übereinstimmung der beiden Irismuster kann das Fahrzeug beispielsweise gestartet werden oder wird automatisch gestar tet.The following figures are common to the three figures:
As soon as the required eye position is set, that is to say the two virtual images match in size, the camera can trigger itself or the user can trigger the camera 4 , for example by manual operation. For this purpose, an operating element can be arranged on the device 10 for image recording. The driver's Irish pattern is compared with a previously saved Irish pattern. If the two iris patterns match, the vehicle can be started, for example, or is started automatically.

Die Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme mit einer Vorrichtung 9 zur optischen Fokussierung kann als Fahrberechtigungserkennungsvor richtung in einem Fahrzeug verwendet werden. Durch die kleine Größe des Spiegelsystems 9 kann die komplette Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme auch in einem Fahrzeug, beispielsweise in der herunterklappbaren Sonnenblende angeordnet sein. Das Spiegel system 9 ist zusammen mit dem Kamera-Objektiv 4 als ein zusam menhängendes optisches Bauteil ausgeführt. Der Fahrer kann nach Betreten des Fahrzeuges die Sonnenblende herunterklappen und sein Auge zur Iriserkennung vor der Kamera 4 positionieren. Bei Übereinstimmung des Irismusters mit dem gespeicherten Irismus ter kann das Fahrzeug gestartet werden oder wird sogar automa tisch gestartet. Die Vorrichtung 10 zur Bildaufnahme kann auch an anderen Stellen des Fahrzeuges positioniert sein. Es ist auch denkbar, die Vorrichtung 10 anstelle einer Schließvorrich tung außerhalb des Fahrzeuges anzuordnen. Zur Öffnung der Fahr zeugtüre wird dann das Irismuster mit dem oder den im Speicher abgelegten Irismustern verglichen und bei Übereinstimmung er folgt das Öffnen der beiden Fahrzeugtüren. Eine prinzipielle Anwendung der Vorrichtung zur optischen Fokussierung ist ein scharfes Kamerabild der Iris. Die Vorrichtung zur optischen Fo kussierung kann auch als allgemeine Zutrittsberechtigungserken nung für Firmen oder Banken oder als Autorisierungserkennung für Internet, Computer oder Handy verwendet werden.The device 10 for image recording with a device 9 for optical focusing can be used as a driving authorization recognition device in a vehicle. Due to the small size of the mirror system 9 , the complete device 10 for image acquisition can also be arranged in a vehicle, for example in the fold-down sun visor. The mirror system 9 is designed together with the camera lens 4 as a coherent optical component. After entering the vehicle, the driver can fold down the sun visor and position his eye in front of camera 4 for iris detection. If the iris pattern matches the stored iris ter, the vehicle can be started or even started automatically. The device 10 for image recording can also be positioned at other points on the vehicle. It is also conceivable to arrange the device 10 instead of a closing device outside the vehicle. To open the vehicle door, the iris pattern is then compared with the iris pattern (s) stored in the memory and, if they match, the two vehicle doors are opened. A basic application of the device for optical focusing is a sharp camera image of the iris. The device for optical focusing can also be used as a general access authorization recognition for companies or banks or as authorization recognition for the Internet, computer or cell phone.

Claims

1. Device ( 10 ) for image recording with a device ( 9 ) for optical focusing, in particular for pattern recognition such as in an iris diagnosis, a camera ( 4 ) being arranged behind a mirror system ( 9 ), the mirror system ( 9 ) being the by the camera ( 4 ) to be recorded object ( 7 ) for focusing the object ( 7 ), characterized in that the mirror system ( 9 ) has two successively arranged mirror surfaces ( 1 , 2 ), the first mirror surface ( 1 ) being partially transparent is and a part of the visible light ( 5 ) is reflected and generates a mirror image and the transmitted light hits the second mirror surface ( 2 ), where it is reflected and generates a second mirror image.

2. Device for image recording with a device for opti cal focusing according to claim 1, characterized in that the mirror system ( 9 ) from two successively arranged concave mirrors with concave mirror surfaces ( 1 , 2 ) is formed.

3. A device for image recording with a device for optical focusing rule according to claim 1, characterized in that the mirror system ( 9 ) is formed from a lens having a concave ( 1 ) and on the other hand a convex mirror surface ( 2 ) ,

4. A device for image recording with a device for optical focusing rule according to claim 1, characterized in that the mirror system ( 9 ) from two consecutively arranged plane-concave lenses ( 1 , 2 ) is formed, the concave surfaces being mirrored.

5. A device for image recording with a device for optical focusing rule according to claims 2, 3 and 4, characterized in that the mirror system ( 9 ) together with the camera lens ( 4 ) is designed as a coherent optical component.

6. Device for image recording with a device for optical focusing rule according to claims 1 to 5, characterized in that the first mirror surface ( 1 ) partially reflects the visible light and the second mirror surface ( 2 ) reflects as well as possible.

7. A device for image recording with a device for optical focusing according to claims 1 to 6, characterized in that only the outer ring region ( 11 ) of the mirror surfaces ( 1 , 2 ) is mirrored and the inner circular zone ( 12 ) of the mirror surfaces ( 1 , 2 ) has a missing reflection coating or additionally a reflection-reducing coating or a translucent hole through the center of the mirror surfaces ( 1 , 2 ).

8. A device for image recording with a device for optical focusing rule according to claims 1 to 7, characterized in that the two mirror surfaces ( 1 , 2 ) are arranged and dimensioned so that the optimal focus for a match of the two virtual images the camera ( 4 ) takes place.

9. A device for image recording with a device for optical focusing rule according to claims 1 to 8, characterized in that additional light sources, in particular infra-red diodes ( 3 ), are arranged for illumination.

10. A device for image recording with a device for optical focusing according to claims 1 to 9, characterized in that the camera ( 4 ) images the eye iris and has a spectrally adapted sensitivity according to the illuminating light source.

11. Use of the device ( 10 ) for image recording with a device ( 9 ) for optical focusing as a general access authorization or authorization recognition, in particular as a driving authorization recognition device in or on a vehicle.