WO2008155489A2 - Procede de synthese d'une image d'iris de-refractee - Google Patents

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WO2008155489A2
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iris image
cornea
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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/18—Eye characteristics, e.g. of the iris

Definitions

  • the present invention is in the field of photorealistic image synthesis. More specifically, the invention relates to an iris image synthesis method, one of whose applications is the modeling of eyes of virtual characters, such as avatars.
  • the first method is to plate on a surface representing the iris to model, a texture that represents for example a human eye photograph.
  • the disadvantage of this method is that the iris image obtained by photographing this eye is an image distorted by the refraction of light to the cornea. The pupil then appears enlarged, and the iris deformed. Therefore when modeling an avatar eye by this method, we do not model the refraction of light on the cornea of the modeled eye, because the iris of this modeled eye is already refracted. However, this refraction is generally not consistent with the path of light in the environment of the avatar, since this refraction is due to the light under which was photographed the iris that was used to model this eye. The user of this virtual environment is disturbed by this approximation of the refraction on the eyes of the avatar modeled by this method, and this is detrimental to the realism of the look.
  • the second method is to combine textures to synthesize an iris, which is then used to construct avatar eye models, such as when constructing ocular prostheses.
  • This approach is described in the article by A.Lefohn et al. entitled “An Ocularist's approach to Human Iris Synthesis ", published in 2003 in the journal” Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Computer Graphics and Applications. "The iris obtained by such a method is not anatomically correct, it does not correspond to a real eye and therefore not usable to reproduce the look of a real person.In addition the combination of textures used to model the iris produces an artificial rendering and unrealistic.
  • the invention proposes a process for synthesizing an iris image, characterized in that a pixel of said image is determined by correspondence with one or more points of an iris photograph, obtained by filtering light reflections, said correspondence being determined using a defraction function.
  • a realistic iris image is obtained that can be used to model the eyes of an avatar.
  • This modeling allows, when this avatar evolves in an environment, to reproduce the refraction and the reflection of the light coming from this environment on the cornea of an eye of the avatar so as to obtain a very realistic look.
  • the phenomenon of refraction on the eyes of the avatar really corresponds to ambient light.
  • the iris image obtained by the synthesis method according to the invention has the advantage of being independent of the direction in which the iris photograph was taken which was initially used to obtain this image of iris.
  • the iris images obtained by the synthesis method according to the invention make it easier to identify a natural person than the iris images usually used in biometrics, which depend on the directions of the shots taken to obtain them.
  • the synthesis process according to the invention forms an interesting pretreatment for obtaining iris identifiers used in biometrics, commonly called "iris codes".
  • the synthesis method according to the invention comprises the following steps: - scaling said photograph to a predetermined scale,
  • said method comprises a preliminary step of determining the direction in which said iris photograph was taken, and in that said defraction function provides, for any pixel of said iris image, said image being likened to a real iris photographed in said direction of shooting, the direction followed by the light to go from this image pixel iris to the lens performing said shooting.
  • the defraction function thus constructed is less bulky to store in terms of memory space.
  • the invention also relates to a method for modeling an avatar eye using the iris image synthesis method according to the invention.
  • the invention further relates to a defracted iris digital image obtained by the iris image synthesis method according to the invention.
  • the invention also relates to an iris image synthesis device, characterized in that it comprises means adapted to implement the iris image synthesis method according to the invention.
  • the modeling method, the digital image and the iris image synthesis device have advantages similar to those of the synthesis method according to the invention.
  • the invention finally relates to a computer program comprising instructions for implementing the synthesis method or the modeling method according to the invention.
  • FIG. 1 represents the phenomenon of refraction on the surface of an ocular cornea
  • FIG. 2 represents different phases of the synthesis process according to the invention
  • FIG. 3 represents an embodiment of the iris image synthesis method according to the invention
  • FIG. 4 represents the optical path of a light ray on the surface of the cornea of FIG. 1,
  • FIG. 5 represents the iterative search of a minimal optical path on the surface of the cornea of FIG. 1,
  • FIG. 6 represents different stages of a phase of use of the synthesis method according to the invention as described in this embodiment
  • FIG. 7 represents the correspondence between a pixel of an iris photograph and a pixel of an image representing the real iris that gave rise to this photograph.
  • the synthesis method according to the invention is used to de-refract iris photographs. humans.
  • the synthesis method according to the invention can also be used to de-refract iris photographs of other living beings.
  • the phenomenon of refraction on a human ocular cornea is shown in FIG.
  • the air and the aqueous humor between the cornea and the iris do not have the same indices of refraction, the light rays coming from the IR iris are refracted at the upper surface CO of the cornea.
  • a photograph P1 of the IR iris therefore has an iris contracted with respect to the IR iris, and a dilated pupil.
  • the synthesis method according to the invention makes it possible to model this refraction phenomenon by means of a de-refraction function, and thus comprises two phases represented in FIG. 2:
  • phase ⁇ 1 of construction is carried out only once before the use of the synthesis method according to the invention. Once the defraction function f R has been constructed, it can indeed be used to de-refract photographs of all types of human iris in the phase ⁇ 2 of use of the method.
  • the synthesis method according to the invention is for example implemented in a software way in a synthesis module MS of a computer ORD, represented in FIG.
  • the module MS constructs the defraction function f R which is then stored in a database BDD connected to the computer ORD.
  • the synthesis module receives as input an iris photograph, for example the photograph P1, and produces a corresponding defracted iris image II as output.
  • the defraction function f R is constructed using a simple ocular model, based on statistical data present in the ophthalmological literature. It is therefore different according to whether human irises are de-refracted, as in this embodiment of the invention, or that de-refracted irises of other living beings.
  • R is an eye parameter equal to -0.78,
  • - and x c, y c, z c are the coordinates of a point on the surface of CO in the reference (O, x, y, z) shown in Figure 4, the origin O being placed on top of the cornea and the z axis pointing to the center of the IR iris.
  • This function fR is determined in a discrete manner.
  • the cornea being symmetrical around the z axis, it is sufficient to construct this function f R to calculate the optical paths traveled by the refracted rays arriving at the points of a single ray of the iris.
  • a radius of the iris IR is sampled on 100 points, and the hemisphere of the directions of the incident rays along 512 directions distributed regularly.
  • the construction of the function f R therefore requires 512 * 100 optical path calculations.
  • the optical path traveled by the incident ray arriving with the direction ⁇ , on the cornea to the point P is calculated by applying the Fermat principle: let C be a point represented in FIG. 5, lying at infinity in the direction ⁇ , with respect to point P.
  • the point K of incidence on the cornea is determined by minimizing the optical path:
  • - n comea is the index of refraction of the cornea
  • KP is the distance between the point of incidence K and the point P.
  • the secant method makes it possible to iteratively determine the point K: the point of intersection K 0 0 between the straight line (CP) of direction ⁇ ⁇ and the surface CO of the cornea provides a first approximation of the point of incidence K of the incident ray on the cornea, - then minimizes the optical path between the point C and the point P defined above on the virtual diopter tangent to the surface of the cornea at the point of intersection K 0 0 , by a descent algorithm of gradient, which gives an estimate K o n of point of incidence of the light on this diopter, the intersection Ki ° between the surface CO of the cornea and the line (K o n P) provides a second approximation of the point of incidence K of the incident ray on the cornea,
  • the function f R thus constructed makes it possible to find the path taken by the light rays from a photographed iris to the objective having made the corresponding iris photograph.
  • This function f R is large in terms of memory space, because of the high number of points on the IR iris and incident ray directions for which the function f R is calculated. So we use it to store it in the database BDD a compact and precise representation, such as spherical wavelet or hemispherical harmonics.
  • the synthesis method according to the invention is used to de-refract the iris photograph P1 and obtain a corresponding defracted refractive iris image II.
  • the photograph Pl is a photograph obtained by filtering the reflections of light, that is to say taken in order to remove most of the light reflections on the cornea of the iris subject of this photograph.
  • a polarized light has been used, and a polarizer placed between the iris and the lens used. The polarized light depolarizes itself by dispersion in the iris but not at the level of the reflected light. It is thus possible to suppress this reflected light before entry into the lens by the polarizer, adjusted orthogonally to the polarization of the light used.
  • the lens used to take the picture P1 is an orthographic objective.
  • the iris on the photograph Pl is the image of the real iris photographed by a parallel projection in the direction of the shooting relative to the plane of the iris photographed.
  • the distance PK 0 0 of FIG. 5 is much smaller than the distance K 0 0 C.
  • the iris-cornea distance is at most 2.4 mm (millimeters), whereas the Minimum shooting distance is 30cm (centimeters).
  • the first step E1 is the determination of the direction ⁇ according to which the photograph Pl was taken.
  • the photograph P1 was not taken exactly along the axis (Oz), which is generally the case, the iris on the PI photography takes an elliptical form.
  • the actual cornea and iris photographed being symmetrical along the axis (Oz), it is not necessary to know the azimuthal angle of the direction ⁇ , but only the polar angle ⁇ of the latitude between the direction ⁇ and the axis (Oz), represented in FIG. 7, an estimate of which is:
  • - a is the long axis of the elliptical iris in the photograph P1, determined by the extremal separation of two points of this iris,
  • - and b is the small axis of the elliptical iris in photograph P1, determined by the length of the perpendicular segment from the center of the iris to its edge.
  • the distance between the objective and the actual photographed iris is also calculated in this step E1, for example using the magnification parameters of the camera.
  • An example of calculating this distance is given in the article by K. Nishino et al, entitled “Eyes for Relighting” and published in 2004 at an international conference “Association for Computing Machinery / Special Interest Group on Computer”. Graphics and Interactive Techniques (ACM SIGGRAPH) ".
  • the second step E2 is a step of scaling the photograph Pl. This scaling is necessary only when it is inappropriate to consider that the objective having made the photograph Pl is a spelling objective. . Knowing the size of a real iris, provided by statistical anatomical data, the photograph P1 is then resized so as to have the size of the projection of a real size iris image in the direction of the shooting. In this step E2 we also center the photograph P1, possibly scaled, so as to make the center M c of the photograph P1 coincide with the central pixel p c of the corresponding iris image II, represented in FIG. Figure 7, according to the geometric model of this figure and using the function f R de-refraction.
  • the iris II image which is gradually built up by defraction, is the real size of a human iris and initially comprises 934 * 934 unstained pixels.
  • the function f R of derefraction provides, for the central pixel p c of the iris image II and the shooting direction ⁇ determined in step E1, the direction of light from the pixel Pc to the Corneal surface CO. This makes it possible to determine the point of incidence on the surface of the cornea CO, and to position the center M c of the photograph P1 at the intersection of a plane perpendicular to the direction of view with the radius of this photograph. same direction ⁇ passing through the previously determined point of incidence.
  • This centering of the photograph P1 makes it possible to color the central pixel p c of the iris image II of the same color as that of the center M c of the photograph P1, and then to use the de-refraction function f R to match each pixel of the image II, a point or set of points of the photograph P1, according to the geometric model of FIG. 7.
  • the step E3 is the application of the defractive function f R in the image of iris II thus centered.
  • the function f R provides, for the direction of view ⁇ and for each pixel p of the image II, represented in FIG. 7, the direction ⁇ ' P that has followed the light between the pixel p and the surface CO of the cornea.
  • the step E4 is obtaining, for each pixel p of the iris image II, the corresponding point or set of points in the photograph Pl.
  • the pixel p is then colored with the color of the point M p or a color average of the corresponding set of points.
  • a defracted iris image II is obtained, which can be used, for example, to create a three-dimensional model of an avatar eye.
  • the texture of the defracted iris image notably makes it possible to construct a three-dimensional model of iris.
  • the thickness of an iris is not constant.
  • the thickness of the iris is reconstructed using the gray scale of the colors of the defracted iris image, the thickness being all the more important that the color of the corresponding region on the iris is dark.
  • a filter is applied on the gray scale of the iris image, in order to emphasize the details of the iris.
  • an avatar eye model using this three-dimensional iris is constructed, for example using a superposition technique of layers of different thicknesses, the iris and the cornea each forming textures of particular properties.
  • a superposition technique of layers of different thicknesses, the iris and the cornea each forming textures of particular properties.
  • Such a technique is described in the article "Subsurface Texture Mapping" by Bryan Institut et al., Published on the website “http://hal.archives-ouvertes.fr/”.
  • the dispersion of light in these different textures, as well as the reflection or the refraction of light is determined for example by a technique of ray launching.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de synthèse d'une image d'iris (II), caractérisé en ce qu'un pixel (p) de ladite image est déterminé par correspondance avec un ou plusieurs points (Mp) d'une photographie d'iris (Pl), obtenue par filtrage des reflets de lumière, ladite correspondance étant déterminée en utilisant une fonction de dé-réfraction.

Description

Procédé de synthèse d'une image d'iris dé-réfractée
La présente invention se situe dans le domaine de la synthèse d'images photoréalistes. Plus précisément l'invention concerne un procédé de synthèse d'image d'iris, dont une des applications est la modélisation d'yeux de personnages virtuels, comme par exemple des avatars.
La synthèse d'images photoréalistes représentant des êtres vivants nécessite une modélisation précise des tissus et des organes visibles de ceux- ci, respectant leur anatomie. Notamment la synthèse d'un œil nécessite une modélisation de l'iris correspondant, modélisation qui s'effectue actuellement selon deux méthodes possibles.
La première méthode consiste à plaquer sur une surface représentant l'iris à modéliser, une texture qui représente par exemple une photographie d'œil humain. L'inconvénient de cette méthode est que l'image d'iris obtenue en photographiant cet œil est une image déformée par la réfraction de la lumière à la cornée. La pupille apparaît alors agrandie, et l'iris déformé. De ce fait lorsque l'on modélise un œil d'avatar par cette méthode, on ne modélise pas la réfraction de la lumière sur la cornée de l'œil modélise, car l'iris de cet œil modélise est déjà réfracté. Cependant cette réfraction n'est généralement pas conforme à la trajectoire de la lumière dans l'environnement de l'avatar, puisque cette réfraction est due à la lumière sous laquelle a été photographié l'iris qui a servi à la modéliser cet œil. L'utilisateur de cet environnement virtuel est dérangé par cette approximation de la réfraction sur les yeux de l'avatar modélisés par cette méthode, et cela porte préjudice au réalisme du regard.
La seconde méthode consiste à combiner des textures de manière à synthétiser un iris, qui sert ensuite à la construction de modèles d'yeux d'avatars, comme lorsqu'on construit des prothèses oculaires. Cette approche est décrite dans l'article de A.Lefohn et al. intitulé "An Ocularist's approach to Human Iris Synthesis", publié en 2003 dans la revue "Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Computer Graphics and Applications". L'iris obtenu par une telle méthode n'est pas anatomiquement correct, il ne correspond pas à un œil réel et n'est donc pas utilisable pour reproduire le regard d'une personne réelle. De plus la combinaison de textures utilisée pour modéliser l'iris produit un rendu artificiel et peu réaliste.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé et un dispositif de synthèse d'image d'iris, qui permettent d'obtenir, à partir d'une photographie d'iris, une image d'iris correspondante plus réaliste.
A cette fin, l'invention propose un procédé de synthèse d'une image d'iris, caractérisé en ce qu'un pixel de ladite image est déterminé par correspondance avec un ou plusieurs points d'une photographie d'iris, obtenue par filtrage des reflets de lumière, ladite correspondance étant déterminée en utilisant une fonction de dé-réfraction.
Grâce à l'invention, on obtient une image d'iris réaliste utilisable pour modéliser les yeux d'un avatar. Cette modélisation permet, lorsque cet avatar évolue dans un environnement, de reproduire la réfraction et le reflet de la lumière issue de cet environnement sur la cornée d'un œil de l'avatar de manière à obtenir un regard très réaliste. En effet grâce à l'invention, le phénomène de réfraction sur les yeux de l'avatar correspond vraiment à la lumière ambiante.
De plus, l'image d'iris obtenue par le procédé de synthèse selon l'invention a l'avantage d'être indépendante de la direction suivant laquelle a été prise la photographie d'iris qui a servi initialement à obtenir cette image d'iris. De ce fait les images d'iris obtenues par le procédé de synthèse selon l'invention permettent d'identifier plus facilement une personne physique que les images d'iris utilisées habituellement en biométrie, qui dépendent des directions des prises de vue effectuées pour les obtenir. Le procédé de synthèse selon l'invention forme en effet un prétraitement intéressant pour l'obtention d'identifiants d'iris utilisés en biométrie, appelés communément "iris codes".
Selon une caractéristique préférée, le procédé de synthèse selon l'invention comporte les étapes suivantes: - mise à l'échelle de ladite photographie à une échelle prédéterminée,
- application de ladite fonction de dé-réfraction à un pixel quelconque de ladite image d'iris,
- et obtention d'un point de ladite photographie mise à l'échelle, en utilisant le résultat de l'étape d'application précédente. Cette étape de mise à l'échelle permet à la fonction de dé-réfraction de ne pas dépendre de la taille de la photographie d'iris à partir de laquelle on synthétise une image d'iris. Ainsi cette fonction de dé-réfraction est moins complexe et donc moins volumineuse à stocker en termes de place mémoire que si l'on tenait compte de ce facteur taille. Selon une caractéristique préférée, ledit procédé comporte une étape préalable de détermination de la direction suivant laquelle a été prise ladite photographie d'iris, et en ce que ladite fonction de dé-réfraction fournit, pour un pixel quelconque de ladite image d'iris, ladite image étant assimilée à un iris réel photographié selon ladite direction de prise de vue, la direction qu'a suivi la lumière pour aller de ce pixel d'image d'iris vers l'objectif effectuant ladite prise de vue.
En fournissant en sortie la direction de la lumière pour aller d'un pixel de l'image d'iris vers l'objectif photographique lors de la prise de vue, plutôt qu'en fournissant directement le point correspondant de la photographie obtenue par cette prise de vue, la fonction de dé-réfraction ainsi construite est moins volumineuse à stocker en termes de place mémoire.
L'invention concerne aussi un procédé de modélisation d'un œil d'avatar utilisant le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'invention.
L'invention concerne de plus une image numérique dé-réfractée d'iris obtenue par le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'invention. L'invention concerne également un dispositif de synthèse d'image d'iris, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en œuvre le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'invention.
Le procédé de modélisation, l'image numérique et le dispositif de synthèse d'image d'iris présentent des avantages analogues à ceux du procédé de synthèse selon l'invention.
L'invention concerne enfin un programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en œuvre le procédé de synthèse ou le procédé de modélisation selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente le phénomène de réfraction à la surface d'une cornée oculaire,
- la figure 2 représente différentes phases du procédé de synthèse selon l'invention,
- la figure 3 représente un mode de réalisation du procédé de synthèse d'image d'iris selon l'invention, - la figure 4 représente le chemin optique d'un rayon lumineux à la surface de la cornée de la figure 1 ,
- la figure 5 représente la recherche itérative d'un chemin optique minimal à la surface de la cornée de la figure 1 ,
- la figure 6 représente différentes étapes d'une phase d'utilisation du procédé de synthèse selon l'invention tel que décrit dans ce mode de réalisation,
- et la figure 7 représente la correspondance entre un pixel d'une photographie d'iris et un pixel d'une image représentant l'iris réel ayant donné lieu à cette photographie.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé de synthèse selon l'invention est utilisé pour dé-réfracter des photographies d'iris humains. Cependant le procédé de synthèse selon l'invention est aussi utilisable pour dé-réfracter des photographies d'iris d'autres êtres vivants.
Le phénomène de réfraction sur une cornée oculaire humaine est représenté à la figure 1 . L'air et l'humeur aqueuse comprise entre la cornée et l'iris n'ayant pas les mêmes indices de réfraction, les rayons lumineux provenant de l'iris IR sont réfractés à la surface supérieure CO de la cornée. Une photographie Pl de l'iris IR présente donc un iris contracté par rapport à l'iris IR, et une pupille dilatée.
Le procédé de synthèse selon l'invention permet de modéliser ce phénomène de réfraction grâce à une fonction de dé-réfraction, et comporte donc deux phases représentées à la figure 2:
- une phase φ1 de construction de la fonction de dé-réfraction fR,
- et une phase φ2 d'utilisation du procédé de synthèse selon l'invention, pour dé-réfracter des photographies d'iris.
La phase φ1 de construction est effectuée une seule fois préalablement à l'utilisation du procédé de synthèse selon l'invention. Une fois la fonction de dé-réfraction fR construite, elle est en effet utilisable pour dé-réfracter des photographies de tous types d'iris humains dans la phase φ2 d'utilisation du procédé.
Le procédé de synthèse selon l'invention est par exemple implémenté de manière logicielle dans un module de synthèse MS d'un ordinateur ORD, représenté à la figure 3:
- pendant la phase φ1 , le module MS construit la fonction de dé-réfraction fR qui est ensuite stockée dans une base de données BDD reliée à l'ordinateur ORD.
- et pendant la phase d'utilisation φ2, le module de synthèse reçoit en entrée une photographie d'iris, par exemple la photographie Pl, et produit en sortie une image d'iris II dé-réfractée correspondante. Dans la phase φ1 , la fonction de dé-réfraction fR est construite en utilisant un modèle oculaire simple, basé sur des données statistiques présentes dans la littérature ophtalmologique. Elle est donc différente suivant que l'on dé-réfracte des iris humains, comme dans ce mode de réalisation de l'invention, ou que l'on dé-réfracte des iris d'autres êtres vivants.
Dans ce modèle oculaire, on néglige la réfraction de la lumière entre l'air et le film lacrymal pré-cornéen sur la cornée. De plus on suppose que la réfraction de la lumière ne se produit qu'à la surface supérieure CO de la cornée, l'indice de réfraction de la cornée étant considéré comme égal à celui de l'humeur aqueuse comprise entre la cornée et l'iris IR. Cet indice de réfraction est donné par E. Hecht dans son livre "Optics -2nd Ed-": ncomea = 1.376 où ncornea est l'indice de réfraction de la cornée. De plus le profil de la surface CO de la cornée est donné par l'équation de Baker et al. dans leur article "Ray tracing through non-spherical surfaces", publié en 1943 dans la revue "Proceedings of The Royal Society of London ": pzc 2 - 2Rzc + xc 2 + yc 2 = 0
OÙ - p est un paramètre oculaire égal à 0.75,
- R est un paramètre oculaire égal à -0.78,
- et xc, yc, zc sont les coordonnées d'un point de la surface CO dans le repère (O,x,y,z) représenté à la figure 4, l'origine O étant placée au sommet de la cornée et l'axe z pointant vers le centre de l'iris IR. Pour un point quelconque P de l'iris IR, représenté à la figure 4, et une direction quelconque
Figure imgf000008_0001
d'arrivée de la lumière, la fonction de dé-réfraction fR doit fournir la direction ω'ip selon laquelle arrive le rayon réfracté arrivant au point P et issu du rayon lumineux incident arrivant sur la cornée au point d'incidence K avec la direction ω,\ fR {P, ωι ) = ω'ιP Cette fonction fR est déterminée de manière discrète. La cornée étant symétrique autour de l'axe z, il suffit pour construire cette fonction fR de calculer les chemins optiques parcourus par les rayons réfractés arrivant sur les points d'un seul rayon de l'iris. On échantillonne par exemple un rayon de l'iris IR sur 100 points, et l'hémisphère des directions des rayons incidents selon 512 directions réparties régulièrement. La construction de la fonction fR nécessite donc 512*100 calculs de chemins optiques.
Le chemin optique parcouru par le rayon incident arrivant avec la direction ω, sur la cornée jusqu'au point P est calculé en appliquant le principe de Fermât: soit C un point représenté à la figure 5, se trouvant à l'infini dans la direction ω, par rapport au point P. On détermine le point K d'incidence sur la cornée en minimisant le chemin optique:
L(K) = naιrCK + ncomeaKP où
- L(K) est le chemin optique entre le point C et le point P,
- nmr est l'indice de réfraction de l'air,
- CK est la distance entre le point C et le point d'incidence K,
- ncomea est l'indice de réfraction de la cornée, - et KP est la distance entre le point d'incidence K et le point P.
La méthode de la sécante permet de déterminer itérativement le point K: - Le point d'intersection K0 0 entre la droite (CP) de direction ω\ et la surface CO de la cornée fournit une première approximation du point d'incidence K du rayon incident sur la cornée, - on minimise alors le chemin optique entre le point C et le point P défini ci-dessus sur le dioptre virtuel tangent à la surface de la cornée au point d'intersection K0 0, par un algorithme de descente de gradient, ce qui fournit une estimation Ko n de point d'incidence de la lumière sur ce dioptre, - l'intersection Ki°entre la surface CO de la cornée et la droite (Ko nP) fournit une deuxième approximation du point d'incidence K du rayon incident sur la cornée,
- on minimise alors de nouveau le chemin optique entre le point C et le point P défini ci-dessus, mais cette fois sur le dioptre virtuel tangent à la surface de la cornée au point d'intersection K1 0, ce qui fournit une estimation Kin de point d'incidence de la lumière sur ce dioptre,
- l'intersection K2°entre la surface CO de la cornée et la droite (KinP) fournit une troisième approximation du point d'incidence K du rayon incident sur la cornée,
- et l'algorithme de minimisation est ensuite répété sur les dioptres virtuels tangents à la surface de la cornée aux estimations successives du point d'incidence K jusqu'à atteindre un critère de convergence prédéterminé.
Il est à noter que dans cette détermination de la direction ω'ip définie par la droite (KP), on fait l'approximation que les directions de la droite (KC) et de la droite (CP) sont identiques, du fait que le point C est situé à l'infini par rapport à la cornée. En variante, dans cette phase φ1 , la fonction de dé-réfraction fR est construite de manière à fournir également, pour un point quelconque P de l'iris IR, et une direction quelconque ω\ d'arrivée de la lumière, les coordonnées du point d'incidence K par lequel arrive le rayon réfracté arrivant sur le point P. Ce point est obtenu à partir de la direction ωV de réfraction et de l'équation de la surface CO de la cornée.
La fonction fR ainsi construite permet de retrouver la trajectoire empruntée par les rayons lumineux depuis un iris photographié jusqu'à l'objectif ayant effectué la photographie d'iris correspondante. Cette fonction fR est volumineuse en termes de place mémoire, du fait du nombre élevé de points sur l'iris IR et de directions de rayons incidents pour lesquels la fonction fR est calculée. On utilise donc pour la stocker dans la base de données BDD une représentation compacte et précise, telle que par ondelettes sphériques ou par harmoniques hémisphériques.
La phase φ2 d'utilisation du procédé de synthèse selon l'invention est maintenant décrite sous la forme d'un algorithme comportant quatre étapes E1 à E4 et représenté à la figure 6.
On utilise par exemple, dans ces étapes E1 à E4, le procédé de synthèse selon l'invention pour dé-réfracter la photographie d'iris Pl, et obtenir une image d'iris II correspondante dé-réfractée. La photographie Pl est une photographie obtenue par filtrage des reflets de lumière, c'est-à-dire prise de manière à supprimer la plupart des reflets de lumière sur la cornée de l'iris sujet de cette photographie. A cette fin, on a par exemple utilisé une lumière polarisée, et un polariseur placé entre l'iris et l'objectif utilisé. La lumière polarisée se dépolarise par dispersion dans l'iris mais pas au niveau de la lumière réfléchie. Il est ainsi possible de supprimer cette lumière refléchie avant entrée dans l'objectif par le polariseur, réglé orthogonalement à la polarisation de la lumière utilisée.
D'autres moyens de supprimer les reflets sont envisageables, par exemple en utilisant un filtre numérique sur une photographie d'iris prise à la lumière naturelle et comportant donc initialement des reflets.
De plus on considère dans ce mode de réalisation que l'objectif utilisé pour prendre la photographie Pl est un objectif orthographique. Ainsi on considère que l'iris sur la photographie Pl est l'image de l'iris réel photographié par une projection parallèle suivant la direction de la prise de vue par rapport au plan de l'iris photographié. En effet, dans le cas le plus général, la distance PK0 0 de la figure 5 est très inférieure à la distance K0 0C. Typiquement, la distance iris-cornée est au maximum de 2.4 mm (millimètres), alors que la distance minimale de prise de vue est de 30cm (centimètres).
La première étape E1 est la détermination de la direction ω selon laquelle a été prise la photographie Pl. Lorsque la photographie Pl n'a pas été prise exactement selon l'axe (Oz), ce qui est généralement le cas, l'iris sur la photographie PI prend une forme elliptique. La cornée et l'iris réels photographiés étant symétriques suivant l'axe (Oz), il n'est pas nécessaire de connaître l'angle azimutal de la direction ω, mais seulement l'angle polaire θ de la latitude entre la direction ω et l'axe (Oz), représenté à la figure 7 et dont une estimation est:
θ = arccos —
où
- θ est l'angle de la latitude entre la direction ω et l'axe (Oz),
- a est le grand axe de l'iris elliptique sur la photographie Pl, déterminé par l'écartement extrémal de deux points de cet iris,
- et b est le petit axe de l'iris elliptique sur la photographie Pl, déterminé par la longueur du segment perpendiculaire allant du centre de l'iris jusqu'à son bord.
En variante, lorsque l'objectif ayant effectué la photographie Pl n'est pas un objectif orthographique, c'est-à-dire quand la distance entre la caméra et la cornée est de même ordre de grandeur que la distance entre le sommet de la cornée et l'iris, la distance entre l'objectif et l'iris réel photographié est également calculé dans cette étape E1 , par exemple en utilisant les paramètres de grandissement de l'appareil de prise de vue. Un exemple de calcul de cette distance est donné dans l'article de K. Nishino et al, intitulé "Eyes for Relighting" et publié en 2004 à l'occasion d'une conférence internationale "Association for Computing Machinery /Spécial Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques (ACM SIGGRAPH)".
La seconde étape E2 est une étape de mise à l'échelle de la photographie Pl. Cette mise à l'échelle est nécessaire seulement lorsqu'il n'est pas approprié de considérer que l'objectif ayant effectué la photographie Pl est un objectif orthographique. Connaissant la taille d'un iris réel, fourni par des données anatomiques statistiques, la photographie Pl est alors redimensionnée de manière à avoir la taille de la projection d'une image d'iris à taille réelle suivant la direction de la prise de vue. Dans cette étape E2 on centre également la photographie Pl, éventuellement mise à l'échelle, de manière à faire coïncider le centre Mc de la photographie Pl et le pixel central pc de l'image d'iris II correspondante, représentée à la figure 7, selon le modèle géométrique de cette figure et en utilisant la fonction fR de dé-réfraction. L'image d'iris II, que l'on construit progressivement par dé-réfraction, est de la taille réelle d'un iris humain et comporte initialement 934 *934 pixels non colorés. La fonction fR de déréfraction fournit, pour le pixel central pc de l'image d'iris II et la direction de prise de vue ω déterminée à l'étape E1 , la direction de la lumière depuis le pixel Pc jusqu'à la surface de la cornée CO. Cela permet de déterminer le point d'incidence sur la surface de la cornée CO, et de positionner le centre Mc de la photographie Pl à l'intersection d'un plan perpendiculaire à la direction de prise de vue ω avec le rayon de cette même direction ω passant par le point d'incidence précédemment déterminé. Ce centrage de la photographie Pl permet de colorer le pixel central pc de l'image d'iris II de la même couleur que celle du centre Mc de la photographie Pl, et d'utiliser ensuite la fonction fR de dé-réfraction pour faire correspondre à chaque pixel de l'image II, un point ou un ensemble de points de la photographie Pl, selon le modèle géométrique de la figure 7. L'étape E3 est l'application de la fonction fR de dé-réfraction à l'image d'iris II ainsi centrée. La fonction fR fournit, pour la direction de prise de vue ω et pour chaque pixel quelconque p de l'image II, représenté à la figure 7, la direction ω'P qu'a suivi la lumière entre le pixel p et la surface CO de la cornée.
Enfin l'étape E4 est l'obtention, pour chaque pixel p de l'image d'iris II, du point ou de l'ensemble de points correspondants sur la photographie Pl. La direction ω'P qu'a suivi la lumière entre le pixel p et la surface CO de la cornée ayant été déterminée à l'étape précédente, on détermine le point d'incidence correspondant Kp sur la surface CO de la cornée. Puis on détermine l'intersection de la photographie Pl précédemment centrée et perpendiculaire à la direction de prise de vue ω, avec le rayon de cette même direction ω passant par le point d'incidence Kp. On obtient le point Mp, ou un ensemble de points si l'image d'iris II est de faible résolution. On colore ensuite le pixel p avec la couleur du point Mp ou une moyenne de couleurs de l'ensemble de points correspondant.
En variante, lorsque l'on considère que l'objectif est non orthographique, on prend en compte plusieurs directions de prise de vue entre la photographie Pl et l'image d'iris IL Dans ce cas, pour un pixel p, lorsque le point Mp a été obtenu en utilisant la direction de prise de vue approximative ω, on réapplique la fonction fR de dé-réfraction au pixel p et à une deuxième approximation de prise de vue qui est la direction de la droite (MPKP). On obtient ainsi un deuxième point d'incidence plus exact pour le pixel p, et un nouveau point correspondant sur la photographie Pl. Ce réajustement est répété par exemple jusqu'à atteindre un critère de convergence prédéterminé.
A la fin de l'étape E4, on obtient une image d'iris II dé-réfractée, utilisable par exemple pour créer un modèle tridimensionnel d'œil d'avatar. La texture de l'image d'iris dé-réfracté permet notamment de construire un modèle tridimensionnel d'iris. En effet l'épaisseur d'un iris n'est pas constante. Dans une photographie d'iris, on distingue des crevasses et des reliefs sur le stroma de l'iris photographié. En supposant que la lumière se disperse plus dans les régions de l'iris d'épaisseur importante, et moins dans les régions de l'iris de faible épaisseur, on reconstitue l'épaisseur de l'iris en utilisant l'échelle de gris des couleurs de l'image d'iris dé-réfractée, l'épaisseur étant d'autant plus importante que la couleur de la région correspondante sur l'iris est foncée. Afin de compenser le flou de cette image dû à la photographie initiale Pl, un filtre est appliqué sur l'échelle de gris de l'image d'iris, afin d'insister sur les détails de l'iris.
Enfin, un modèle d'œil d'avatar utilisant cet iris tridimensionnel est construit, par exemple en utilisant une technique de superposition de couches d'épaisseurs différentes, l'iris et la cornée formant chacune des textures de propriétés particulières. Une telle technique est décrite dans l'article "Subsurface Texture Mapping" de Guillaume François et al., publié sur le site internet "http://hal.archives-ouvertes.fr/". Lors du rendu de cet œil d'avatar, la dispersion de la lumière dans ces différentes textures, ainsi que la réflexion ou la réfraction de la lumière, est déterminée par exemple par une technique de lancés de rayons.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de synthèse d'une image d'iris (II), caractérisé en ce qu'un pixel (p) de ladite image est déterminé par correspondance avec un ou plusieurs points (Mp) d'une photographie d'iris (Pl), obtenue par filtrage des reflets de lumière, ladite correspondance étant déterminée en utilisant une fonction de déréfraction (fR).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- mise à l'échelle (E2) de ladite photographie (Pl) à une échelle prédéterminée, - application (E3) de ladite fonction de dé-réfraction à un pixel (p) quelconque de ladite image d'iris,
- et obtention (E4) d'un point (Mp) de ladite photographie mise à l'échelle, en utilisant le résultat de l'étape d'application précédente.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable de détermination (E1 ) de la direction (ω) suivant laquelle a été prise ladite photographie d'iris (Pl), et en ce que ladite fonction de dé-réfraction (fR) fournit, pour un pixel (p) quelconque de ladite image d'iris (II), ladite image étant assimilée à un iris réel photographié selon ladite direction de prise de vue (ω), la direction (ω'p) qu'a suivi la lumière pour aller de ce pixel (p) d'image d'iris vers l'objectif effectuant ladite prise de vue.
4. Procédé de modélisation d'un œil d'avatar utilisant le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'une des revendications 1 à 3.
5. Image numérique dé-réfractée d'iris (II) obtenue par le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'une des revendications 1 à 3.
6. Dispositif de synthèse d'image d'iris (II), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en œuvre le procédé de synthèse d'image d'iris selon l'une des revendications 1 à 3.
7. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur.
8. Utilisation du procédé de synthèse d'image d'iris selon l'une des revendications 1 à 3, pour obtenir des images d'iris destinées à identifier des personnes en biométrie.
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Non-Patent Citations (4)

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Title
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BUDGE B ET AL: "An ocularist's approach to human iris synthesis" IEEE COMPUTER GRAPHICS AND APPLICATIONS, IEEE, NEW YORK, NY, US, vol. 23, no. 6, novembre 2003 (2003-11), pages 70-75, XP011103127 ISSN: 0272-1716 cité dans la demande *
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