虹膜識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

1、華僑大學(xué)廈門(mén)工學(xué)院 信息安全技術(shù) 課程論文題 目：虹膜識(shí)別技術(shù)的研究與應(yīng)用專(zhuān)業(yè)、班級(jí)： 通信工程X班 學(xué)生姓名： XXX 學(xué) 號(hào)： 120230XXXX 指導(dǎo)教師： XXX 分 數(shù) : 2015 年 XX月 XX 日虹膜識(shí)別技術(shù)的研究與應(yīng)用摘 要 本文介紹了當(dāng)前最有發(fā)展前景的生物特征識(shí)別技術(shù)，即虹膜識(shí)別技術(shù)，詳細(xì)介紹了虹膜識(shí)別的主要步驟，虹膜圖像的獲取、預(yù)處理、特征提取與編碼和分類(lèi)。最后，針對(duì)虹膜識(shí)別技術(shù)存在的主要問(wèn)題分析了虹膜識(shí)別的發(fā)展方向及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：虹膜識(shí)別；身份鑒別；生物特征1.識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)介身份是指從行政法律或經(jīng)濟(jì)社會(huì)方面確定個(gè)人的地位或權(quán)利。身份識(shí)別就是驗(yàn)證個(gè)人的真?zhèn)?，以防?/p>

2、冒名頂替者的違法犯罪活動(dòng)。目前，身份識(shí)別主要靠各種證件(如身份證、智能卡等)、個(gè)人識(shí)別碼(如口令、密碼等)及生物特征識(shí)別。由于證件容易被剽竊、轉(zhuǎn)移或丟失，識(shí)別碼容易被忘記、破解，所以生物特征識(shí)別是目前最為方便與安全的識(shí)別技術(shù)。它不需要隨身攜帶任何證件，記住任何密碼，是一種方便、快捷、可靠的識(shí)別方法。生物特征識(shí)別是通過(guò)人體所固有的生理特征或行為特征對(duì)個(gè)人身份進(jìn)行鑒定的技術(shù)。常見(jiàn)的生物特征有指紋、掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、臉形、聲音、筆跡、DNA、人體氣味等。其中，虹膜識(shí)別是一種重要的個(gè)人身份識(shí)別手段。眼睛中心為瞳孔部分，虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，包含了最豐富的紋理信息。外觀上看，虹膜由許多腺窩、皺褶、色

3、素斑等構(gòu)成，是人體中最獨(dú)特的結(jié)構(gòu)之一。虹膜作為身份標(biāo)識(shí)具有許多先天優(yōu)勢(shì)。第一，唯一性，由于虹膜圖像存在著許多隨機(jī)分布的細(xì)節(jié)特征，造就了虹膜模式的唯一性。英國(guó)劍橋大學(xué)John Daugman教授提出的虹膜相位特征證實(shí)了虹膜圖像有244個(gè)獨(dú)立的自由度，即平均每平方毫米的信息量是3.2比特。實(shí)際上用模式識(shí)別方法提取圖像特征是有損壓縮過(guò)程，可以預(yù)測(cè)虹膜紋理的信息容量遠(yuǎn)大于此。并且虹膜細(xì)節(jié)特征主要是由胚胎發(fā)育環(huán)境的隨機(jī)因素決定的，即使克隆人、雙胞胎、同一人左右眼的虹膜圖像之間也具有顯著差異。虹膜的唯一性為高精度的身份識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果表明：虹膜識(shí)別是各種生物特征識(shí)別方法中錯(cuò)誤率

4、最低的。第二，穩(wěn)定性，虹膜從嬰兒胚胎期的第3個(gè)月起開(kāi)始發(fā)育，到第8個(gè)月虹膜的主要紋理結(jié)構(gòu)已經(jīng)成形。除非經(jīng)歷危及眼睛的外科手術(shù)，此后幾乎終生不變。由于角膜的保護(hù)作用，發(fā)育完全的虹膜不易受到外界的傷害。第三，非接觸，虹膜是一個(gè)外部可見(jiàn)的內(nèi)部器官，不必緊貼采集裝置就能獲取合格的虹膜圖像，識(shí)別方式相對(duì)于指紋、手形等需要接觸感知的生物特征更加干凈衛(wèi)生，不會(huì)污損成像裝置，影響其他人的識(shí)別。第四，便于信號(hào)處理，在眼睛圖像中和虹膜鄰近的區(qū)域是瞳孔和鞏膜，它們和虹膜區(qū)域存在著明顯的灰度階變，并且區(qū)域邊界都接近圓形，所以虹膜區(qū)域易于擬合分割和歸一化。虹膜結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)一種具有平移、縮放和旋轉(zhuǎn)不變性的模式表達(dá)方式。

5、第五，防偽性好，虹膜的半徑小，在可見(jiàn)光下中國(guó)人的虹膜圖像呈現(xiàn)深褐色，看不到紋理信息，具有清晰虹膜紋理的圖像獲取需要專(zhuān)用的虹膜圖像采集裝置和用戶(hù)的配合，所以在一般情況下很難盜取他人的虹膜圖像。此外眼睛具有很多光學(xué)和生理特性可用于活體虹膜檢測(cè)。2.虹膜識(shí)別技術(shù)的原理2.1 虹膜識(shí)別的過(guò)程虹膜識(shí)別通過(guò)對(duì)比虹膜圖像特征之間的相似性來(lái)確定人們的身份，其核心是使用模式識(shí)別、圖像處理等方法對(duì)人眼睛的虹膜特征進(jìn)行描述和匹配，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的個(gè)人身份認(rèn)證。虹膜識(shí)別的主要步驟包括虹膜圖像的獲取、預(yù)處理、特征提取與編碼和分類(lèi)。2.2 虹膜圖像獲取虹膜圖像獲取是指使用特定的數(shù)字?jǐn)z像器材對(duì)人的整個(gè)眼部進(jìn)行拍攝，并將拍攝到

6、的圖像通過(guò)圖像采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中存儲(chǔ)。虹膜圖像的獲取是虹膜識(shí)別中的第一步，同時(shí)也是比較困難的步驟，需要光、機(jī)、電技術(shù)的綜合應(yīng)用。因?yàn)槿藗冄劬Φ拿娣e小，如果要滿(mǎn)足識(shí)別算法的圖像分辨率要求就必須提高光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)，從而導(dǎo)致虹膜成像的景深較小，所以現(xiàn)有的虹膜識(shí)別系統(tǒng)需要用戶(hù)停在合適位置，同時(shí)眼睛凝視鏡頭(Stop and Stare)。另外東方人的虹膜顏色較深，用普通的攝像頭無(wú)法采集到可識(shí)別的虹膜圖像。不同于臉像、步態(tài)等生物特征的圖像獲取，虹膜圖像的獲取需要設(shè)計(jì)合理的光學(xué)系統(tǒng)，配置必要的光源和電子控制單元。2.3 特征提取 特征提取是指通過(guò)一定的算法從分離出的虹膜圖像中提取出獨(dú)特的特征點(diǎn)，并對(duì)

7、其進(jìn)行編碼。主流的虹膜特征提取和識(shí)別方法可分為八大類(lèi)。一是，基于圖像的方法，將虹膜圖像看成是二維的數(shù)量場(chǎng)，像素灰度值就構(gòu)成聯(lián)合分布，圖像矩陣之間的相關(guān)性就度量了相似度。二是，基于相位的方法，這種方法認(rèn)為圖像中的重要細(xì)節(jié)，如點(diǎn)、線、邊緣等“事件”的位置信息，大多包含在相位中，所以在特征提取時(shí)舍棄反映光照強(qiáng)度和對(duì)比度的幅值信息。三是，基于奇異點(diǎn)的方法，虹膜圖像中的奇異點(diǎn)分兩種，過(guò)零點(diǎn)和極值點(diǎn)。四是，基于多通道紋理濾波統(tǒng)計(jì)特征的方法，虹膜圖像可以看成是二維紋理，在頻域中的不同尺度和方向上會(huì)有區(qū)分性強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)特征可供識(shí)別，這也是紋理分析中常用的方法。五是，基于頻域分解系數(shù)的方法，圖像可以看成是由很多不同

8、頻率和方向的基組成，通過(guò)分析圖像在每個(gè)基投影值的大小分布可以深入認(rèn)識(shí)圖像中具有規(guī)律性的信息。六是，基于虹膜信號(hào)形狀特征的方法，虹膜信號(hào)形狀特征包括兩方面的信息，一是虹膜曲面凹凸起伏的二維形狀信息，二是沿著虹膜圓周的一維形狀信息。七是，基于方向特征的方法，方向（Direction）或者朝向（Orientation）是一個(gè)相對(duì)值，對(duì)光照、對(duì)比度變化的魯棒性較強(qiáng)，而且可以描述局部灰度特征，是一種比較適合虹膜圖像特征表達(dá)的形式。八是，基于子空間的方法，子空間的方法需要在較大規(guī)模的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集上根據(jù)定義的最優(yōu)準(zhǔn)則找到若干個(gè)最優(yōu)基，然后將原始圖像在最優(yōu)基上的投影系數(shù)作為降維的圖像特征。2.4 特征匹配特征匹

9、配是指根據(jù)當(dāng)前采集的虹膜圖像進(jìn)行特征提取得到的特征編碼與數(shù)據(jù)庫(kù)中事先存儲(chǔ)的虹膜圖像特征編碼進(jìn)行比對(duì)、驗(yàn)證，從而達(dá)到識(shí)別的目的。3. 虹膜識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 虹膜識(shí)別技術(shù)是集數(shù)學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、生理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等于一體的多學(xué)科交叉的高新技術(shù)。在20世紀(jì)30 年代中期，人們已經(jīng)開(kāi)始設(shè)想用虹膜來(lái)識(shí)別身份，但直到20世紀(jì)90年代虹膜識(shí)別技術(shù)才成為現(xiàn)實(shí)。1987年, 眼科專(zhuān)家Aransafir 和Leonardflom 首次提出利用虹膜圖像進(jìn)行自動(dòng)虹膜識(shí)別的概念，但是他們并沒(méi)有開(kāi)發(fā)出實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)。到1991年，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Johnson 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)自動(dòng)虹膜識(shí)別系統(tǒng)。 在1993 年，

10、JohnDaugman 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高性能的自動(dòng)虹膜識(shí)別原型系統(tǒng)。1996年，Richard Wildes研制成功基于虹膜的身份認(rèn)證系統(tǒng)。1998年底，中科院自動(dòng)化所開(kāi)始虹膜方面的研究，2000年成功開(kāi)發(fā)出我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虹膜識(shí)別技術(shù)。目前，虹膜識(shí)別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于監(jiān)獄、機(jī)場(chǎng)、邊境、銀行，也被用來(lái)控制自動(dòng)取款機(jī)的賬戶(hù)進(jìn)入；同時(shí)也應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證系統(tǒng)，將虹膜的特征信息設(shè)為個(gè)人的網(wǎng)絡(luò)ID，給網(wǎng)絡(luò)信息安全帶來(lái)了新的革命。目前的虹膜識(shí)別技術(shù)還不是很成熟，識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用也不夠廣泛，世界上現(xiàn)只有少數(shù)國(guó)家將這一技術(shù)應(yīng)用于金融、刑偵等對(duì)安全有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。但是，由于該技術(shù)具有許多其他生物識(shí)別技術(shù)不可比

11、擬的優(yōu)點(diǎn)，因而吸引人們的廣泛關(guān)注。隨著識(shí)別技術(shù)的不斷成熟、性能的不斷完善、價(jià)格的不斷降低，必將廣泛地應(yīng)用于金融、公安、人事管理、醫(yī)療、電子貿(mào)易、智能化門(mén)禁系統(tǒng)、通道控制等諸多領(lǐng)域。將來(lái)人眼的虹膜可能成為人們終身的、唯一的、不變的、可靠的且不用記憶的“密碼”，用它便可以不費(fèi)吹灰之力地在銀行取錢(qián)、出入下榻賓館房間、打開(kāi)保險(xiǎn)箱、通過(guò)出入境海關(guān)檢查等。4. 虹膜技術(shù)的發(fā)展前景虹膜特征識(shí)別是一項(xiàng)科技含量高、應(yīng)用范圍廣、涉獵多學(xué)科、多領(lǐng)域的高新技術(shù)。只要能很好地解決取像、特征識(shí)別等關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的研究必會(huì)蒸蒸日上，具有很好的應(yīng)用前景。結(jié)論虹膜識(shí)別技術(shù)是近年來(lái)興起的身份識(shí)別技術(shù)，由于它利用了人體的某些具有

12、終生不變性與唯一性的特征，使得這種技術(shù)不但具有極高的可靠性，而且操作方便快捷虹膜識(shí)別技術(shù)是基于眼睛中的虹膜進(jìn)行身份識(shí)別，應(yīng)用于安防設(shè)備（如門(mén)禁等），以及有高度保密需求的場(chǎng)所。例如，在好萊塢大片中，通過(guò)掃描眼睛視網(wǎng)膜開(kāi)啟保密房間或保險(xiǎn)箱的炫酷場(chǎng)景，大家一定還記憶猶新吧！使用虹膜識(shí)別技術(shù)，為需要高度保密的場(chǎng)所提供了高度安全保障。虹膜識(shí)別技術(shù)比較與其他生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì),詳細(xì)了解了虹膜識(shí)別技術(shù)的基本原理，并對(duì)其應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。同時(shí)通過(guò)查資料的過(guò)程，培養(yǎng)了自學(xué)和動(dòng)手能力。參考文獻(xiàn)1 萬(wàn)里光紅膜識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展J船電技術(shù)，2008，(2)：50-53.第7 / 8頁(yè)2 劉遠(yuǎn)寧基于紅

13、膜生物識(shí)別技術(shù)研究M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010：85-88.3 王蘊(yùn)紅，朱勇，譚鐵牛等基于虹膜識(shí)別的身份鑒別J自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012， (1) ：12-15.4 袁曉燕虹膜定位、形變級(jí)特征提取研究M北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2008：150-153.5 任建麗虹膜定位及質(zhì)量評(píng)估的算法研究與實(shí)現(xiàn)J電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，(23)：177-178.6 JAIN A K,ROSS A , PRABHAKAR S. An Introduction to Biometric Recognition JIEEETransactions on Circuits and Systems for Video Technology ，2004，(1) :4220.7 PRABHAKAR S ,PANKANTI S ,JAIN A K,Biometric ,Recognition :Securityn ConcernsJ . IEEE Security &Privacy Magazine ，2003， (2) :33242.8 FURL ENMIER A ,HOFHEINZ W,HUBSCHWERL EN C N ,etal. Proce