虹膜识别技术的应用

1、华侨大学厦门工学院 信息安全技术 课程论文题 目：虹膜识别技术的研究与应用专业、班级： 通信工程X班 学生姓名： XXX 学 号： 120230XXXX 指导教师： XXX 分 数 : 2015 年 XX月 XX 日虹膜识别技术的研究与应用摘 要 本文介绍了当前最有发展前景的生物特征识别技术，即虹膜识别技术，详细介绍了虹膜识别的主要步骤，虹膜图像的获取、预处理、特征提取与编码和分类。最后，针对虹膜识别技术存在的主要问题分析了虹膜识别的发展方向及应用前景。关键词：虹膜识别；身份鉴别；生物特征1.识别技术的简介身份是指从行政法律或经济社会方面确定个人的地位或权利。身份识别就是验证个人的真伪，以防范

2、冒名顶替者的违法犯罪活动。目前，身份识别主要靠各种证件(如身份证、智能卡等)、个人识别码(如口令、密码等)及生物特征识别。由于证件容易被剽窃、转移或丢失，识别码容易被忘记、破解，所以生物特征识别是目前最为方便与安全的识别技术。它不需要随身携带任何证件，记住任何密码，是一种方便、快捷、可靠的识别方法。生物特征识别是通过人体所固有的生理特征或行为特征对个人身份进行鉴定的技术。常见的生物特征有指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脸形、声音、笔迹、DNA、人体气味等。其中，虹膜识别是一种重要的个人身份识别手段。眼睛中心为瞳孔部分，虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息。外观上看，虹膜由许多腺窝、皱褶、色

3、素斑等构成，是人体中最独特的结构之一。虹膜作为身份标识具有许多先天优势。第一，唯一性，由于虹膜图像存在着许多随机分布的细节特征，造就了虹膜模式的唯一性。英国剑桥大学John Daugman教授提出的虹膜相位特征证实了虹膜图像有244个独立的自由度，即平均每平方毫米的信息量是3.2比特。实际上用模式识别方法提取图像特征是有损压缩过程，可以预测虹膜纹理的信息容量远大于此。并且虹膜细节特征主要是由胚胎发育环境的随机因素决定的，即使克隆人、双胞胎、同一人左右眼的虹膜图像之间也具有显著差异。虹膜的唯一性为高精度的身份识别奠定了基础。英国国家物理实验室的测试结果表明：虹膜识别是各种生物特征识别方法中错误率

4、最低的。第二，稳定性，虹膜从婴儿胚胎期的第3个月起开始发育，到第8个月虹膜的主要纹理结构已经成形。除非经历危及眼睛的外科手术，此后几乎终生不变。由于角膜的保护作用，发育完全的虹膜不易受到外界的伤害。第三，非接触，虹膜是一个外部可见的内部器官，不必紧贴采集装置就能获取合格的虹膜图像，识别方式相对于指纹、手形等需要接触感知的生物特征更加干净卫生，不会污损成像装置，影响其他人的识别。第四，便于信号处理，在眼睛图像中和虹膜邻近的区域是瞳孔和巩膜，它们和虹膜区域存在着明显的灰度阶变，并且区域边界都接近圆形，所以虹膜区域易于拟合分割和归一化。虹膜结构有利于实现一种具有平移、缩放和旋转不变性的模式表达方式。

5、第五，防伪性好，虹膜的半径小，在可见光下中国人的虹膜图像呈现深褐色，看不到纹理信息，具有清晰虹膜纹理的图像获取需要专用的虹膜图像采集装置和用户的配合，所以在一般情况下很难盗取他人的虹膜图像。此外眼睛具有很多光学和生理特性可用于活体虹膜检测。2.虹膜识别技术的原理2.1 虹膜识别的过程虹膜识别通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份，其核心是使用模式识别、图像处理等方法对人眼睛的虹膜特征进行描述和匹配，从而实现自动的个人身份认证。虹膜识别的主要步骤包括虹膜图像的获取、预处理、特征提取与编码和分类。2.2 虹膜图像获取虹膜图像获取是指使用特定的数字摄像器材对人的整个眼部进行拍摄，并将拍摄到

6、的图像通过图像采集卡传输到计算机中存储。虹膜图像的获取是虹膜识别中的第一步，同时也是比较困难的步骤，需要光、机、电技术的综合应用。因为人们眼睛的面积小，如果要满足识别算法的图像分辨率要求就必须提高光学系统的放大倍数，从而导致虹膜成像的景深较小，所以现有的虹膜识别系统需要用户停在合适位置，同时眼睛凝视镜头(Stop and Stare)。另外东方人的虹膜颜色较深，用普通的摄像头无法采集到可识别的虹膜图像。不同于脸像、步态等生物特征的图像获取，虹膜图像的获取需要设计合理的光学系统，配置必要的光源和电子控制单元。2.3 特征提取 特征提取是指通过一定的算法从分离出的虹膜图像中提取出独特的特征点，并对

7、其进行编码。主流的虹膜特征提取和识别方法可分为八大类。一是，基于图像的方法，将虹膜图像看成是二维的数量场，像素灰度值就构成联合分布，图像矩阵之间的相关性就度量了相似度。二是，基于相位的方法，这种方法认为图像中的重要细节，如点、线、边缘等“事件”的位置信息，大多包含在相位中，所以在特征提取时舍弃反映光照强度和对比度的幅值信息。三是，基于奇异点的方法，虹膜图像中的奇异点分两种，过零点和极值点。四是，基于多通道纹理滤波统计特征的方法，虹膜图像可以看成是二维纹理，在频域中的不同尺度和方向上会有区分性强的统计特征可供识别，这也是纹理分析中常用的方法。五是，基于频域分解系数的方法，图像可以看成是由很多不同

8、频率和方向的基组成，通过分析图像在每个基投影值的大小分布可以深入认识图像中具有规律性的信息。六是，基于虹膜信号形状特征的方法，虹膜信号形状特征包括两方面的信息，一是虹膜曲面凹凸起伏的二维形状信息，二是沿着虹膜圆周的一维形状信息。七是，基于方向特征的方法，方向（Direction）或者朝向（Orientation）是一个相对值，对光照、对比度变化的鲁棒性较强，而且可以描述局部灰度特征，是一种比较适合虹膜图像特征表达的形式。八是，基于子空间的方法，子空间的方法需要在较大规模的训练数据集上根据定义的最优准则找到若干个最优基，然后将原始图像在最优基上的投影系数作为降维的图像特征。2.4 特征匹配特征匹

9、配是指根据当前采集的虹膜图像进行特征提取得到的特征编码与数据库中事先存储的虹膜图像特征编码进行比对、验证，从而达到识别的目的。3. 虹膜识别技术的应用现状 虹膜识别技术是集数学、光学、电子学、生理学和计算机科学等于一体的多学科交叉的高新技术。在20世纪30 年代中期，人们已经开始设想用虹膜来识别身份，但直到20世纪90年代虹膜识别技术才成为现实。1987年, 眼科专家Aransafir 和Leonardflom 首次提出利用虹膜图像进行自动虹膜识别的概念，但是他们并没有开发出实际的应用系统。到1991年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Johnson 实现了一个自动虹膜识别系统。 在1993 年，

10、JohnDaugman 实现了一个高性能的自动虹膜识别原型系统。1996年，Richard Wildes研制成功基于虹膜的身份认证系统。1998年底，中科院自动化所开始虹膜方面的研究，2000年成功开发出我国具有自主知识产权的虹膜识别技术。目前，虹膜识别技术已广泛应用于监狱、机场、边境、银行，也被用来控制自动取款机的账户进入；同时也应用于网络身份认证系统，将虹膜的特征信息设为个人的网络ID，给网络信息安全带来了新的革命。目前的虹膜识别技术还不是很成熟，识别系统的应用也不够广泛，世界上现只有少数国家将这一技术应用于金融、刑侦等对安全有严格要求的场合。但是，由于该技术具有许多其他生物识别技术不可比

11、拟的优点，因而吸引人们的广泛关注。随着识别技术的不断成熟、性能的不断完善、价格的不断降低，必将广泛地应用于金融、公安、人事管理、医疗、电子贸易、智能化门禁系统、通道控制等诸多领域。将来人眼的虹膜可能成为人们终身的、唯一的、不变的、可靠的且不用记忆的“密码”，用它便可以不费吹灰之力地在银行取钱、出入下榻宾馆房间、打开保险箱、通过出入境海关检查等。4. 虹膜技术的发展前景虹膜特征识别是一项科技含量高、应用范围广、涉猎多学科、多领域的高新技术。只要能很好地解决取像、特征识别等关键技术，该技术的研究必会蒸蒸日上，具有很好的应用前景。结论虹膜识别技术是近年来兴起的身份识别技术，由于它利用了人体的某些具有

12、终生不变性与唯一性的特征，使得这种技术不但具有极高的可靠性，而且操作方便快捷虹膜识别技术是基于眼睛中的虹膜进行身份识别，应用于安防设备（如门禁等），以及有高度保密需求的场所。例如，在好莱坞大片中，通过扫描眼睛视网膜开启保密房间或保险箱的炫酷场景，大家一定还记忆犹新吧！使用虹膜识别技术，为需要高度保密的场所提供了高度安全保障。虹膜识别技术比较与其他生物识别技术的优势,详细了解了虹膜识别技术的基本原理，并对其应用现状及发展趋势进行了简要分析。同时通过查资料的过程，培养了自学和动手能力。参考文献1 万里光红膜识别技术的应用与发展J船电技术，2008，(2)：50-53.第7 / 8页2 刘远宁基于红

13、膜生物识别技术研究M北京：国防工业出版社，2010：85-88.3 王蕴红，朱勇，谭铁牛等基于虹膜识别的身份鉴别J自动化学报，2012， (1) ：12-15.4 袁晓燕虹膜定位、形变级特征提取研究M北京:国防工业出版社，2008：150-153.5 任建丽虹膜定位及质量评估的算法研究与实现J电子科技大学学报，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