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虹膜识别

  在所有生物特征中,指纹相对稳定但录取指纹不是非侵犯性的。脸像特征具有很多优点(如主动性、非侵犯性和用户友好等),但脸像随年龄变化,而且容易被伪装。声音特征具有与脸像特征相似的优点,但它随年龄、健康状况和环境等因素变化,而且说话人识别系统也容易被录音所欺骗,容易被伪造。虹膜特征识别解决了这些问题而且同时还具有上述其他生物特征所具有的一些优点,故在近年来虹膜识别技术被广泛认为是最有前途的生物识别技术之一。

  虹膜,作为重要的身份鉴别特征,具有唯一性、稳定性、可采集性、非侵犯性等优点。非侵犯性(或非接触式)的生物特征识别是身份鉴别研究与应用发展的必然趋势,与脸像、声音等非接触式的身份鉴别方法相比,虹膜具有更高的准确性。据统计,到目前为止,虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的。基于虹膜的身份鉴别技术日益得到学术界和企业界的重视。

  对于每个人来说,虹膜的结构都是各不相同的,并且这种独特的虹膜结构在人的一生中几乎不发生变化。这个观点有两方面的依据:第一个依据来源于临床的观察。眼科学家和解剖学家经过大量的观察发现虹膜具有独特的结构,即便对于同一个人,左眼和右眼的虹膜区别也是十分明显的。经过进一步持续的观察,科学家们发现,自童年以后,虹膜在人的一生中所发生的变化十分微小。支持这一观点的第二个证据来源是发育生物学。科学家发现,尽管虹膜的基本结构是由内在的遗传基因决定的,但是外界的环境却对虹膜独特的细微结构起着决定性作用。这种外部环境是指在生命初期,虹膜形成之前的胚胎发育环境。因此,自然界不可能出现完全相同的两个虹膜。发育生物学家通过大量观察发现当虹膜发育完全以后,它在人的一生中是稳定不变的,因而具有稳定性。另外,由于虹膜的外部有透明的角膜将其与外界相隔离,因此发育完全的虹膜不易受到外界的伤害而产生变化。所有这些证据表明,每个人都有不同的虹膜结构,并且这种独特的虹膜结构是稳定的。

  综上所述,虹膜适合于作为身份鉴别的特征,基于虹膜的身份鉴别不仅可行,而且必要。本文提出了一种基于虹膜的身份鉴别方法,该方法成功地实现了虹膜识别,并具有旋转、平移和尺度缩放的不变性。基于虹膜的身份鉴别系统由以下几个部分构成:虹膜获取、虹膜图像预处理、虹膜图像特征提取、匹配与识别.虹膜图象的获取需要通过特殊的设备,目前国内没有此项产品,国外的产品价格昂贵。中国科学院自动化研究所自行研制开发了低成本、高清晰度的虹膜录入设备和相关的识别软件,并申请了两项专利。所拍摄的虹膜图象如图4圆环所示。

图4 用中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室自行研制的虹膜摄取装置摄取的虹膜样本图像

  一个基本的虹膜识别系统包括"软件和硬件"两部分:虹膜图像获取装置和虹膜识别算法。我们从光学成像装置、电子控制单元和适当的软件算法三方面考虑,设计了具有自主知识产权的虹膜图像获取装置。而且提出了一种新颖的基于纹理分析的虹膜识别算法,具有良好的识别性能。在此研究基础之上,开发了一套基于虹膜识别的身份鉴别原型系统。

  Demo_1 是一个基于虹膜识别的身份鉴别系统,它能够在认证和识别两种模式下工作。其中包括近距离的虹膜图像获取装置和对平移、缩放、旋转不变的虹膜识别算法。今后的研究工作中,将进一步改进虹膜图像获取装置,深入细致地研究虹膜识别算法的各个模块,包括活体虹膜的检测、图像质量的评价与选择、特征提取和分类器的设计等。

  虹膜识别是刚刚兴起的前沿方向,科学意义重大,应用前景广泛。目前国际上该方向的研究与应用主要由美国IriScan和SenSar两家公司所主导(其中IriScan被评为美国1998年500家发展最快的公司之一)。国内主要有中科院自动化所模式识别国家重点实验室。

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