虹膜識別技術(shù)：原理及應用

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生物識別是目前最方便、最安全的識別技術(shù)。它不需要攜帶任何證書(shū)或記住任何密碼。是一種方便、快捷、可靠的鑒別方法。生物特征識別是一種通過(guò)個(gè)體固有的生理或行為特征來(lái)識別個(gè)體的技術(shù)。常見(jiàn)的生物特征包括指紋、掌紋、虹膜、視網(wǎng)膜、臉型、聲音、筆跡和 DNA。

虹膜識別技術(shù)是一種我們既熟悉又陌生的感知識別技術(shù)，非常神秘但又比較常見(jiàn)。我們經(jīng)常在科幻小說(shuō)中看到它，甚至在我們的日常生活中也可能遇到它。虹膜識別技術(shù)號稱(chēng)是目前最準確、最不假的感知識別技術(shù)，更增添了它的神秘感。

人眼的外觀(guān)由鞏膜、虹膜和瞳孔組成。鞏膜是眼球外圍的白色部分，眼睛的中心是瞳孔部分。虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，含有最豐富的紋理信息。顯然，虹膜是人體中最獨特的結構之一，由許多腺窩、褶皺和色素斑組成。

在脊椎動(dòng)物眼球的角膜和晶狀體之間，球狀和有色的膜是血管膜的一部分，其中心是瞳孔。虹膜前部覆蓋有一層內皮；中間層是疏松結締組織，富含血管和色素細胞。不同的色素含量可使虹膜呈現不同的顏色，虹膜無(wú)色素時(shí)呈藍色；色素由少到多時(shí)，虹膜可呈灰色、棕色至棕黑色。

虹膜后有兩層色素上皮，其內部上皮分化為平滑肌。由內向外呈放射狀排列的肌纖維稱(chēng)為瞳孔張開(kāi)肌。瞳孔受交感神經(jīng)支配，瞳孔擴大，肌纖維在瞳孔邊緣呈圓形排列，稱(chēng)為瞳孔括約肌。受副交感神經(jīng)支配，瞳孔縮小。

每個(gè)虹膜所包含的信息是不同的，相同虹膜組織的可能性遠低于其他組織。英國劍橋大學(xué) John Daugman 教授提出的虹膜相位特征證實(shí)虹膜圖像具有 244 個(gè)獨立的自由度，即每平方毫米的平均信息量為 3.2 位。

虹膜纖維組織的細節復雜而豐富，其形成與胚胎發(fā)生過(guò)程中組織局部的理化條件有關(guān)。它具有很大的隨機性。即使是克隆技術(shù)也無(wú)法復制虹膜。同卵雙胞胎的虹膜紋理信息不同，同一個(gè)人左右眼的虹膜紋理也會(huì )不同。國家物理實(shí)驗室的測試結果表明，在所有生物特征識別方法中，虹膜識別的錯誤率最低。

虹膜從胚胎期的第三個(gè)月開(kāi)始發(fā)育，到第八個(gè)月，虹膜的主要紋理結構已經(jīng)形成。除非經(jīng)歷過(guò)危及眼睛的手術(shù)，否則虹膜幾乎在余生中都將保持不變。由于角膜的保護作用，發(fā)達的虹膜不易受到外界的傷害。

虹膜是人眼可見(jiàn)的部分。虹膜受鞏膜保護，具有很強的生物活性。例如，瞳孔的大小隨著(zhù)光強的變化而變化；看物體時(shí)有一個(gè)無(wú)意識的調整過(guò)程；每秒無(wú)意識的瞳孔放大十次以上；當人腦死亡、處于深度昏迷狀態(tài)或眼球組織與人體分離時(shí)，虹膜組織完全萎縮，瞳孔擴大。這些生物活動(dòng)與人類(lèi)的生命現象是共生的，因此無(wú)法用照片、視頻或尸體的虹膜來(lái)代替活體虹膜圖像，這就保證了生理組織的真實(shí)性。

虹膜是一種外部可見(jiàn)的內部器官，可以在不依賴(lài)采集設備的情況下獲得合格的虹膜圖像。該識別方法比指紋、手形等需要接觸感知的生物特征更清潔、更健康，并且不會(huì )降低成像設備的性能，也不會(huì )影響他人的識別。

在眼睛圖像中，與虹膜相鄰的區域是瞳孔和鞏膜。這兩者與虹膜區域之間存在明顯的灰度變化，區域的兩個(gè)邊界都接近圓形，因此虹膜區域易于擬合、分割和歸一化。虹膜結構有利于具有平移、縮放和旋轉不變性的模式表示。

唯一性、穩定性和防偽性是二維碼、RFID等其他感知識別技術(shù)無(wú)法比擬的。此外，虹膜作為人類(lèi)唯一可以從外部直接觀(guān)察到的內部組織，包含著(zhù)豐富的信息。虹膜識別已經(jīng)成為一種非常重要的環(huán)境感知識別技術(shù)，尤其是對于高保密要求的識別技術(shù)。

虹膜識別通過(guò)比較虹膜圖像特征之間的相似性來(lái)確定人的身份。虹膜識別的核心是利用模式識別和圖像處理方法對人眼的虹膜特征進(jìn)行描述和匹配，從而實(shí)現自動(dòng)的個(gè)人身份認證。虹膜識別的主要步驟包括虹膜圖像采集、預處理、特征提取、編碼和分類(lèi)。

虹膜圖像采集是指利用特定的數碼相機設備對整個(gè)人眼進(jìn)行拍照，將捕捉到的圖像通過(guò)圖像采集卡傳輸到計算機進(jìn)行存儲。虹膜圖像的獲取是虹膜識別的第一步，也是困難的一步。它需要光學(xué)、機械和電氣技術(shù)的綜合應用。

由于人眼的面積較小，如果要滿(mǎn)足識別算法對圖像分辨率的要求，就必須提高光學(xué)系統的放大倍數，從而導致虹膜成像的景深變小。因此，現有的虹膜識別系統要求用戶(hù)停在合適的位置，同時(shí)眼睛盯著(zhù)鏡頭（Stop and Stare）。此外，東方虹膜顏色較深，無(wú)法用普通相機拍攝可識別的虹膜圖像。不同于人臉圖像和步態(tài)等生物特征的圖像采集，虹膜圖像采集需要設計合理的光學(xué)系統，配備必要的光源和電子控制單元。

圖像預處理是指由于捕獲的人眼圖像包含大量冗余信息，在清晰度等方面不能滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)行圖像平滑、邊緣檢測、圖像分離等預處理操作。

虹膜圖像預處理的過(guò)程通常包括虹膜定位、虹膜圖像歸一化和圖像增強。

? 虹膜定位

一般認為虹膜的內外邊界可以用圓形近似擬合。內圈代表虹膜和瞳孔的分界線(xiàn)，外圈代表虹膜和鞏膜的分界線(xiàn)，但這兩個(gè)圓不是同心圓。

通常，虹膜靠近上下眼瞼的部分總是被眼瞼覆蓋，因此需要檢測虹膜與上下眼瞼的邊界，從而準確確定虹膜的有效面積。虹膜與上下眼瞼之間的邊界可以用兩度曲線(xiàn)表示。虹膜定位的目的是確定這兩個(gè)圓和兩個(gè)度數曲線(xiàn)在圖像中的位置。常用的定位方法大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是邊緣檢測與霍夫變換的結合；另一種是基于邊緣搜索的方法。

這兩種方法的共同缺點(diǎn)是運算時(shí)間長(cháng)，所以在上述兩種策略的基礎上有一些改進(jìn)的方法，但是速度并沒(méi)有提高一個(gè)數量級。定位仍然是虹膜識別中最長(cháng)的操作步驟之一。

? 虹膜圖像標準化

虹膜圖像歸一化的目的是將虹膜調整到固定大小。到目前為止，還沒(méi)有得到虹膜紋理隨光照變化的準確數學(xué)模型。因此，從事虹膜識別的研究人員主要采用映射方法對虹膜圖像進(jìn)行歸一化。如果能夠近似模擬或模擬虹膜紋理隨光照強度變化的過(guò)程，將有助于提高虹膜識別系統的性能。

? 照片增強

圖像增強的目的是解決人眼圖像光照不均導致歸一化圖像對比度低的問(wèn)題。為了提高識別率，需要對歸一化圖像進(jìn)行增強。

特征提取是通過(guò)一定的算法從分離的虹膜圖像中提取獨特的特征點(diǎn)并對其進(jìn)行編碼。主要的虹膜特征提取和識別方法可以分為八類(lèi)。

1）基于圖像，將虹膜圖像視為二維量場(chǎng)，像素的灰度值形成聯(lián)合分布，圖像矩陣之間的相關(guān)性衡量相似度。

2）基于相位，該方法認為圖像中的大部分重要細節，如點(diǎn)、線(xiàn)、邊緣等“事件”的位置信息，都包含在相位中，因此幅度信息反映了光照強度和對比度在特征提取中被丟棄。

3）基于奇異點(diǎn)，虹膜圖像有兩種奇異點(diǎn)：零交叉點(diǎn)和極值點(diǎn)。

4）基于多通道紋理濾波的統計特征，虹膜圖像可以看成二維紋理，在頻域不同尺度和方向上會(huì )有很強的判別統計特征進(jìn)行識別，這也是一種常用的識別方法。紋理分析中使用的方法。

5) 基于頻域的分解系數，可以將一幅圖像看作是由許多不同頻率和方向組成的基。通過(guò)分析圖像各個(gè)基投影值的分布，可以深入了解圖像中信息的規律性。

6）基于虹膜信號的形狀特征，虹膜信號的形狀特征包括兩個(gè)方面：虹膜凹凸表面的二維形狀信息和虹膜周邊的一維形狀信息。

7）基于方向特征，方向或定向是一個(gè)相對值，對光照和對比度變化具有魯棒性，可以描述局部灰度特征。是一種更適合虹膜圖像特征表達的形式。

8）基于子空間，子空間方法需要根據定義的最優(yōu)準則在一個(gè)大的訓練數據集上找到幾個(gè)最優(yōu)基，然后在最優(yōu)基上取原始圖像的投影系數作為降維的圖像特征。

特征匹配是指將當前獲取的虹膜圖像的特征編碼與預先存儲在數據庫中的特征編碼進(jìn)行比較驗證，從而達到識別的目的。

為提高電廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )化、智能化、信息化、管理效率和安全性，采用國際先進(jìn)的虹膜識別技術(shù)，結合計算機網(wǎng)絡(luò )在數據采集、數據通信、數據檢索和系統控制等方面的優(yōu)勢實(shí)現主要通道（出入口）的門(mén)禁管理和人員考勤管理。根據變電站設備狀態(tài)，可改造為帶有虹膜身份認證的防誤鎖系統，大大提高了操作安全性。

礦井虹膜考勤系統是煤礦安全生產(chǎn)管理的重要組成部分?？梢允蛊髽I(yè)管理人員及時(shí)了解井下生產(chǎn)情況和人員構成，有效改進(jìn)安全生產(chǎn)管理和勞動(dòng)組織模式。是提高安全生產(chǎn)效率的重要手段。

市場(chǎng)上常見(jiàn)的是磁卡、IC卡、射頻卡等實(shí)現的考勤機，不能解決替代問(wèn)題，指紋等生物識別技術(shù)不能適應苛刻的環(huán)境。地下環(huán)境，因為它的識別精度不夠。設備維修困難等問(wèn)題不能滿(mǎn)足需要。虹膜識別考勤系統從根本上杜絕了考勤替代現象，安全性高。性能、快速識別及其在地下礦井中的獨特用途是其他生物識別系統無(wú)法比擬的。

• 監獄：緩沖區訪(fǎng)問(wèn)控制：虹膜認證和出入口區域的識別。

• 流動(dòng)人員管理：采集虹膜，來(lái)訪(fǎng)后識別虹膜，判斷是否為同一人

• 刑偵：準確識別犯罪嫌疑人；快速識別犯罪分子；核實(shí)死囚身份。

• 出入境管理：身份證/護照：虹膜識別。

• 道路巡邏系統：查出可疑人員

• 反恐：捕捉虹膜信息，與反恐信息進(jìn)行比對。

• 社保社會(huì )化后，因單位搬遷、變更、關(guān)閉，參保人員流動(dòng)分散。因此，在社會(huì )保險繳費結算工作中，確定參保人的生存狀況一直是一個(gè)難題。解決這個(gè)問(wèn)題的唯一方法是使用生物特征識別技術(shù)來(lái)識別被保險人。

• 社保社會(huì )化后，因單位搬遷、變更、關(guān)閉等原因，造成參保人流動(dòng)、分散。因此，確定被保險人的生活狀況一直是社保繳費和理賠中的一個(gè)難題。解決這個(gè)問(wèn)題的唯一方法是使用生物特征識別技術(shù)進(jìn)行識別。

• 可以使用的生物識別技術(shù)有很多種，例如指紋、掌紋、聲紋、虹膜、面部、耳形、體味、DNA（人類(lèi)細胞遺傳基因）等等。生物特征是客觀(guān)獨特的，人因人而異，終生不變，不可復制。

• 與其他生物識別技術(shù)相比，從技術(shù)成熟度和便捷性來(lái)看，虹膜自動(dòng)識別特別適合社保系統的使用，也是最安全、最準確的生物技術(shù)。

• 新型農村合作醫療：在新型農村合作醫療管理過(guò)程中進(jìn)行虹膜采集，之后每次進(jìn)行虹膜核驗，核對后才能辦理相關(guān)業(yè)務(wù)。

• 隨著(zhù)金融業(yè)的發(fā)展，金融市場(chǎng)的競爭越來(lái)越激烈，****的管理越來(lái)越規范，安全問(wèn)題成為最重要的問(wèn)題。虹膜識別在****業(yè)的應用是大勢所趨。

• ****金庫門(mén)禁：可以保存有權進(jìn)入****金庫的人的虹膜信息，每次進(jìn)入金庫都要進(jìn)行虹膜驗證，只能通過(guò)驗證才能訪(fǎng)問(wèn)。還可以設置多人驗證和遠程驗證，加強****金庫的安全管理。

• 收銀車(chē)管理：收集并保存收銀員相關(guān)人員的虹膜信息，在值班時(shí)進(jìn)行虹膜校驗，同時(shí)還可以設置打開(kāi)收銀柜的權限，只有持有人權限可開(kāi)啟現金柜，有效保證資金安全。

• 信貸人員身份驗證：首先對每個(gè)借款人進(jìn)行虹膜驗證。如果有借款人的虹膜信息，則表示借款人已經(jīng)借款，應停止發(fā)放貸款?？梢苑乐乖俅谓杩?，有效阻止資金流失。如果沒(méi)有此人的虹膜信息，則保存。

虹膜識別系統在很多領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，例如機場(chǎng)和港口海關(guān)之間的自動(dòng)生物特征清關(guān)系統，檢測系統和警察使用的身份檢測設備等。 虹膜識別系統可以使用在需要的重點(diǎn)防御區域、通道和口岸，對經(jīng)過(guò)認證的人員授予不同的權限，并自動(dòng)采取措施將試圖強行通過(guò)的未授權人員封閉在警戒空間內。

自動(dòng)快速通關(guān)是虹膜識別的典型應用。不僅提高了機場(chǎng)的安全水平，緩解了客流壓力，還為機場(chǎng)帶來(lái)了經(jīng)濟效益。在公共安全成為熱點(diǎn)問(wèn)題的今天，虹膜識別技術(shù)在機場(chǎng)的應用將成為國際上的發(fā)展趨勢。

1. 虹膜識別有什么用？

虹膜識別是一種生物特征識別的自動(dòng)化方法，它使用數學(xué)模式識別技術(shù)對個(gè)人眼睛的一個(gè)或兩個(gè)虹膜的視頻圖像進(jìn)行識別，虹膜的復雜模式是獨特的、穩定的，并且可以在一定距離內看到。

2. 虹膜識別是如何工作的？

虹膜掃描測量虹膜中的獨特圖案，即人眼中的彩色圓圈。生物特征虹膜識別掃描儀的工作原理是用不可見(jiàn)的紅外光照射虹膜，以獲取肉眼看不到的獨特圖案。

3. 是什么讓虹膜掃描成為識別人的有效技術(shù)？

虹膜識別是一種生物識別方法，可根據眼睛瞳孔周?chē)h(huán)形區域內的獨特模式識別人。每個(gè)虹膜對個(gè)人來(lái)說(shuō)都是獨一無(wú)二的，使其成為生物特征驗證的理想形式。

4. 為什么虹膜識別最好？

虹膜掃描比指紋更具包容性，無(wú)法以可接受的質(zhì)量提供它們的人更少。它們對于身份驗證也更加精確，在接受和拒絕錯誤之間具有更好的權衡曲線(xiàn)。

5、虹膜識別的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

虹膜識別的優(yōu)缺點(diǎn)

? 掃描時(shí)沒(méi)有身體接觸（更衛生）。

? 準確的匹配性能。

? 可以遠距離捕獲（使用高級軟件和光學(xué)器件）。

? 虹膜受角膜保護，因此不會(huì )隨著(zhù)年齡的增長(cháng)而發(fā)生太大變化。

? 難以欺騙。

6. 虹膜和指紋哪個(gè)更安全？

贏(yíng)家是虹膜掃描儀。指紋掃描儀更便宜，而且安全性較低。我們在我們接觸的每個(gè)表面上都會(huì )留下指紋。該傳感器也不適用于過(guò)度臟污或潮濕的手指。

7. 虹膜會(huì )隨時(shí)間變化嗎？

假設虹膜作為生物識別標識符在一段時(shí)間內是穩定的。... 雖然現有結果對于錯誤拒絕隨時(shí)間的增加是正確的，但我們觀(guān)察到這主要是由于其他協(xié)變量的存在，例如模糊、噪聲、遮擋和瞳孔擴張。

8. 你的虹膜和指紋一樣獨特嗎？

用于虹膜 ID 掃描的算法針對虹膜中的大約 240 個(gè)獨特特征來(lái)確定身份。這大約是指紋識別的 5 倍。錯誤率大約為百萬(wàn)分之一——當您將其與另一項生物識別掃描（如指紋識別和面部識別）相關(guān)聯(lián)時(shí)，錯誤率甚至更低。

9. 什么是虹膜碼？

虹膜代碼是一組位，每個(gè)位指示在虹膜圖像上的給定點(diǎn)應用的給定帶通紋理濾波器是否具有負或非負結果。

10. 最常見(jiàn)的虹膜圖案是什么？

你的虹膜是顏色和圖案的萬(wàn)花筒。三種最常見(jiàn)的虹膜圖案是色素環(huán)、隱窩和溝紋。