虹膜识别技术综述

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1、徉蔭总卄i o i【引言】生物认证技术又称为生物识别技术，是通过计算机利用人体所固 有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定。这是我们已经熟知的 概念，然而，生物认证技术是一个很广泛的学术研究范围，我们需要 深入了解的则是其下的各个研究分支，而其中的虹膜识别技术则是非 常重要的一个分支，同时这种技术也是应用非常广泛的生物认证与识 别技术之一【知识简介】首先，我们来了解一下虹膜人眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。虹膜位于巩膜 和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息，占据65%。外观上看，由许 多腺窝、皱褶、色素斑等构成，是人体中最独特的结构之一。虹膜的 形成由遗传基因决定，人体基因表达决定了

2、虹膜的形态、生理、颜色 和总的外观。另一方面，要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术， 而且要冒着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改 的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。在包括指纹在内的所有生物识别技术中，虹膜识别技术可以说是 当前应用最为方便和精确的一种技术。它被广泛认为是二十一世纪最 具有发展前途的生物认证技术，未来的安防、国防、电子商务等多种 领域的应用，也必然的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势已经在全 球各地的各种应用中逐渐开始显现出来，市场应用前景非常广阔。【个人理解】虹膜其实和我们人体的指纹一样，具有高度的“特异性”，这是 作为“认”的根本与基础，同时它也同样具

3、有良好的“稳定性”，这 就意味着它具有防伪性，它奠定了“证”的可靠性!许多资料包括刚才的简介中都提到这样类似的话“要改变虹膜外 观，需要非常精细的外科手术，而且要冒着视力损伤的危险”。在我 看来，其实这就是一种高度可信的“防伪性能”，因为特别是在一般 商业用途中，伪造（或者称之为“修改”）虹膜的代价可能远远高于 骗取识别系统的信任所带来的利益，换句话说这就是“得不偿失”！虽然我们可能对指纹识别更为熟悉一些，但是实质上虹膜识别的 精确性丝毫不逊于指纹识别！根据各种资料的介绍，我得到了这 样一种认知：“虹膜结构是非常复杂而精细的”，对于在鲜活人体上的 虹膜与虹膜之间而言，它们的区别可以说是非常大的

4、（超过了指纹间 特征点的区别程度），就像一个完全独立于其他任何事物的精细工艺 品，要“确认”它非常容易，同时要发现“雷同”的却基本是不可能 的！在我看来，这就是虹膜可以作为真正识别身份的生物特征并且这 种识别技术应用越来越广泛，实用性与适用性越来越强的原因！【查阅数据库文献后的认识与收获】“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。与指纹识别相比，虹膜识别具有非侵犯性、活 体验证等特性；和语音、人脸等非接触式等身份鉴别方法相比，虹膜 具有更高的准确性。因此，虹膜识别具有广阔的应用前景”摘自1王川，汪超，司玉林，等.基于TMS320DM6446和TVP5158的

5、虹膜识别系统J.数据采集与处 理, 2012（6）.【维普】首先我们知道的一点是，无论是怎样的识别技术，唯一性和稳定 性一般都是最重要而且必不可少的特性，唯一性保证这样的身份识别 有效，而稳定性保证了这样的识别技术现实可用，然而，正如我所查 阅的资料所叙述的一样，虹膜识别技术也有它独特的魅力所在。指纹识别的确广泛应用于各种商业、政治领域，但是遗憾的是， 它不具有非侵犯性，同时，指纹可以脱离活体、可以被拷贝、挪用等 等，这些并不让人满意的缺陷，虹膜识别都已经完美弥补了我认 为，举例来说比如“活体验证”，虹膜不是一种“痕迹”，不像指纹识 别中的“手印”一样可以脱离活体单独存在，它是人（而且是当前生

6、 存状态良好的人）眼球里当前处于鲜活状态的不可脱离人体的生物特 征，在通常（排除一些极端情况）情形下，企图伪造或者仿冒的人没 有办法单独使用虹膜以逃避识别系统的验证！“对于每个人来说虹膜的结构各不相同并且这种独特的虹膜 结构在人的一生中几乎不发生变化!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而且自童年以后虹膜在人的一生中所发生的变化十分微小!发育生物学界的科学家们同时发现尽管虹 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

7、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!”摘自1王蕴红，朱勇，谭铁牛.基于虹膜识别的身份鉴别J.自动化学报,2002(1).【万方】我是这样来理解上面这段话的它的总体意思在于虹膜这种生物特征具有十分良好的“稳定性”， 这种稳定性又建立在了不同人之间的“差异性”之上，这是作为生物 识别身份验证非常理想的一种情况文中提到“自然界不可能出现完全相同的两个虹膜”，这是我们 一直寻求的“唯一性”；另外“发

8、育完全的虹膜不易受到外界的伤害 而产生变化”则是我们十分期待的“稳定性”简而言之：虹膜的上述特点为其作为身份鉴别的特征提供了有说 服力的依据！相关技术与操作流程】1) 虹膜图像的获取“虹膜识别的第一步同时也是最困难的一步就是虹膜图像的获取!虹膜是一个很小的器官直径约十几毫米不同人种的虹膜颜色有着很大的差别!白种人的虹膜颜色浅纹理显著；而黄种人的虹膜则多 为深褐色纹理非常不明显!虹膜图像获取有很多困难在普通的条 件下使用CCD摄像头很难拍摄到可用的图像!经过反复实验我们研 制出了一套小型，简易，灵活，能够清晰采集虹膜图像的装置并已 获得实用新型专利!”我们的装置拍摄的虹膜图像为4位灰度图像，图1

9、(a是拍摄到 的典型的经过处理后的虹膜图像样本&其中图中所示圆环部分即是虹 膜区域，图1(b和(c是同一个人在时间间隔为两周拍摄的左眼的虹 膜图像0图1(d是此人的右眼虹膜图像0图1(e,(f,(g分别是另外三 个人的虹膜图像!从图中可看出同一人的同一只眼睛虹膜几乎是一 样的具有稳定性有些人的左眼和右眼虹膜具有一定的相似性不同 人的虹膜区别很大!”：T11 rr.横国钢摘自1王蕴红，朱勇，谭铁牛.基于虹膜识别的身份鉴别J.自动化学报，2002(1).【万方】我在阅读了相关技术文献之后，发现了一个共同的问题“虹 膜图像的获取”是比较困难的，在不借助一些特定、复杂的相关仪器 之前，想要正确并且精确

10、获取人的虹膜图像难于上青天！上述文献只 是我阅读的众多文献之一，当然不同的研究论文学者们关于“如何获 取”都有不同的看法，相关获取技术也是不尽相同的！(2) 虹膜图像的预处理在查阅了数据库中的期刊论文之后，我发现学者们达成了这样一 个共识虹膜图像预处理的目的是虹膜定位与归一化！通过获取装置采集的虹膜图像通常不可能仅仅包含虹膜，往往还 有眼睛的其它部分，比如眼睑$睫毛$眼白等，而且在高度非侵犯性系 统中，由于对被试者不做要求，虹膜在图像中的位置与大小都会发生 变化！因此，在进行虹膜识别之前，必须先确定出虹膜在图像中的位置并进行大小归一化，在某些情况下，虹膜图像的光照是不均匀的，这样会给虹膜识别的

11、准确性带来影响；同时，虹膜的内边界即瞳孔的大 小是会发生变化的，这将会使虹膜的纹理产生变形以上这些情况都 会影响虹膜图像的质量从而给下一步的特征提取和准确匹配带来困 难。为了实现精确的匹配，就要通过预处理消除上述各种因素对虹膜 图像的影响虹膜图像的预处理包含虹膜定位$虹膜图像归一化和虹 膜图像增强等三个步骤技术面临的主要困难】“虹膜识别技术是集数学、光学、电子学、生理学和计算机科学 等多学科交叉的高新技术。该技术的研究虽然取得了很大成绩，但由 于起步晚，仍然面临着许多困难”摘自1浦昭邦杨帆，陈炳义，等虹膜识别技术的发展与应用J.光学精密工程,2004(3).【万方】【个人分析】在阅读了光学精密

12、工程这本期刊中的相关论文之后，我主要总结与列出以下几个方面的有关虹膜识别技术的应用困难：(1) 虹膜纹络是否具有稳定性有待研究。目前医学理论认为， 虹膜纹络具有终身不变的稳定性，但这一认识还有待于接 受严格的实验数据论证。因为虹膜纹络识别技术诞生不久， 很难获得同一个人 10年乃至于更长时间间隔的虹膜图像。 有资料显示，在眼部或其他部分发生病变的情况下，虹膜 纹络会发生部分或全部改变，大致有破裂脱落、穿孔、炎 症增生、萎缩、血管新生等多种情况；（2）虹膜采集技术有待提高。获取高质量的虹膜图像是制约虹膜识别技术发展与应用的一个瓶颈。图像获取设备的小型化与方便化、高分辨率摄像头及其照明技术，是推广

13、虹膜识别技术的主要障碍，镜头可能会使图像畸变而使得可靠 性大为降低；黄种人多为深褐色，纹理非常不明显很难 获取细节清晰、对比度高的虹膜图像；（3）高重复性的虹膜识别算法有待进一步开发。当前的虹膜识 别算法还不能很好地提取因人而异的特征向量，存在着匹 配还不精细，计算量大等问题；（4）性能评价体系有待建立。虹膜识别系统性能评价应该由国 家甚至世界性的专门检测机构来进行；（5）系统的可行性有待验证。当前的虹膜识别系统只是用统计 学原理进行小规模的试验，而没有进行过现实世界的唯一 性认证的试验。【发展前景】“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

14、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。”【个人分析】在查看了近几年来的有关技术报告，我逐渐意识到虹膜特征识别 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。 那么，这就意味着只要我们能够很好地解决取像、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！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、 出人下榻宾馆房间、打开保险箱、通过出入境海关检查等。【小结】之前我有提到，生物识别技术具有前沿性、可靠性、高效性、安 全性等诸多特点，是现今以及今后发展的主流趋势，换句话说，它极 有可能在不久的将来完全取代传统的身份识别技术！之前谈到的指纹识别技术，以及这里我们涉及的虹膜识别技术都 在生物认证技术相关领域发挥了重要的作用，了解、学习、研究、掌 握这些跟随时代进步的先进技术对于我们今后的学习生活、工作管理 有着非常重要的意义！