生物特征识别技术之虹膜识别

62 2007年2月 第1期 总第4期 生物识别 人眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼球外围的白色部分，约占总面积的 30%；眼睛中心为瞳孔部分，约占5%；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，虹膜由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成(见图1)，是 人体中最独特的结构之一。虹膜的形成由遗传基因决 定，人体基因达决定了虹膜的形态、生理、颜色和总 的外观。人发育到八个月左右，虹膜就基本上发育到了 足够尺寸，进入了相对稳定的时期。除非极少见的反常 状况、身体或精神上大的创伤才可能造成虹膜外观上 的改变，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。另一 方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位 于角膜后面。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。 虹膜识别生理原理与识别系统 从识别的角度来说，虹膜的颜色信息并不具有广 泛的区分性，而那些相互交错的类似于斑点、细丝、冠 状、条纹、隐窝等形状的细微特征才是虹膜惟一性的 体现。这些特征通常称为虹膜的纹理特征。 通常情况下，一个自动虹膜识别系统包含硬件和软 件两大模块：虹膜图像获取装置和虹膜识别算法。分 别对应于图像获取和模式匹配这两个基本问。 以Joh n D a u g m a n的算法为例，大部分的自动虹 膜识别系统使用Daugman的核心算法。 在采集阶段，从直径11毫米的虹膜上，Dau g m a n 算法用3.4个字节的数据来代表每平方毫米的虹膜信 息，这样，一个虹膜约有266个量化特征点，而一般的 生物识别技术只有13个到60个特征点。266个量化特 征点的虹膜识别算法在众多虹膜识别技术资料中都 有讲述，在算法和人类眼部特征允许的情况下，通过 Da u g m a n算法可以获得173个二进制自由度的独立特 征点。在生物识别技术中，这个特征点的数量是相当 大的。 虹膜识别算法通过一个距离眼睛3英寸的精密相 机来确定虹膜的位置。当相机对准眼睛后，算法逐渐 将焦距对准虹膜左右两侧，确定虹膜的外沿，这种水平 受到了眼睑的阻碍。算法同时将焦距对准虹膜的 内沿（瞳孔）并排除眼液和细微组织的影响。 单色相机利用可见光和红外线，红外线定位在 700-900毫米的范围内，这是虹膜识别技术的低限， 美国眼科学会在他们对macularcysts研究中使用同样 的范围。在虹膜的上方，算法通过二维Gabor子波的方 法来细分和重组虹膜图象，第一个细分的部分被称为 phasor，要理解二维gabor子波的原理需要很深的数学 知识。 虹膜识别技术是已知的精确度最高的生物识别技 术，两个不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是 1:106；误识率为1:1200000；两个不同的虹膜产生相同 虹膜代码的可能性是1:1052。 根据虹膜识别算法系统，在人员注册自己的虹膜 信息后，系统对已注册的虹膜信息进行预处理，并对有 效的虹膜纹理特征进行描述，最后完成基于不同虹膜 生物特征识别技术之虹膜识别 虹膜 图1 虹膜是盘状的薄膜，位于眼球的前方 《中国自动识别技术》 63 BIOMETRIC IDENTIFICATION 特征的分类的任务，在识别过程中，通过与数据库中已 分类的虹膜特征配对，完成识别。 虹膜的定位可在1秒钟之内完成，产生虹膜代码的 时间也仅需1秒的时间，数据库的检索时间也相当快。 从目前来看，整个系统中的处理器速度是大规模检索 的一个瓶颈，网络和硬件设备的性能也会影响到检索 的速度。由于虹膜识别技术采用的是单色成像技术，因 此把虹膜数据从瞳孔的图像中分离出来也非常关键， 虹膜识别技术所采用的算法允许图像质量在某种程度 上有所变化。 虹膜识别技术的优势 依据虹膜特有的生理特征而形成的虹膜识别技 术，具有其他生物识别特征所无法取代的优势： 惟一性。自然界不可能出现完全相同的两个虹膜， 科学试验表明：即使是双胞胎、同一人左右眼的虹膜图 像也不相同； 稳定性。虹膜在人出生八个月后就已经稳定成型、 终身不变； 非接触式采集。虹膜是外部可见的内部器官，用户 可以在不与采集设备接触的情况下成像。 虹膜识别发展进程 1885年，A L P H O N S E B E R T I L L O N将利用生物 特征识别个体的思路应用在巴黎的刑事监狱中，当时所 用的生物特征包括：耳朵的大小、脚的长度、虹膜等； 1936年，眼科专家Frank Bu rch指出虹膜具有独 特的信息，可用于身份识别； 1987年，眼科专家Aran Safir和Leonard Flom首 次提出了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一个实际的应用系统； 1991年，美国洛斯阿拉莫斯国家的Johnson 实现了一个自动虹膜识别系统，这是有文献记载的最早 的一个应用系统； 1993年，Joh n D a u g m a n实现了一个高性能的虹 膜识别原型系统，目前大部分自动虹膜识别系统使用 Daugman的核心识别算法； 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识别方面的 研究； 2000年，中科院自动化所成功开发出具有我国自 主知识产权的虹膜识别系统。 生物识别技术对比 虹膜识别技术在几种生物识别方式中具有独特的 优势，几种生物识别技术对比如表1所示。 栏目编辑：李澎 lip@autoid-china.com.cn 虹膜识别 1：1200000 0.1-0.2% 虹膜识别时 非常稳定， 使用者选择注册 摄像机镜头的调整 只需注册一次 指纹识别 1：100000 2.0-3.0% 干燥；脏污；伤痕；油渍 因为影响因素改变， 使用者选择注册； 需经常注册 隐秘指纹储藏 掌纹识别 1：10000 ≈10.0% 受伤；年龄；药物环境 因为影响因素改变， 使用者选择注册 需经常注册 面部识别 1：100 10-20% 灯光；年龄，眼镜； 因为影响因素改变， 使用者选择注册； 头/脸上的遮盖物 需经常注册 可以在一定距离内， 不经使用者同意的 情况下被注册 误识率 拒识率 影响识别的因素 稳定性 安全性 特性 类型 表1 几种生物识别技术的对比 请在读者服务卡上按5分制给出您对本文的评价，本文代码 为：070111 storing information in the codes, even as well as testing, this series of work process ensures that every single production section will own accurate bar code recognition as products are finished, which makes relevant information of products should be prepared to be enquired by manufacturing enterprises and should be provided for lots of customers. 53 Management of Fixed A sset s by Ministr y of Foreign Aff airs, Technology of Bar Code Plays a Crucial Role Being one of important administrative organs, Ministry of Foreign Affairs has set up embassies and consulates in more than 150 countries around the world. So the assets disperse and differ from various types, that is why it seems very important to manage them and that is why a set of rel iable and safe assets management system should be established. In 2006, Ministry of Foreign Affairs imports a set of completely new solution plans based on bar code technology, this management system plays an important role in the routine work. Therefore, we will introduce its system function, equipment types, facilities equipment served in the ministry one by one for readers. 56 Manag e m e nt of B ar Co d e S e r ve d in Fi xe d A ss e t s of Xuzhou Pipeline Storage Transportation Company Due to shortages of f ixed assets such as numerous amounts, dif ferent types, high values, durable period, dispersing usage, etc, so it will waste time and energy for manage them and easy to let them lose in case of lacking efficient management and tech safeguard. This article will introduce a vivid case of f ixed assets of Xuzhou Pipeline Storage Transportation Company and let readers to know about some basic knowledge of solution plans based on automatic identification technology and usage of mobile computing science, which can trace back the whole process of life period of fixed assets so as to manage them and safeguard corresponding action between information and assets streams. Application of RFID 58 RFID’s Utilization Emerge RFID’s Technology Advantages and Achieve Growth of Enterprises The experiment room between Sinotrans Development and China’s HP’s RFID solution plans is now combined to be established in Beijing. The experiment room displays RFID’s technology ’s advantages based on Sinotrans Development ’s RFID and combined HP ’s RFID usage plat form and ser vice, as well as other solution plans served by Symbol, Printrmix, HP ProCurve. These plans ef fectively reduce cost coming from supply chain and increase s tandard of v is ib le de gre e of supply chain and achieve growth of enterprises. This article explains utilization mode of the experiment room in details. 60 R FI D ’s Te c h n o l o g y U s e d i n M a n a g e m e n t o f P u b l i c Transportation System RFID’s technology used in management of public transportation system might realize unstoppable data collection when buses arrive and leave the bus stops, mak ing vehicle schedul ing system have correc t and accurate dy namic information of these buses when they arr ive and leave the bus-stops. This system has successfully ser ved in Shanghai and Kunming. By this system, some shor tcomings of public transpor tation system have been improved, and profiles of cities have also been improved. Biometric Identifi cation 62 Iris Recognition of biometric Identifi cation Identif ication recognition technique based on ir is has irreplaceable, stable and non-touched advantages by comparison with other technologies . This ar t ic le explains principles, characters, development course and compares this technology to others. 64 I d e nt i f i c at i o n R e co gnit i o n Te chni qu e B as e d o n I r is Used in Miners According to its irreplaceable and stable characters of i r is , i r is safet y super vising equipment introduced in coalmines might solve some problems of miners ’ r e g i s t r a t i o n e v e r y d a y a s t h e y s t a r t t o w o r k . B y combination of information of i r is and RFID’s cards , coalminers’ at tendance should be under control and safet y super vising also work to some ex tent , only in this way should we accurately learn about all kinds of information including numbers of coalminers who are working now. At risk, they should be rescued on time in accordance with above-mentioned information. Tech Platform 66 Scan RFID Middleware RFID should be relegated to be a Hotpoint of the field of automatic identification in recent years, however RFID middleware may be called backbone of RFID’s system, and play a crucial role in the chain of RFID’s industry. Through