基于虹膜技术的研究与设计

彭姣　耿生玲

摘要：随着安全意识的增强，对安全技术的要求也越来越高。本文介绍了虹膜识别技术的特性，详细地介绍了虹膜识别技术的识别流程和二值化图像。结合虹膜的生物特性，介绍虹膜识别技术的应用，并通过考试管理系统的实例分析阐述虹膜技术在现实生活中的可行性。

关键词：虹膜识别技术；二值化图像；生物特性；实例分析

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0130-02

1 概述

人员身份认证是安防体系中最重要和核心的一部分。传统的身份认证技术（如密码、门禁卡）等存在易忘记/丢失、易攻击/盗取等问题。为了克服这些问题，虹膜识别作为一种新颖的身份识别方法应运而生。虹膜识别技术采用专用光学图像采集仪采集人眼虹膜图像，再通过数字图像处理技术、模式识别和人工智能技术进行处理、存储、比对，实现对人员身份的认证和识别。虹膜识别具有超群的唯一性、稳定性、非接触性和难伪造性，已成为最具潜力的生物特征识别技术之一。林宇翔等[1]将虹膜识别技术在移动终端进行分析研究。刘扬[2]曾在虹膜识别上进行算法的研究虹膜识别技术包括硬件、软件两大模块。付鑫[3]等提出基于小波分析的虹膜识别技术的研究.王成儒等[4]提出基于几何特征的虹膜定位算法。本文考虑现实生活中各种不确定因素，提出基于虹膜技术的研究和设计，通过对比一般安检方法，论述虹膜技术的先进，从实例验证基于虹膜的可靠性，从而为安防体系提供理论依据。

2 虹膜识别的特性

门禁系统，又称出入管理控制系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统.常见的门禁系统有：密码门禁系统，非接触 IC 卡 （ 感应式 IC 卡 ） 门禁系统，指纹虹膜掌型生物识别门禁系统等.密码识别系统由于其本身的安全性弱、便捷性差，以致面临淘汰，生物识别的时代即将来临.虹膜识别的特性决定了它越来越好的发展前景，虹膜识别的特性有如下几点：

唯一性：虹膜纹理的细节特征是由胚胎发育环境的随机因素决定的，这种纹理细节的随机分布特性为虹膜的唯一性奠定了生理基础，自然界不可能出现完全相同的两个虹膜。

稳定性：虹膜从婴儿胚胎期的第三个月前开始发育，到第8个月主要纹理结构已经形成.由于角膜的保护作用，发育完全的虹膜不易受到外界伤害，纹理几乎终生不变（活体限制）。

非接触性：虹膜是一个外部可见的内部器官，相对于指纹等需要接触采集的生物特征更加卫生、方便。通过非接触（甚至远距离）的采集装置就能获取合格的虹膜图像，这一点与指纹、脸像等人体外部器官有很大的区别。

防伪性：获取清晰的虹膜纹理需专门的虹膜图像采集装置和用户配合，因此一般情况下（相对指纹和人脸）很难盗取其他人的虹膜图像.并且，眼睛也有很多优良的光学和生理特性可用于活体虹膜检测。

3 虹膜识别技术识别流程

虹膜图像采集、虹膜图像预处理和虹膜特征提取与匹配为虹膜识别的三个主要阶段.每阶段对最终识别效果的影响都至关重要。

第一个阶段是图像获取.通过虹膜采集仪采集用户的人眼或人脸图像.虹膜身份认证的准确性直接收虹膜图像质量影响.虹膜图像的质量受虹膜采集仪性能的直接影响。

第二阶段是预处理阶段，在虹膜定位前先使用人眼检测器大概确定人眼位置，在此基础上进行虹膜内外边缘定位。因为虹膜内外边缘近似圆形，虹膜定位一般采用圆拟合虹膜边缘。

第三阶段是虹膜图像特征提取与匹配，在预处理后的虹膜图像上，提取能唯一表征该类虹膜的特征，与虹膜数据库模板匹配，得到最终匹配结果。

4 虹膜识别技术功能模块

虹膜识别技术分为六个模块，按层次结构依次为：内心圆的确定、外心圆的确定、圆心的矫正和展开、二值化和形态学处理、特征值的提取、特征值的比对。

二值化图像中的虹膜特点的描述参数如图1所示。

一系列斑点为虹膜的特征表现，这些斑点的位置、面积、形状等都可作为识别的特征。对一个特征点来说，重心位置是描述这个点的首选参数，而形状参数更丰富了其信息。在提取特征点形状时，考虑到如下实际因素：

1）特征点的大小和形状各种各样，无法一一列举。

2）因滤波和形态学处理及，镜头聚焦等因素，相同虹膜的特征点也不完全相同，只是相似。

3）形状，只能提取抽象特征。

虹膜特征点的提取：选定如上特征点之后，从二值图像中将其特征量提取出来，提取时一般采用扫描和标记不同特征点的方法实现，对图像顺序扫描，由上到下、由左到右逐行扫描，设图像中的目标像点用1代表，背景用0代表。

虹膜特征点对比：上面所对每一个特征点确定了它的描述参量，我们采用如下方法取点组成特征向量，从展开图底部，即靠近瞳孔一侧由上到下，由左至右依扫描整个图像，依次选取N个特征点放入特征向量，若模板中的特征向量少于下限t，表明此图像不合格，需重新采集。

5 实例分析

王翠曾提出基于嵌入式的虹膜识别系统[5]，本文以基于虹膜识别的考试管理系统的设计为例说明虹膜识别在现实生活中的应用。

1）虹膜识别仪的识别界面：设备启动后默认界面是识别界面，可进行虹膜识别，当人眼进入虹膜摄像头拍摄范围，眼睛会被“眼睛跟踪框”标定，虹膜图像清晰时“眼睛跟蹤框”变绿，否则是红色，同时设备会语音提示“请靠近一点”“请远一点”“请对准方框、保持稳定”等引导人员使用设备，如图2所示。

虹膜识别技术在考试中应用，能更有效地减少考试中的各种作弊现象的发生，从而更好地严肃考风考纪。

6 结束语

各种安全系统在生活中广泛使用，由于现代生活中对安全性要求越来越高.现有的系统存在安全隐患，由于虹膜核心技术的先进性，结合二值化图像和人体的生物特性，通过介绍虹膜识别的特性和工作流程，虹膜识别可替代应用于所有的安全系统，提升老旧安全系统或低效虹膜系统的安全可靠性和服务质量，也可应用于司法监狱、公安看守所、银行、 军队、武警、工矿企业、教育、国企、私企、普通公司等.虹膜识别技术可扩展用作安防、考勤，普及率逐年上升，可在未来衍生民用化产品，使得每家每户安装虹膜安全锁，家庭安保将大大提升多个档次，惠及国计民生。

参考文献：

[1] 林宇翔.虹膜识别技术在移动终端应用中的特征及优势分析[J].技术应用，2013（5）：103-104.

[2] 刘扬.基于虹膜身份识别算法的研究[D].东北石油大学，2014.

[3] 付鑫.基于小波分析的虹膜识别技术研究[D].西安科技大学，2014.

[4] 王成儒，胡正平.基于几何特征的虹膜定位算法[J].中国图形图像学报，2003（6）.

[5] 王翠.基于嵌入式的虹膜识别系统[D].西安科技大学，2012.