2018年11月17-18日
2018粵港澳大灣區青年科學家微米納米技術協同創新論壇
深圳市南山區西麗大學城清華大學深圳研究生院
2018年11月18-20日
2018第三屆國際真空鍍膜技術與應用研討會暨行業展覽
深圳沙井維納斯皇家大酒店
2018年11月22-24日
國際全觸與顯示展、國際薄膜與膠帶展、真空技術與應用產業展示區
深圳會展中心
虹膜識別技術是基於眼睛中的虹膜進行身份識別,應用於安防設備(如門禁等),以及有高度保密需求的場所。
人的眼睛結構由鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網膜等部分組成。虹膜是位於黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環狀部分,其包含有很多相互交錯的斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等的細節特徵。而且虹膜在胎兒發育階段形成後,在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特徵決定了虹膜特徵的唯一性,同時也決定了身份識別的唯一性。因此,可以將眼睛的虹膜特徵作為每個人的身份識別對象。
眼睛的虹膜是由相當複雜的纖維組織構成,其細部結構在出生之前就以隨機組合的方式決定下來了,虹膜識別技術將虹膜的可視特徵轉換成一個512個字節的Iris Code(虹膜代碼),這個代碼模板被存儲下來以便後期識別所用,512個字節,對生物識別模板來說是一個十分緊湊的模板,但它對從虹膜獲得的信息量來說是十分巨大的。 虹膜從直徑11mm的虹膜上,Dr. Daugman的算法用3.4個字節的數據來代表每平方毫米的虹膜信息,這樣,一個虹膜約有266個量化特徵點,而一般的生物識別技術只有13個到60個特徵點。266個量化特徵點的虹膜識別算法在眾多虹膜識別技術資料中都有講述,在算法和人類眼部特徵允許的情況下, Dr. Daugman指出,通過他的算法可獲得173個二進位自由度的獨立特徵點。這在生物識別技術中,所獲得特徵點的數量是相當大的。
虹膜識別就是通過對比虹膜圖像特徵之間的相似性來確定人們的身份。虹膜識別技術的過程一般來說包含如下四個步驟:
1.虹膜圖像獲取
使用特定的攝像器材對人的整個眼部進行拍攝,並將拍攝到的圖像傳輸給虹膜識別系統的圖像預處理軟體。
2.圖像預處理
對獲取到的虹膜圖像進行如下處理,使其滿足提取虹膜特徵的需求。
A.虹膜定位:確定內圓、外圓和二次曲線在圖像中的位置。其中,內圓為虹膜與瞳孔的邊界,外圓為虹膜與鞏膜的邊界,二次曲線為虹膜與上下眼皮的邊界。
B.虹膜圖像歸一化:將圖像中的虹膜大小,調整到識別系統設置的固定尺寸。
C.圖像增強:針對歸一化後的圖像,進行亮度、對比度和平滑度等處理,提高圖像中虹膜信息的識別率。
3.特徵提取
採用特定的算法從虹膜圖像中提取出虹膜識別所需的特徵點,並對其進行編碼。
4.特徵匹配
將特徵提取得到的特徵編碼與資料庫中的虹膜圖像特徵編碼逐一匹配,判斷是否為相同虹膜,從而達到身份識別的目的
虹膜識別優缺點
優點
1.便於用戶使用;
2.可能會是最可靠的生物識別技術;
3.不需物理的接觸;
4.可靠性高。
缺點
1.很難將圖像獲取設備的尺寸小型化;
2.設備造價高,無法大範圍推廣;
3.鏡頭可能產生圖像畸變而使可靠性降低;
4.兩大模塊:硬體和軟體;
5.一個自動虹膜識別系統包含硬體和軟體兩大模塊:虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應於圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。
虹膜識別的算法
第一步是通過一個距離眼睛3英寸的精密相機來確定虹膜的位置。當相機對準眼睛後,算法逐漸將焦距對準虹膜左右兩側,確定虹膜的外沿,這種水平方法受到了眼瞼的阻礙。算法同時將焦距對準虹膜的內沿(即瞳孔)並排除眼液和細微組織的影響。
單色相機利用可見光和紅外線,紅外線定位在700-900mm的範圍內(這是IR技術的低限,美國眼科學會在他們對macular cysts研究中使用同樣的範圍。) 在虹膜的上方,如上圖所示,算法通過二維Gabor子波的方法來細分和重組虹膜圖象,第一個細分的部分被稱為phasor,要想明白二維gabor子波的原理需要懂得很深的數學知識。
虹膜識別的精確度
由於虹膜代碼(Iris Code)是通過複雜的運算獲得的,並能提供數量較多的特徵點,所以虹膜識別技術是精確度最高的生物識別技術,具體描述如下:
1、兩個不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:106
2、等錯率:1:1200000
3、兩個不同的虹膜產生相同Iris Code(虹膜代碼)的可能性是1:1052
虹膜識別的錄入和識別
整個過程其實是十分簡單的,虹膜的定位可在1秒鐘之內完成,產生虹膜代碼(Iris Code)的時間也僅需1秒的時間,資料庫的檢索時間也相當快,就是在有成千上萬個虹膜信息資料庫中進行檢索,所用時間也不多,有人可能會對如此快的速度產生質疑,其實虹膜識別技術的算法還受到了現有技術的制約。我們知道,處理器速度是大規模檢索的一個瓶頸,另外網絡和硬體設備的性能也制約著檢索的速度。當然,由於虹膜識別技術採用的是單色成像技術,因此一些圖像很難把它從瞳孔的圖像中分離出來。但是虹膜識別技術所採用的算法允許圖像質量在某種程度上有所變化。相同的虹膜所產生的Iris Code(虹膜代碼)也有25%的變化,這聽起來好像是這一技術的致使弱點,但在識別過程中,這種Iris Code(虹膜代碼)的變化只佔整個虹膜代碼的10%,它所佔代碼的比例是相當小的。
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