基于虹膜识别的身份鉴别

第28卷　第1期2002年1月自　动　化　学　报ACT A A U T OM AT ICA SIN ICA V ol.28,N o.1Jan.,2002长论文

基于虹膜识别的身份鉴别

1)

王蕴红 朱　勇 谭铁牛(中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室　北京　100080)

(E -mail :wangyh @n lpr .ia .ac .cn yongzhu @cc .gatech .ed u tnt @nlpr .ia .ac .cn )

摘　要　描述了基于虹膜识别的身份鉴别系统.该系统包括虹膜图像摄取、图像预处理、特征提取和匹配四个部分.虹膜图像摄取采用了自主开发研制的装置,特征提取采用Gabor 滤波和Daubechies-4小波变换等纹理分析方法,匹配采用方差倒数加权欧氏距离方法.与现有的其它方法相比,该方法利用了二维虹膜图像丰富的纹理信息并具有旋转、平移和尺度不变性.

关键词　虹膜识别,身份鉴别,生物特征

中图分类号　T P 391.411)国家杰出青年基金(59825105)资助.

收稿日期　2000-11-21 收修改稿日期　2001-04-30

BIOMETRICS PERSONAL IDENTIFICATION BASED ON IRIS PATTERN

WANG Yun-Ho ng ZHU Yong T AN T ie-Niu

(N ational L aboratory of Patter n R ecog nition ,I nstitute of A utomation

Chinese A cademy of S ciences ,B eij ing 100080)

(E-mail:wangyh @n ;yongzhu @cc.gatech.ed u;tnt@)

Abstract A personal ident if icat ion syst em based on iris patt erns is presented in this paper .It is composed of iris image acquisition ,image preprocessing ,f eature ex trac-tion and mat ching.Iris f eature ext ract ion is based on text ure analysis using multi-

channel Gabor f ilt ering and Daubechies -

4w avelet t ransform .Compared w it h exist ing met hods,our met hod emplores the rich 2-D inf ormat ion of the iris and is t ranslat ion,

rotation ,and scale invariant .

Key words Iris recognition ,personal ident ificat ion ,biomet rics

1　引言

在高度信息化的现代社会,人们的身份鉴别已经渗透到日常生活的每一个方面.同时,由于交通、通讯和网络技术的飞速发展,人类的活动范围越来越大,身份鉴别的难度和

2自 动 化 学 报　28卷

重要性也越来越突出.对于我们这样一个人口众多的国家,身份鉴别有着特别广泛的应用前景和重要的战略意义,金融、安全、网络、电子商务等无一不需要可靠的身份鉴别.传统的利用密码等身份鉴别的方法具有易遗忘、易假冒等缺点,已不符合现代数字社会的需求.基于生物特征的身份鉴别技术利用人本身所拥有的生物特征来判别人的身份,这些生物特征具有“人各有异、终生不变、随身携带”三个特点,具有稳定、便捷、不易伪造等优点,近年来已成为身份鉴别的热点.常用的生物特征包括指纹、掌纹、虹膜、脸像、声音、签名和笔迹等.

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.非侵犯性(或非接触式)的生物特征识别是身份鉴别研究与应用发展的必然趋势,与脸像、声音等非接触式的身份鉴别方法相比,虹膜具有更高的准确性.据统计虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的[1].基于虹膜的身份鉴别技术逐渐得到学术界和企业界的重视.

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[2]和解剖学家[3]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[4,5].这种外部环境是指在生命初期,虹膜形成之前的胚胎发育环境.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[3].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.

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.本文提出了一种基于虹膜的身份鉴别方法,成功地实现了具有旋转、平移和尺度缩放的不变性的虹膜识别.基于虹膜的身份鉴别系统主要由四个部分构成:虹膜图像获取、图像预处理、虹膜特征提取、匹配与识别.

2　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[6].

我们的装置拍摄的虹膜图像为8位灰度图像,图1(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),(c)是同一个人在时间间隔为两周拍摄的左眼的虹膜图像;图1(d)是此人的右眼虹膜图像;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.