生物特征识别与生物医学仪器--研究方向报告

目录1概述 (2)1.1生物特征识别技术 (2)1.1.1 掌纹识别技术 (2)1.1.2 静脉识别 (3)1.1.3虹膜识别技术 (3)1.2 数字水印技术 (4)1.3 纸币号码识别技术 (5)2虹膜诊病技术 (6)2.1 课题研究背景及意义 (6)2.1.1 课题背景 (6)2.1.2 课题意义 (7)2.2 国内外研究动态 (8)2.2.1虹膜诊断 (8)2.2.2虹膜图像预处理算法 (10)2.2.3 虹膜图像特征提取与识别算法 (11)2.3 目前存在的问题 (12)2.4 发展趋势 (13)参考文献 (14)1概述1.1生物特征识别技术生物识别技术（Biometric Identification Technology）是指利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。

更具体一点，生物特征识别技术就是通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征来进行个人身份的鉴定。

生物识别系统是对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并且转化成数字代码，并进一步将这些代码组合而成的特征模板。

人们同识别系统交互进行身份认证时，识别系统获取其特征并与数据可中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。

在目前的研究与应用领域中，生物特征识别主要关系到计算机视觉、图象处理与模式识别、计算机听觉、语音处理、多传感器技术、虚拟现实、计算机图形学、可视化技术、计算机辅助设计、智能机器人感知系统等其他相关的研究。

已被用于生物识别的生物特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征有签字、声音、按键力度等。

基于这些特征，生物特征识别技术已经在过去的几年中已取得了长足的进展。

1.1.1 掌纹识别技术手掌几何学是基于这样一个事实：几乎每个人的手的形状都是不同的，而且这个手的形状在人达到一定年龄之后就不再发生显著变化。

当用户把他的手放在手形读取器上时，一个手的三维图像就被捕捉下来。

接下来，对手指和指关节的形状和长度进行测量。

根据用来识别人的数据的不同，手形读取技术可划分为下列三种范畴：手掌的应用，手中血管的模式，以及手指的几何分析。

映射出手的不同特征是相当简单的，不会产生大量数据集。

但是，即使有了相当数量的记录，手掌几何学不一定能够将人区分开来，这是因为手的特征是很相似的。

与其他生物识别方法相比较，手掌几何学不能获得最高程度的准确度。

当数据库持续增大的，也就需要在数量上增加手的明显特征来清楚地地人与模板进行辨认和比较，技术工程量巨大，不宜持久推广。

1.1.2 静脉识别静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪取得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线CCD摄像头获取手指、手掌、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。

静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，采用复杂的匹配算法对静脉特征进行匹配，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。

由于静脉纹络包含大量的特征信息，可以作为验证的对象。

手掌静脉识别的原理也是利用静脉血管与肌肉、骨骸之间对特定波长红外光不同的吸收特性来进行静脉血管造影。

与手掌静脉识别的原理相同。

由于手掌较厚，红外光通常无法进行透射，因而只能采用反射造影法。

红外光照射在手背上，有静脉的部位吸收红外光反射暗淡，肌肉与骨路部位反射强烈，从而实现对静脉的造影。

静脉纹络在人体内部很难被伪造，静脉识别是一种新兴的红外生物识别技术,它是根据静脉血液中脱氧血色素吸收近红外线或人体辐射远红外线的特性,用相应波长范围的红外相机摄取手背(或指背、指腹、手掌、手腕)的静脉分布图,通过归一化、去噪等预处理后进行滤波增强与静脉纹路分割、细化修复,然后提取其特征,再与预先注册到数据库或储存在I C卡上的特征数据进行匹配以确定个人身份。

由于每个人的静脉分布图具备类似于指纹的唯一性且成年后持久不变的特点,所以它能够唯一确定一个人的身份。

此外,它具有其他生物特征识别技术所不具备的优点,因而具有广泛的应用前景,得到广大学者的关注。

静脉识别分为：指静脉识别和掌静脉识别，掌静脉由于保存及对比的静脉图像较多，因为识别速度方面较慢。

指静脉识别，由于其容量大，识别速度快，精确度高，活体识别等优势，越来越受到更多重要场合青睐。

1.1.3虹膜识别技术分析眼睛的复杂和独特特征的生物识别技术被划分为两个不同的领域：虹膜识别技术和角膜识别技术。

虹膜是环绕着瞳孔的一层有色的细胞组织。

虹膜辨识系统使用一台摄像机来捕捉样本，然后由软件来对所得数据与储存的模板进行比较。

角膜是眼睛底部的血液细胞层。

角膜扫描的进行是用低密度的红外线去捕捉角膜的独特特征。

我们所知的位于角膜中心的区域被扫描，血液细胞的唯一模式就因此被捕捉下来。

角膜识别技术最初被认为是最好的生物识别。

然而，尽管它有着高度的准确性，但角膜扫描仪要求被扫描者在它读取角膜信息时直立不动。

眼睛和角膜扫描仪对于目盲者和眼睛疾患者的人是无效的。

因此，它很难获得终端用户的普遍接受。

优点只需用户位于设备之前而无需物理的接触。

缺点一个最为重要的缺点是它没有进行过任何的测试，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；很难将图像获取设备的尺寸小型化；因聚焦的需要而需要昴贵的摄像头，一个这样的摄像头的最低报价为7000美元；镜头可能会使图像畸变而使得可靠性大为降低；黑眼睛极难读取；需要一个比较好的光源。

1.2 数字水印技术数字水印（Digital Watermarking）技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体(包括多媒体、文档、软件等)当中，但不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。

通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。

数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。

作为数字水印技术基本上具有下面几个方面的特点：(1)安全性：数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时，应当有较低的误检测率，当原内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有很强的抵抗性(2)隐蔽性：数字水印应是不可知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用；不会降质；(3)鲁棒性：是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。

可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转换、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。

易损水印（Fragile Watermarking），主要用于完整性保护，这种水印同样是在内容数据中嵌入不可见的信息。

当内容发生改变时，这些水印信息会发生相应的改变，从而可以鉴定原始数据是否被篡改。

(4)水印容量：是指载体在不发生形变的前提下可嵌入的水印信息量。

嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者或所有者的标志信息，或购买者的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。

尤其是隐蔽通信领域的特殊性，对水印的容量需求很大。

随着数字水印技术的发展，各种水印算法层出不穷，水印的隐藏位置也不再局限于上述四种。

应该说，只要构成一种信号变换，就有可能在其变换空间上隐藏水印。

1.3 纸币号码识别技术目前，各种票证广泛地应用于人们的日常生活中，例如银行货币、支票、税务发票和有奖证券等，出于需要，这些票证都统一印制了号码。

另外．随着计算机技术的普及与运用，21世纪人类迅速进入一个高度数字化和自动化的时代．在这样的一个时代背景下，基于计算机视觉和模式识别技术的智能号码检测系统对提高劳动生产率、实现生产过程自动化方面具有重要意义．例如在邮政部门中广泛使用的信函自动分拣机就是一个很好的证明，信函自动分拣机通过摄像头获取图像信息后自动识别出邮政编码，并依此将信件迅速分类投递，这样可以大大降低工作人员的劳动强度，大幅提高劳动生产率，实现了信件投递过程的自动化。

纸币作为一种重要的票证，其号码具有唯一性，每张没有重复，因此可用作区分纸币的一种标识。

目前市场上的纸币识别器不能保证识别出所有假币(尤其是国外的纸币)，也没有提供自动识别纸币号码的功能。

因此国家银行在处理外汇业务时，往往采用手工抄写纸币号码的落后方法来辅助处理纸币器没能识别出的假币事件。

若能开发出一种纸币号码识别系统，自动识别记录纸币号码并登记有关交易信息(如交易时间，交易对象等)，一旦事后发现所处理的纸币为假币，就可以根据假币的唯一的身份标识(号码)来跟踪有关交易信息，确定使用假币的交易者，从而对其采取相应措施。

另外，利用纸币的号码信息可以实现对货币流通市场中的纸币的实时监控，可对其进行有效管理，在打击纸币暴力抢劫与洗黑钱等方面都有积极的作用。

例如：当纸币被暴力抢劫后，利用具有号码自动识别功能的纸币器记录纸币号码，将纸币号码与被抢劫号码数据库比较，一旦有相同号码出现，便可确认目前流通的纸币为被抢劫的纸币，从而限制其流通，并能给公安机关提供破案线索和确凿证据，可以有效地减少刑事犯罪活动。

因此，号码检测具有广泛的实用价值和广阔的应用前景。

2虹膜诊病技术2.1课题研究背景及意义2.1.1 课题背景虹膜诊断学是一种借助检查虹膜来确定存在于人体其他部分器官的病变损伤、损伤位置和机能紊乱的方法，亦称虹膜学(Iridology) [1]。

这种诊断方法起源于西方，已经有300多年的历史。

19世纪末，匈牙利医生Ignace V on Peezely在医院工作多年之后，发现了虹膜学的奥秘，并发表了他的科学研究成果——《用眼作诊断的探讨引论》，在此著作内，可以找到30-40个定位的虹膜局部描述。

这些定位迄今仍作为虹膜诊断学的研究基础。

Peezely医生也因此被称为“虹膜学之父”。

1871年，一位瑞典人在使用了两种药物后发现他的虹膜颜色发生了明显的改变，根据这一线索，他继续进行研究，并且于1893年出版了《虹膜学》一书，书中列出了258幅图例和双眼的12种颜色，该书于1961年被译成英文。

德国人Gaston V erdier经过长期的临床观察，将虹膜与躯体的对应点进行了扩展，并在此基础上制定了著名的“V ega氏虹膜分区表”，使整个虹膜学的学术框架更趋于完善，并且在临床上具有可操作性。

在美国和加拿大，也有很多专家学者对虹膜学进行研究，并且出版了许多虹膜学的专著，影响较大的是美国加州的Dr. Bernard Jensen，他出版了多本虹膜学专著，并且绘制了目前最为详细和最具有影响力的Jensen虹膜分区图[1-2]。