基于硬件采集设备改进的虹膜识别与匹配研究

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1、http://www.paper.edu.cn基于硬件采集设备改进的虹膜识别与匹配研究褚鸿宙，马骏，刘元宁，朱晓冬吉林大学，吉林长春（130012）E-mail：chuable@163.com摘要：本论文从实际应用角度出发，对实验中虹膜采集与识别处理过程中都使用到的硬件采集设备进行了功能上的改进与完善，目的是想提高虹膜的匹配性与识别率，以期能尽快使虹膜识别技术进入实用化阶段，针对采集设备功能的改进，本论文根据虹膜瞳孔内径的变化和采集到虹膜内径变化的图像数据，针对不同大小的虹膜瞳孔内径图像分别进行特征提取，并采用相同虹膜内径大小的虹膜图像进行生物匹配和识别的方法，提高虹膜

2、的识别率。关键词：虹膜采集硬件系统瞳孔定位虹膜内径匹配与识别中图分类号：TP391虹膜识别系统由硬件系统和软件系统两部分构成：硬件系统即图像采集设备，软件系统即虹膜软件匹配识别处理系统。1．硬件系统介绍硬件系统是指虹膜图像采集系统，它是虹膜识别系统的关键性技术之一。即如何在不侵犯人体的情况下，获取高质量的虹膜图像供识别之用。因为虹膜的面积很小（一般直径在1cm左右），颜色灰黑（以亚洲人为例），而且眼睛又是人体中极为敏感的部位，无法承受强光的照射，因此，获取高清晰度、高对比度的虹膜图像需要优良的设备和较为仔细的操作。经过反复的实验，意识到光源是采集系统的重中之重。光源可提

3、供照明，使虹膜可以清晰成像，以获得高信噪比的信号。光源应稳定，因为随入射光线强度的变化，瞳孔会产生收缩或扩张，牵动虹膜变化，增大了匹配时的误差。所以普通的自然光是不行的。虹膜图像采集系统的采集对象是人眼虹膜，采集的目的是将虹膜图像数字化，快速传输到计算机主机端并存储，以供图像识别。虹膜识别追溯于1936年，眼科专家FrankBurchMD[3]提出虹膜识别概念；在1987年，两个美国眼科专家LeonardFlom和AranSafir获得虹膜[4]识别概念的专利。2．采集设备介绍图像采集系统的设计要求有足够的分辨率以便能采集到虹膜的微小细节。（1）Daugman图像采集系

4、统利用330mm透镜在距离被采集者15-46cm处采集，采集到的图像包含的虹膜部分直径在100-200pixel。（2）Wildes图像采集系统利用80mm透镜在距离被采集者20cm处采集，采集到的图像包含的虹膜部分直径大约在256pixel。[1]（3）美国著名的虹膜识别公司LGE新近开发了虹膜门禁系统，它由虹膜识别器（ROU）、虹膜注册单元（EOU）、虹膜控制器（ICU）、图像采集卡（FGB）、管理软件五部分组成。被采集者在距离3-10英寸左右(约7.5-25cm)的距离时看一眼镜头，摄像机即可捕捉到虹膜影像。[5]（4）韩国ShinyoungLim利用两个含卤素的

5、灯作光源，这两个灯分布在CCD镜头的两侧，可以很好地减少光源的反射影响。[6]（5）新加坡EricSung提出非协作式虹膜采集的思想，它利用镜头将图像按照视频图像进行采集，利用实时虹膜角点跟踪，并在序列图像中寻找到最佳虹膜图像。-1-http://www.paper.edu.cn（6）中科院自动化所模式识别国家重点实验室是国内最早从事虹膜识别研究的单位之一,[7]在2000年该所设计出了自主知识产权的虹膜采集装置。（7）目前，美国IridianTechnologies公司、英国电信公司、日本松下公司、OKI公司和韩国LG公司都在从事虹膜图像获取技术方面的研究，并且研制出

6、了适用于各种不同应用的远距离（20-50cm）自动虹膜图像获取装置。3．人眼瞳孔介绍及特征瞳孔指虹膜中间的开孔，是光线进入眼内的门户；它在亮光处缩小，在暗光处散大。虹膜由多单位平滑肌构成；在瞳孔周围的是环形肌层，受动眼神经中的副交感神经纤维支配，收缩时使瞳孔缩小，故又称瞳孔括约肌；虹膜的外周部分是辐散状肌纤维，受由颈部上行的交感神经纤维支配，收缩时使瞳孔散大，故又称瞳孔散大肌。瞳孔的大小可以控制进入眼内的光量。一般人瞳孔的直径可变动于1.5-8.0mm之间。假定人由光亮处进入暗室时瞳孔直径可增加5倍，那么瞳孔的受光面积应增大25倍；可见瞳孔的变化，有保持在不同光照情况下

7、进入眼内的光量较为恒定的作用。但暗室中较强阳光照射的光照强度实际减弱约100万倍，因而单靠瞳孔大小的改变，远不足以使进入眼内的光量光亮保持恒定。事实上，人眼在不同的亮度情况下是靠视网膜中不同的感光细胞来接受光刺激的，在暗光处起作用的视杆细胞细胞对光的敏感程度要比在亮光处起作用的视锥细胞大得多，因此在暗处看物，只需进入眼内光量适当增加即可。瞳孔是虹膜中间的一个小圆孔，由虹膜围成。眼睛中的虹膜呈圆盘状，中间有一个小圆孔，这就是我们所说的瞳孔，也叫“瞳仁”。瞳孔虽然不是眼球光学系统当中的一个屈光元件，但是，在眼球光学系统当中却起着重要的作用。瞳