电子信息工程专业技术讲座

21世纪是信息技术、网络技术的世纪，也是人类摆脱传统 的技术束缚，越来越自由的世纪。在这个以信息、自由为特点的 世纪里，生物认证技术，作为20世纪末期才开始蓬勃发展的高新 技术，必将在社会生活中占据越来越重要的位置，从根本上改变 人类的生活方式。虹膜、指纹、DNA这些人体本身的特点，将逐 步取代现有的密码、钥匙、成为人们习惯的生活方式，同时，最 大限度的保证个人资料的安全，最大限度的防止各种类型的刑事、 经济犯罪活动。虹膜识别技术，由于其在采集、精确度等方面独 特的优势，必然会成为未来社会的主流生物认证技术。未来的安 全控制、海关进出口检验、电子商务等多种领域的应用，也必然 的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势，现在已经在全球各地的 各种应用中逐渐开始显现出来。1. 什么是虹膜人眼的外观由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成，巩膜即眼球外围的 白色部分，眼睛中心为瞳孔部分，虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了 最丰富的纹理信息。外观上看，虹膜由许多腺窝、皱褶、色素斑等构 成，是人体中最独特的结构之一。2. 虹膜识别过程虹膜识别通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身 份，其核心是使用模式识别、图像处理等方法对人眼睛的虹膜特征进 行描述和匹配，从而实现自动的个人身份认证。虹膜识别技术的过程一般来说分为：虹膜图像获取、图像预处理、 特征提取和特征匹配四个步骤。2.1虹膜图像获取虹膜图像获取是指使用特定的数字摄像器材对人的整个眼部进 行拍摄，并将拍摄到的图像通过图像采集卡传输到计算机中存储。2.2图像预处理图像预处理是指由于拍摄到的眼部图像包括了很多多余的信息， 并且在清晰度等方面不能满足要求，需要对其进行包括图像平滑、边 缘检测、图像分离等预处理操作。2.3特征提取特征提取是指通过一定的算法从分离出的虹膜图像中提取出独 特的特征点，并对其进行编码。2.4特征匹配特征匹配是指根据当前采集的虹膜图像进行特征提取得到的特 征编码与数据库中事先存储的虹膜图像特征编码进行比对、验证，从 而达到识别的目的。3. 信息采集从直径11mm的虹膜上，Dr.Daugman的算法用3.4个字节的数据 来代表每平方毫米的虹膜信息，这样，一个虹膜约有266个量化特征 点，而一般的生物识别技术只有13个到60个特征点。266个量化特 征点的虹膜识别算法在众多虹膜识别技术资料中都有讲述，在算法和 人类眼部特征允许的情况下，Dr. Daugman指出，通过他的算法可获 得173个二进制自由度的独立特征点。在生物识别技术中，这个特征 点的数量是相当大的。4. 算法的实现整个算法使用MATLAB语言编程，在MATLAB6.5环境中运行实现。 具体过程如下：1. 将真彩色图像转化为灰度图像。2. 求出原始图像中各灰度值出现的概率。3. 确定虹膜与瞳孔边界上的阈值T1和虹膜与巩膜边界上的阈 值T2。4. 对图像进行阈值化处理，即将图像矩阵中小于T1和大于T2 的元素赋值为255。5. 裁切图像得到虹膜部分。6. 直方图均衡化处理增强虹膜纹理特征。7. 利用Canny边缘检测算子进行边缘检测。人眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼 球外围的白色部分，约占总面积的30% ；眼睛中心为瞳孔部分， 约占5%；虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息， 占据65%。外观上看，由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成，是人 体中最独特的结构之一。虹膜的形成由遗传基因决定，人体基因 表达决定了虹膜的形态、生理、颜色和总的外观。人发育到八个 月左右，虹膜就基本上发育到了足够尺寸，进入了相对稳定的时 期。除非极少见的反常状况、身体或精神上大的创伤才可能造成 虹膜外观上的改变外，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。 另一方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角 膜后面。要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术，而且要冒 着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特 点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。在包括指纹在内的所有 生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。 虹膜识别技术被广泛认为是二十一世纪最具有发展前途的生物认 证技术，未来的安防、国防、电子商务等多种领域的应用，也必 然的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势，现在已经在全球各地 的各种应用中逐渐开始显现出来，市场应用前景非常广阔。