虹膜識別

　　人的眼睛結(jié)構(gòu)由鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網(wǎng)膜等部分組成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，其包含有很多相互交錯的斑點(diǎn)、細(xì)絲、冠狀、條紋、隱窩等的細(xì)節(jié)特征。而且虹膜在胎兒發(fā)育階段形成后，在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特征決定了虹膜特征的唯一性，同時(shí)也決定了身份識別的唯一性。因此，可以將眼睛的虹膜特征作為每個人的身份識別對象。

　　例如，在好萊塢大片中，通過掃描眼睛視網(wǎng)膜開啟保密房間或保險(xiǎn)箱的炫酷場景，大家一定還記憶猶新吧！使用虹膜識別技術(shù)，為需要高度保密的場所提供了高度安全保障。

　　概述

     虹膜識別技術(shù)是人體生物識別技術(shù)的一種。

　　人眼睛的外觀圖由鞏膜、虹膜、瞳孔三部分構(gòu)成。鞏膜即眼球外圍的白色部分，約占總面積的30%；眼睛中心為瞳孔部分，約占5%；虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，包含了最豐富的紋理信息，占據(jù)65%。外觀上看，由許多腺窩、皺褶、色素斑等構(gòu)成，是人體中最獨(dú)特的結(jié)構(gòu)之一。虹膜的形成由遺傳基因決定，人體基因表達(dá)決定了虹膜的形態(tài)、生理、顏色和總的外觀。人發(fā)育到八個月左右，虹膜就基本上發(fā)育到了足夠尺寸，進(jìn)入了相對穩(wěn)定的時(shí)期。除非極少見的反常狀況、身體或精神上大的創(chuàng)傷才可能造成虹膜外觀上的改變外，虹膜形貌可以保持?jǐn)?shù)十年沒有多少變化。另一方面，虹膜是外部可見的，但同時(shí)又屬于內(nèi)部組織，位于角膜后面。要改變虹膜外觀，需要非常精細(xì)的外科手術(shù)，而且要冒著視力損傷的危險(xiǎn)。虹膜的高度獨(dú)特性、穩(wěn)定性及不可更改的特點(diǎn)，是虹膜可用作身份鑒別的物質(zhì)基礎(chǔ)。

　　在包括指紋在內(nèi)的所有生物識別技術(shù)中，虹膜識別是當(dāng)前應(yīng)用最為方便和精確的一種。虹膜識別技術(shù)被廣泛認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具有發(fā)展前途的生物認(rèn)證技術(shù)，未來的安防、國防、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域的應(yīng)用，也必然的會以虹膜識別技術(shù)為重點(diǎn)。這種趨勢已經(jīng)在全球各地的各種應(yīng)用中逐漸開始顯現(xiàn)出來，市場應(yīng)用前景非常廣闊。

　　虹膜識別研究機(jī)構(gòu)主要有美國的Iridian，Iriteck，韓國的Jiris公司、北京中科虹霸、北京虹安翔宇，日本松下。Iridian公司掌握虹膜識別核心算法，是目前全球最大的專業(yè)虹膜識別技術(shù)和產(chǎn)品提供商，它和LG、松下、OKI、NEC 等企業(yè)進(jìn)行合作（如IRISPASS®，BM-ET300，IG-H100®等產(chǎn)品），以授權(quán)方式提供虹膜識別核心算法，支持合作伙伴生產(chǎn)虹膜識別系統(tǒng)。Iridian 的核心技術(shù)還包括圖像處理協(xié)議和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)PrivateID®，識別服務(wù)器KnoWho®，KnoWho®開發(fā)工具及虹膜識別攝像頭等。

　　國內(nèi)在2000年以前在虹膜識別方面一直沒有自己的核心知識產(chǎn)權(quán)，經(jīng)過10年的不斷努力，截止2013年，國內(nèi)以形成北京為主虹膜研發(fā)生產(chǎn)聚集地，在多年研究的基礎(chǔ)上也均開發(fā)出了各自虹膜識別的核心算法，成為了世界上少數(shù)幾家掌握了虹膜識別核心算法的單位之一，通過在礦山苛刻的環(huán)境下使用，證明了中國的虹膜產(chǎn)品不管是在識別速度、設(shè)備穩(wěn)定、解決礦工黑臉問題上，都遠(yuǎn)勝國外虹膜產(chǎn)品。

　　作為中國首個開始虹膜識別機(jī)理研究的研究基地，中科院自動化所模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虹膜識別活體檢測技術(shù)不僅填補(bǔ)了中國活體虹膜識別技術(shù)在國際領(lǐng)域的空白，而且可以和世界主流的算法相媲美。2005年，實(shí)驗(yàn)室的虹膜識別科研成果榮獲“國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎”。2006年9月，模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為中國虹膜識別技術(shù)的權(quán)威，參加了由國際生物特征識別組織舉辦的生物識別技術(shù)測評（2006 Biometric Consortium Conference and 2006 Biometrics Technology experiment）， 其虹膜識別算法的速度和精度得到了國際同行的認(rèn)可。此外，模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的虹膜圖像數(shù)據(jù)庫已成為國際上最大規(guī)模的虹膜共享庫。已有70個國家和地區(qū)中的2000多個研究機(jī)構(gòu)申請使用，其中國外單位1500多個。

　　虹膜識別技術(shù)

　　虹膜是一種在眼睛中瞳孔內(nèi)的織物狀各色環(huán)狀物，每一個虹膜都包含一個獨(dú)一無二的基于像冠、水晶體、細(xì)絲、斑點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、凹點(diǎn)、射線、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)，據(jù)稱，沒有任何兩個虹膜是一樣的。

　　2識別過程虹膜識別就是通過對比虹膜圖像特征之間的相似性來確定人們的身份。虹膜識別技術(shù)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(jìn)行拍攝，并將拍攝到的圖像傳輸給虹膜識別系統(tǒng)的圖像預(yù)處理軟件。

　　2． 圖像預(yù)處理

　　對獲取到的虹膜圖像進(jìn)行如下處理，使其滿足提取虹膜特征的需求。

　　l 虹膜定位：確定內(nèi)圓、外圓和二次曲線在圖像中的位置。其中，內(nèi)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。

　　l 虹膜圖像歸一化：將圖像中的虹膜大小，調(diào)整到識別系統(tǒng)設(shè)置的固定尺寸。

　　l 圖像增強(qiáng)：針對歸一化后的圖像，進(jìn)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． 特征提取

　　采用特定的算法從虹膜圖像中提取出虹膜識別所需的特征點(diǎn)，并對其進(jìn)行編碼。

　　4． 特征匹配

　　將特征提取得到的特征編碼與數(shù)據(jù)庫中的虹膜圖像特征編碼逐一匹配，判斷是否為相同虹膜，從而達(dá)到身份識別的目的。

　　優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)

　　1.便于用戶使用；

　　2.可能會是最可靠的生物識別技術(shù)；

　　3.不需物理的接觸；

　　可靠性高

　　快捷方便：擁有本系統(tǒng)，不需要攜帶任何證件，就能實(shí)現(xiàn)門控，可單向亦可雙向；既可以被授權(quán)控制一扇門，也可以控制開啟多扇門；

　　授權(quán)靈活：本系統(tǒng)根據(jù)管理的需要，可任意調(diào)整用戶權(quán)限，隨時(shí)了解用戶動態(tài)，包括客戶身份、操作地點(diǎn)、功能及時(shí)間次序等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能管理；

　　無法復(fù)制：本系統(tǒng)以虹膜信息為密碼，不可復(fù)制；且每一次活動，都可自動記錄，便于追溯、查詢，非法情況則自動報(bào)警；

　　配置靈活多樣：使用人和管理者可根據(jù)自身喜好、需要或場合的不同，設(shè)定不同的安裝及運(yùn)行方式。比如在大堂等公共場所，可以只采用輸入密碼的方式，但在重要場合，則禁止使用密碼，只采用虹膜識別方式，當(dāng)然也可以兩種方式同時(shí)使用；

　　投入少、免維護(hù)：裝配本系統(tǒng)可以保留原來的鎖，但其機(jī)械運(yùn)動件減少，且運(yùn)動幅度小，門栓的壽命更長；系統(tǒng)免維護(hù)，并可隨時(shí)擴(kuò)充、升級，無須重新購置設(shè)備。長遠(yuǎn)來看，效益顯著，并可使管理檔次大大的提高［1］ 。

　　應(yīng)用行業(yè)廣泛：廣泛應(yīng)用于煤礦、銀行、監(jiān)獄、門禁、社保、醫(yī)療等多種行業(yè)；

　　缺點(diǎn)

　　1.很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化；

　　2. 設(shè)備造價(jià)高，無法大范圍推廣；

　　3.鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；

　　4. 兩大模塊：硬件和軟件

　　5. 一個自動虹膜識別系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大模塊：虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應(yīng)于圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。

　　發(fā)展歷程

追溯至19世紀(jì)80年代。1885年，ALPHONSEBERTILLON將利用生物特征識別個體的思路應(yīng)用在巴黎的刑事監(jiān)獄中，當(dāng)時(shí)所用的生物特征包括：耳朵的大小、腳的長度、虹膜等。

　　1987年，眼科專家ARAN SAFIR和LEONARDFLOM首次提出利用虹膜圖像進(jìn)行自動虹膜識別的概念，到1991年，美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的JOHNSON實(shí)現(xiàn)了一個自動虹膜識別系統(tǒng)。

　　1993年，JOHNDAUGMAN實(shí)現(xiàn)了一個高性能的自動虹膜識別原型系統(tǒng)。今天，大部分的自動虹膜識別系統(tǒng)使用DAUGMAN核心算法。

　　虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，總體上呈現(xiàn)一種由里到外的放射狀結(jié)構(gòu)，由相當(dāng)復(fù)雜的纖維組織構(gòu)成，包含有很多相互交錯的類似于

　　斑點(diǎn)、細(xì)絲、冠狀、條紋、隱窩等細(xì)節(jié)特征，這些特征在出生之前就以隨機(jī)組合的方式確定下來了，一旦形成終生不變。虹膜識別的準(zhǔn)確性是各種生物識別中最高的。

　　·采集

　　從直徑11mm的虹膜上，Dr.Daugman的算法用3.4個字節(jié)的數(shù)據(jù)來代表每平方毫米的虹膜信息，這樣，一個虹膜約有266個量化特征點(diǎn)，而一般的生物識別技術(shù)只有13個到60個特征點(diǎn)。266個量化特征點(diǎn)的虹膜識別算法在眾多虹膜識別技術(shù)資料中都有講述，在算法和人類眼部特征允許的情況下，Dr. Daugman指出，通過他的算法可獲得173個二進(jìn)制自由度的獨(dú)立特征點(diǎn)。在生物識別技術(shù)中，這個特征點(diǎn)的數(shù)量是相當(dāng)大的。

　　·算法：

　　第一步是通過一個距離眼睛3英寸的精密相機(jī)來確定虹膜的位置。當(dāng)相機(jī)對準(zhǔn)眼睛后，算法逐漸將焦距對準(zhǔn)虹膜左右兩側(cè)，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(shí)將焦距對準(zhǔn)虹膜的內(nèi)沿（即瞳孔）并排除眼液和細(xì)微組織的影響。 單色相機(jī)利用可見光和紅外線，紅外線定位在700-900mm的范圍內(nèi)（這是IR技術(shù)的低限，美國眼科學(xué)會在他們對macularcysts研究中使用同樣的范圍。） 在虹膜的上方，算法通過二維Gabor子波的方法來細(xì)分和重組虹膜圖象，第一個細(xì)分的部分被稱為phasor，要理解二維gabor子波的原理需要很深的數(shù)學(xué)知識。

　　·精確度：

　　虹膜識別技術(shù)是精確度最高的生物識別技術(shù)，具體描述如下：兩個不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:106等錯率：1:1200000兩個不同的虹膜產(chǎn)生相同虹膜代碼的可能性是1:1052

　　·錄入和識別：

　　虹膜的定位可在1秒鐘之內(nèi)完成，產(chǎn)生虹膜代碼的時(shí)間也僅需1秒的時(shí)間，數(shù)據(jù)庫的檢索時(shí)間也相當(dāng)快。處理器速度是大規(guī)模檢索的一個瓶頸，另外網(wǎng)絡(luò)和硬 件設(shè)備的性能也制約著檢索的速度。由于虹膜識別技術(shù)采用的是單色成像技術(shù)，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(shù)所采用的算法允許圖像質(zhì)量在某種程度上有所變化。相同的虹膜所產(chǎn)生的虹膜代碼也有25%的變化，這聽起來好像是這一技術(shù)的致命弱點(diǎn)，但在識別過程中，這種虹膜代碼的 變化只占整個虹膜代碼的10%，它所占代碼的比例是相當(dāng)小的。

　　應(yīng)用案例

　　美國新澤西州肯尼迪國際機(jī)場和紐約奧爾巴尼國際機(jī)場均安裝了虹膜識別儀，用于工作人員安檢，只有通過虹膜識別系統(tǒng)的檢測才能進(jìn)入例如停機(jī)坪和行李提取處等受限制場所。德國柏林的法蘭克福機(jī)場、荷蘭史基浦機(jī)場以及日本成田機(jī)場也安裝了虹膜出入境管理系統(tǒng)，應(yīng)用于乘客通關(guān)。

　　2006年1月30日，美國新澤西州的學(xué)校在校園里面安裝了虹膜識別的裝置進(jìn)行安全控制，學(xué)校的學(xué)生以及員工都不再使用任何形式的卡片與證件，只要他們在虹膜攝像頭之前經(jīng)過，他們的位置，身份便被系統(tǒng)識別出來，所有外來的人員都必須進(jìn)行虹膜資料的登錄才能進(jìn)入到校園中。同時(shí)，通過中央登錄與權(quán)限控制系統(tǒng)對進(jìn)入這個活動范圍進(jìn)行控制。系統(tǒng)安裝以后，校園內(nèi)的各種違反校規(guī)以及侵犯、犯罪活動大大減少，極大的減輕了校園管理難度。

　　在阿富汗，聯(lián)合國（UN）與美國聯(lián)邦難民署the United Nations refugee agency （UNHCR）使用虹膜識別系統(tǒng)鑒定難民的身份，以防止同一個難民多次領(lǐng)取救濟(jì)品。同樣的系統(tǒng)在巴基斯坦與阿富汗的難民營中使用?？偣灿谐^200萬的難民使用了虹膜識別系統(tǒng)，這套系統(tǒng)對于聯(lián)合國供品的分配人道主義援助物資起到了很關(guān)鍵的作用。

　　阿聯(lián)酋自2002年10月開始對被驅(qū)逐出境的外國人進(jìn)行虹膜注冊，通過在機(jī)場以及一些邊境檢查中使用虹膜識別系統(tǒng)，來阻止所有被阿聯(lián)酋所驅(qū)逐的外國人再次進(jìn)入阿聯(lián)酋。該系統(tǒng)不僅能防止被驅(qū)逐者再次入境，還能防止正在阿聯(lián)酋接受司法檢查的人員偽造證件擅自出境逃脫法律制裁。

　　2002年11月，德國巴伐利亞Bad Reichenhall市的市醫(yī)院的嬰兒房安裝了虹膜識別系統(tǒng)來確保嬰兒的安全。這是虹膜識別技術(shù)首次應(yīng)用在嬰兒保護(hù)方面。這套安全系統(tǒng)只允許嬰兒的母親、護(hù)士或者醫(yī)生進(jìn)入。一旦嬰兒出院，其母親的虹膜代碼數(shù)據(jù)就被從系統(tǒng)中刪除，而不再允許進(jìn)入。

　　華盛頓，pennsyvania和阿拉巴馬這三個城市的醫(yī)療保健體系是基于虹膜識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)保證了病人醫(yī)療記錄不會在未授權(quán)的情況下被人看到。HIPPA采用了類似的系統(tǒng)來保證個人信息隱私以及安全。

　　2004年，位于波士頓的隸屬于金普頓酒店集團(tuán)的Nine Zero 酒店中的Cloud Nine penthouse 套房和員工通道安裝了LG IrisAccess 3000虹膜識別儀。

　　位于曼哈頓的Equinox Fitness 俱樂部的體育館中應(yīng)用了虹膜識別系統(tǒng)，用于俱樂部的VIP會員進(jìn)入配備全新設(shè)備和最好教練的專用區(qū)域。

　　美國Iriscan研制出的虹膜識別系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在美國德克薩斯州聯(lián)合銀行的營業(yè)部，儲戶辦理銀行業(yè)務(wù)，只要攝像機(jī)對用戶的眼睛進(jìn)行掃描就可以對用戶的身份進(jìn)行檢驗(yàn)。

　　我國的第二代身份證就為虹膜、指紋等生物特征識別預(yù)留了空間。早在2004年4月10日，國際民用航空組織 （ICAO） 已經(jīng)要求 188 個成員國將含有持證人信息、虹膜、指紋等特定生物信息的IC芯片嵌入電子護(hù)照。

　　由于恐怖襲擊的存在，安全防范一直以來都是歷屆奧運(yùn)會關(guān)注的焦點(diǎn)，虹膜識別技術(shù)也以其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)正越來越多地被應(yīng)用在奧運(yùn)安防中。例如，在1998年日本長野冬季奧運(yùn)會中，虹膜識別系統(tǒng)被應(yīng)用在運(yùn)動員和政府官員進(jìn)入奧運(yùn)村的控制，并使用虹膜識別技術(shù)對射擊項(xiàng)目的槍支進(jìn)行安全管理。2004年雅典奧運(yùn)會中，雅典奧組委啟用了包括虹膜識別在內(nèi)的生物特征識別身份鑒別系統(tǒng)，通過人臉、眼睛、指紋等身體器官及聲音、步態(tài)、筆跡等肢體行為的全套生物特征識別技術(shù)來確認(rèn)一個人的身份，對所有進(jìn)出機(jī)場、海關(guān)、火車站、奧運(yùn)場館的人通過攝像機(jī)自動識別。