受限條件下智能虹膜圖像采集終端設(shè)計(jì)考慮

O 引言
虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色鞏膜之間的可見(jiàn)的環(huán)狀組織，在一定頻率的近紅外光下，可呈現(xiàn)出豐富的紋理信息，如斑點(diǎn)條紋、細(xì)紋、冠狀、隱窩等生理細(xì)節(jié)特征。人眼虹膜的可見(jiàn)生物組織結(jié)構(gòu)依賴(lài)于嬰兒胚胎期中胚層的初始條件，在人群中的分布可能是隨機(jī)的或是混沌的，但一出生就終生穩(wěn)定，而且每個(gè)人的虹膜紋理絕對(duì)地不同。統(tǒng)計(jì)表明，虹膜紋理有幾百個(gè)自由度，即使是同樣的基因型，其虹膜的表現(xiàn)型表達(dá)是不相關(guān)的。正因?yàn)槿搜酆缒お?dú)特的紋理圖像適合用于自動(dòng)身份識(shí)別，所以其具有高效、準(zhǔn)確、不可復(fù)制等特點(diǎn)?；驹碇饕峭ㄟ^(guò)對(duì)比虹膜紋理圖像特征之間的相似性來(lái)確定人體的身份，其核心是經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量的多種算法，使用模式識(shí)別、圖像處理等方法對(duì)人眼的虹膜紋理特征進(jìn)行描述和匹配(如早期應(yīng)用Gabor小波對(duì)虹膜紋理編碼，用漢民距離對(duì)虹膜模版進(jìn)行匹配)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的人體身份鑒別。

1 虹膜識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成
虹膜識(shí)別系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，其中軟件系統(tǒng)即虹膜信息處理系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)虹膜圖像處理、用戶(hù)登記、用戶(hù)識(shí)別、虹膜圖像存儲(chǔ)管理、虹膜特征存儲(chǔ)管理等功能。構(gòu)成框圖如圖1所示。硬件系統(tǒng)包括虹膜圖像采集系統(tǒng)以及支持虹膜信息處理系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境。
目前市場(chǎng)上較成熟的計(jì)算機(jī)核心算法有英國(guó)劍橋大學(xué)的Daugman技術(shù)、英國(guó)巴斯大學(xué)的MJRLIN技術(shù)以及中國(guó)科學(xué)院的技術(shù)。本文實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用英國(guó)巴斯大學(xué)的MIRLIN技術(shù)。

2 受限條件下的虹膜紋理圖像采集技術(shù)分析
國(guó)際人眼安全標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)要求虹膜圖像采集裝置為實(shí)時(shí)自動(dòng)無(wú)侵害的虹膜光學(xué)成像裝置。目前世界上主流的虹膜鏡頭采用640×480像素以上的CMOS逐行掃描攝像頭，其中在人眼虹膜直徑范圍內(nèi)要求至少有100個(gè)像素采集點(diǎn)以上，盡可能地保留原始虹膜圖像的特征。根據(jù)ISO／IEC 19794-6圖像標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)確保黑暗環(huán)境下拍攝的需要，光源選擇波長(zhǎng)為720～900nm的近紅外光源，輻照功率0．5mW／cm2，對(duì)眼睛無(wú)傷害。攝像頭的傳輸速率設(shè)為251幀／s，保證視頻流的實(shí)時(shí)傳輸。拍攝過(guò)程中，中央處理模塊對(duì)每幀圖像作實(shí)時(shí)分析，直至該幀圖像滿(mǎn)足判別標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)該數(shù)據(jù)幀被傳輸?shù)胶缒ぷR(shí)別處理器核心模塊做相應(yīng)的判別處理。整體硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

在共計(jì)352730次試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際系統(tǒng)虹膜圖像采集成功與否的幾個(gè)重要限制因子包括人機(jī)的交互配合、光強(qiáng)度等系統(tǒng)外界限制。因此系統(tǒng)的適用性設(shè)計(jì)十分重要。為達(dá)到全自動(dòng)智能化虹膜采集，通過(guò)數(shù)萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn)，我們總結(jié)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)有如下幾方面的考慮：