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关于虹膜识别方法的课程大作业.docx
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用户较少配合情况下的虹膜识别方法研究
用户较少配合情况下的虹膜识别技术具有易于市场推广、方便
快捷等优点,已成为虹膜识别技术的发展趋势。由于眼睑遮挡、运
动模糊、高亮点等多种干扰和噪声影响,非理想条件下采集的虹膜
图像中虹膜通常不是完整的,模糊或发生形变。这种情况下的虹膜
识别具有很高的挑战性。本文首先阐述了在 CASIA—IrisV4 虹膜数
据库中的虹膜定位方法。该方法二值化虹膜图像保留瞳孔高亮点信
息,并通过横纵向投影初步确定瞳孔位置。然后在限定范围内采用
Canny 边缘检测和圆 Hough 变换拟合虹膜内外轮廓。
用户较少配合情况下虹膜识别技术研究背景
虹膜表面高低不平,有许多皱纹、凹陷、条纹、斑点以及隐窝
等细节特征,包含丰富的纹理信息。正常情况下,虹膜纹理一旦形
成,终生不变。人眼立体机构中,虹膜位于角膜之后;水晶体之前。
虹膜有天然的保护膜。虹膜纹理极少因意外伤害被破坏,亦不会磨
损。人为改变虹膜纹理几乎不可行,还有失明的危险。此外,因光
照不同瞳孔的大小发生变化是检测虹膜活体组织的显著特征。这些
生理特点为虹膜成为身份认证生物特征提供了生理学理论依据。
但是,现有的虹膜识别系统要求用户高度配合,即在特定光照
条件下,虹膜采集仪与人眼的距离在固定范围内,并且用户视线直
视虹膜采集设备等条件下进行虹膜采集。有的虹膜识别系统甚至在
虹膜识别之前,需要教授用户如何才能让虹膜采集仪获取适合的虹
膜图像,使得虹膜识虹膜图像别系统正常工作。这一过程不仅耗时
而且枯燥,反复采集虹膜图像使用户感到厌烦,因此,用户较少配
合情况下的虹膜识别技术的呼声越来越高。
虹膜图像预处理
较少配合情况下,在降质虹膜图像中提取的虹膜特征的分类表
征能力不理想。虹膜识别中的预处理算法的性能准确性尤为关键,
直接影响虹膜匹配的准确性。
虹膜识别流程
虹膜识别主要分三个阶段:虹膜图像采集、虹膜图像预处理和
虹膜特征提取与匹配。每个阶段对最终的识别效果的影响都至关重
要。首先,虹膜采集得到虹膜图像。然后是预处理阶段,包括在虹
膜图像中定位虹膜位置与内外边缘,检测虹膜区域中被眼睑、睫毛
与高亮点遮挡的部分,归一化虹膜图像以及虹膜图像增强。最后是
虹膜图像特征提取与匹配,在预处理后的虹膜图像上,提取能够唯
一表征该类虹膜的特征,与虹膜数据库模板匹配,得到最终匹配结
果。
虹膜识别第一个阶段是图像获取。通过虹膜采集仪采集用户的
人眼或人脸图像。虹膜图像质量直接关系到虹膜身份认证的准确性。
虹膜采集仪主要由光源、光学摄像头、图像传感器和图像传输模块
四个主要部分组成。虹膜采集仪的性能直接影响虹膜图像的质量。
虹膜图像预处理包括人眼定位、虹膜内外边缘定位、眼睑和睫毛检
测、虹膜图像归一化以及虹膜图像增强。在虹膜定位之前,首先使
用人眼检测器大概确定人眼位置。然后在人眼子图像内,进行虹膜
内外边缘定位。虹膜内外边缘近似为圆形。因此,虹膜定位一般采
用圆拟合虹膜的边缘。
CASIA-IrisV4 虹膜数据库虹膜分割算法
最原始的虹膜图像数据因眼睑、睫毛或高亮点等遮挡,无法直
接用于身份认证。在虹膜图像特提前与之前,必须先对虹膜图像进
行预处理,定位虹膜内外边缘以及检测眼睑遮挡等噪声信息。用户
较少配合情况下,虹膜图像中的包含较多的噪声等干扰信息。采用
适合虹膜图像数据的预处理尤为重要。
CASIA.Iris-Thousand 虹膜图像数据中虹膜内侧轮廓较为清晰。
本节分割算法先确定虹膜内侧轮廓,再在估计虹膜外圆范围内确定
虹膜外圆。由于虹膜采集过程中光照条件的影响,每一幅图像中瞳
孔附近都有两个高亮点。根据这两个高亮点位置信息,可以粗略定
位瞳孔位置,然后采用 Canny 边缘检测和圆 Hough 变换在约束范围
内确定虹膜内侧轮廓。由虹膜内圆信息估计虹膜外侧轮廓圆心位置
与半径的大概范围。在这个范围内,再一次采用 Hough 变换算法计
算虹膜外圆信息。
1)虹膜内侧轮廓初定位
首先根据阈值占二值化虹膜图像,保留高亮点信息。阈值根
据虹膜图像的灰度直方图确定。根据虹膜图像高亮点对应直方图右
侧峰值的位置,确定阈值 =220。经实验验证 =220 可以提取绝大
多数虹膜图像中的高亮点信息。计算二值图像的纵向投影,查找瞳
孔附近两个高亮点位置对应的峰值。峰值中心位置横向坐标分别是
x 和 x ,它们的水平距离 d x x 。虹膜内圆中心的横向坐标估
1 2
2 1
(x x ) / 2
计值 x
。虹膜内圆半径 r 为 d。为消除虹膜图像中其
2 1
他高亮点的干扰,在确定虹膜内圆中心和半径后截,取以 x 为中心,
宽为 2d 的矩形子图像。计算二值子图像的横向投影。然后根据横向
投影曲线查找峰值,峰值的中心纵向坐标 y。虹膜内圆初定位的结
果为圆心是(x,y-d/3),半径是 d 的圆。
2)虹膜轮廓圆 Hough 变换拟合
经初步估计,虹膜内圆中心位置为(x,y-d/3),半径为 r。首先
截取虹膜图像中以(x,y-d/3)为中心,边长为 2r 的正方形虹膜子图
像。在子图像中进行 Canny 边缘检测,并进行边缘点连接得到边缘
0.2r, y d / 3
0.2r)
点二值图像。然后在圆心范围为(x
,半径
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苦茶子12138
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