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虹膜识别特征提取与鉴别.pdf
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摘 要
随着信息社会的快速发展,对安全的需求也日益增长。虹膜识别技术作为一
种身份识别,以其很高的可靠性得到人们的重视。虹膜识别系统核心一般由
图像采集、虹膜定位、归一化、特征提取及编码和训练识别五部分构成。本
文介绍了目前虹膜识别的现状,简单阐述了一些经典的虹膜识别算法和技
术,并完成识别系统。
在虹膜的定位阶段,首先对图像进行缩放,在不影响后续处理的情况下减小
了处理的数据量,然后采用梯度加权的 Canny 算法进行边缘检测,再对边
缘图像,采用圆 Hough 定位方法,分别定位了虹膜的内外边界。接着采用
Radon 变换检测直线的方法分割上下眼睑,阈值法除去睫毛干扰。同时也研
究了一些文献中分割眼睑和睫毛的方法。
归一化阶段,采用了文献中普遍使用的“Rubber-Sheet”模型,将虹膜归一
化为
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大小的矩形,以利于特征比对。
在虹膜的特征提取及编码阶段,基于信号处理中的空间/频域技术,采用一
维 Log Gabor 滤波器提取虹膜的纹理信息,对滤波结果的实部和虚部分别进
行相位量化和编码,同时也对噪声进行处理,获得相应的掩码。
训练识别阶段,采用海明距离度量虹膜之间的相似度,选取最小距离分类器
和具有最小错误率的分类阈值形成组合的分类决策规则。整个识别系统主要
在中科院 V3.0 虹膜数据库上进行了测试。
关键词:虹膜识别;虹膜定位;圆 Hough 变换;Log Gabor 小波
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ABSTRACT
With the rapid growth of information technology, the demands of information
security are ever-growing. As the technology of identification, iris recognition,
for its high reliability, gets great attention. Iris recognition system consists of
image capturing, iris location, iris normalization, feature extraction and coding
and decision training. In this dissertation, the situation of iris recognition is
presented. Some practical algorithms and technique are briefly introduced. A
system of iris recognition is fulfilled.
In iris location stage, image is zoomed to reduce the data volume with less
influence on post processing. Afterword, the algorithm of Canny edge detection,
with weighted gradient, is adopted. In the edge image, Circular Hough transform
is applied to locate the inside and out boundary of iris. Then, linear Radon
transform is put to use to detect the eyelids. Eyelashes are eliminated by
threshold.
In normalization stage, “rubber-sheet” model, in general use, is usedt-o un
wrap iris image into a rectangle of the same size, for the parison of char
acteristics.
In feature extraction and coding stage. 1D Log Gabor filters are used to f
ilter the iris texture features in the space-frequency domain. Then, the real
part and the image part is quantized by phase encoding respectively. Besi
des, the processing of noise to generates mask.
In decision training stage, the Hamming distance is employed to measure the
similarity of two iris. The minimum distance classifier bining with the threshold
with minimum error ratio are used as the decision rules. The experiments
implemented on CASIA iris database V3.0 show that the system performs well.
Key Words: Iris Recognition; Iris Location; Circular Hough Transform; Log
Gabor Wavelets
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目 录
第一章绪论 1
1.1 生物特征识别 1
1.1.1 非生物特征身份鉴别方法 1
1.1.2 生物特征识别技术的提出 2
1.1.3 研究生物特征识别技术的意义 3
1.2 虹膜识别研究 3
1.2.1 虹膜识别的机理 3
1.2.2 虹膜识别的发展与现状 6
1.2.3 虹膜库 9
1.3 本文研究的内容 9
第二章虹膜图像预处理 11
2.1 虹膜内外边界的定位 11
2.1.1 Canny 算子和 Hough 变换的基本原理 11
2.1.2 本文采用的 Canny 算子 14
2.1.3 本文采用的 Hough 变换圆检测算法 16
2.1.4 虹膜内外边界的定位 17
2.2 眼睑的分割 18
2.2.1 抛物线检测眼睑 19
2.2.2 Radon 变换法分割眼睑 19
2.3 剔除睫毛 21
2.3.1 阈值法剔除睫毛 21
2.4 小结 22
第三章虹膜图像归一化及特征提取 23
3.1 虹膜纹理归一化 23
3.1.1 平移 23
3.1.2 旋转 24
3.1.3 伸缩 24
3.1.4 分辨率 24
3.2 虹膜的 Rubber-Sheet 模型 25
3.2.1 虹膜边界表示 26
3.2.2 虹膜区域的表示 27
3.2.3 虹膜区域规 X 化 28
3.2.4 灰度级插值 29
3.2.5 具体实现 31
3.3 小结 31
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第四章虹膜特征编码 32
4.1 图像纹理分析的基本理论 32
4.2 虹膜特征编码方案 33
4.3 基于 Log Gabor 小波的特征编码 35
4.3.1 Log Gabor 函数性能分析 35
4.3.2 Log Gabor 小波的构造 39
4.3.3 特征编码 40
4.4 小结 42
第五章虹膜模式匹配 43
5.1 识别判决 43
5.2 虹膜模式匹配 44
5.2.1 海明距离匹配 44
5.2.2 最小距离分类器 46
5.3 统计分析 49
5.4 小结 52
第六章总结 53
6.1 论文内容总结与展望 53
6.2 系统演示 54
参考文献 61
致 谢 63
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第一章 绪论
1.1 生物特征识别
生物特征识别有时也被称为生物测定技术。生物特征识别是指利用人体
所固有的生理特征或行为特征,进行个人身份识别的技术
[19,21,22]
。近年来在
维护国家安全、航空安全、金融安全、社会安全、网络安全等应用领域,身
份识别和认证变得越来越重要,对身份的有效认证要求更精确、更安全、更
实用的鉴别方法,生物技术的发展和进步为身份鉴别提供了新的方法和手
段,基于生物特征的身份识别方法成了近年身份识别领域研究的热点。
1.1.1 非生物特征身份鉴别方法
个人身份鉴别可以分为:认证和识别。认证是指验证用户是否是他所声明的
身份,识别指的是确定用户的身份。目前,身份鉴别大多采用某某、钥匙、
密码、用户名等等,通过验证这些标识身份的身外之物来识别个人身份,这
些身份鉴别方法是把身份识别问题转化为鉴别一些标识个人身份的事物。
这些均为“身外之物”,而不是生物特征,这类方法统称为非生物特征身份
鉴别方法。这些身份鉴别方法确实在一定程度上提供了简单有效的身份鉴
别,给人们的生活带来了方便,但是随着信息安全性和身份鉴别可靠性要求
的提高,这些非生物特征的身份鉴别方法很难满足要求。
采用钥匙、证件的门禁系统和采用用户名和密码的网上交易,其安全性
容易受到攻击。对于日益增加的计算机网络用户,登陆不同的,可能需要注
册不同的用户名,相当多的用户为了便于记忆而设定的用户名和密码容易被
猜出和破译,而非生物特征的身份鉴别方法很难识别真正的拥有者和取得身
份标识物品的冒充者,所以一旦他人获得了这些身份标识事物,那么就拥有
了相应的权利,造成的后果会很严重的。防伪性和防欺骗性差是非生物特征
身份鉴别方法安全性低的另一个缺点。犯罪分子伪造证件的手段越来越高
明,这使目前广泛使用的依靠证件、个人识别码、口令或钥匙等来确认个人
身份的技术安全性降低。
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