專利名稱：基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物特征識(shí)別及信息安全的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
生物特征識(shí)別技術(shù)因?yàn)樯锾卣?指紋、虹膜、臉像等等)自身固有的特性使得它超越和替代傳統(tǒng)的身份識(shí)別技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)的可能，并且已經(jīng)在一些國家和地區(qū)的特定應(yīng)用領(lǐng)域開始被推廣和使用。其中虹膜識(shí)別在身份識(shí)別的準(zhǔn)確性方面表現(xiàn)尤為突出，同時(shí)因?yàn)槠洫?dú)特的生理結(jié)構(gòu)，使得虹膜識(shí)別技術(shù)具有構(gòu)建更加安全的社會(huì)環(huán)境的應(yīng)用潛力。但是，對(duì)于現(xiàn)有的虹膜識(shí)別技術(shù)，其出色的性能是建立在總是能采集到一幅理想的虹膜圖像的基礎(chǔ)上；而實(shí)際應(yīng)用環(huán)境很難保證這樣的基礎(chǔ)，這正是阻礙虹膜識(shí)別技術(shù)推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的主要因素。這種非理想的虹膜圖像(上下眼瞼遮擋了過多的虹膜部分；虹膜曲面的中心法線方向與視軸的夾角過大；虹膜旋轉(zhuǎn)角度過大等等不穩(wěn)定因素導(dǎo)致的結(jié)果)對(duì)于后續(xù)的識(shí)別會(huì)帶來兩個(gè)主要的問題其一，同一虹膜不同次采集的多樣性增加；其二，單次采集的有效信息的損失和干擾信息的增加。最終在匹配時(shí)表現(xiàn)為類內(nèi)距離增大或者類間距離減小，削弱識(shí)別算法的魯棒性，從而降低識(shí)別性能。這正是阻礙現(xiàn)有的虹膜識(shí)別技術(shù)大規(guī)模實(shí)際推廣應(yīng)用所面臨的主要因素。
虹膜屬于眼球這一人體獨(dú)特的內(nèi)部生理器官的外部可見組織，具有一些獨(dú)有的特性研究表明，人用兩只眼睛觀察一個(gè)固定目標(biāo)時(shí)比只用一只眼睛更容易保持頭部的穩(wěn)定和平衡；并且正常狀態(tài)下，人的左右眼球和上下眼瞼的動(dòng)作是趨同的；同時(shí)，雖然人類的體型個(gè)體差異大，種族各異，但是雙眼(即左、右眼)之間距離的變化很小，而且虹膜的外徑的變化幅度極小。如果利用人類雙眼之間距離和虹膜外徑的穩(wěn)定性，雙眼聚焦和定位的平穩(wěn)性，以及左右眼球和上下眼瞼運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性和趨同性，可以使得采集時(shí)雙眼虹膜和成像平面保持較好的平行，由此可以獲得左右兩幅對(duì)稱的虹膜樣本圖像，并且在多次采集中能夠保持很好的穩(wěn)定性。
現(xiàn)有的虹膜識(shí)別技術(shù)都是基于單只眼睛的虹膜圖像，如果利用上述的左、右虹膜樣本圖像作為身份識(shí)別的介質(zhì)，借此獲得更加穩(wěn)定、豐富的虹膜紋理信息，兼顧了多次采集中的穩(wěn)定性問題和虹膜有效紋理的損失問題；再利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)匹配層的輸出結(jié)果進(jìn)行處理，以融合計(jì)算的結(jié)果作為識(shí)別結(jié)果。這樣的處理方法將會(huì)有效降低前文所述的兩個(gè)問題對(duì)虹膜識(shí)別技術(shù)的大規(guī)模實(shí)際推廣所造成的不利影響。
目前已經(jīng)公開的文獻(xiàn)資料，還沒有關(guān)于基于人的雙眼虹膜來實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別等相關(guān)方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有虹膜識(shí)別技術(shù)在推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題，提出了一種基于人的雙眼虹膜圖像來識(shí)別身份的方法。
本發(fā)明中基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法的步驟是首先對(duì)同時(shí)采集到的雙眼虹膜圖像，分別進(jìn)行定位處理，定位計(jì)算采用現(xiàn)有的算法，例如投票算法、圓周差分算法、二維投影算法和徑向?qū)ΨQ算法等等，并利用雙眼的對(duì)稱性，在左、右虹膜圖像的定位計(jì)算的過程中相互校正瞳孔和虹膜方位參數(shù)，優(yōu)化虹膜定位結(jié)果。相互校正的具體方法在利用定位算法得到左右虹膜粗定位的方位參數(shù)后(參數(shù)包括瞳孔和虹膜的圓心和半徑)，根據(jù)參數(shù)的范圍進(jìn)行三種處理，當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)都在正常的范圍內(nèi)時(shí)，不校正定位結(jié)果；當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)只有其中之一在正常的范圍內(nèi)時(shí)，采用在正常范圍內(nèi)的虹膜方位參數(shù)作為另一個(gè)虹膜定位的搜索范圍，重新進(jìn)行定位計(jì)算；當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)都不在正常的范圍內(nèi)時(shí)，重新采集樣本圖像。方位參數(shù)的正常范圍根據(jù)采集設(shè)備設(shè)定。
然后根據(jù)定位結(jié)果分割出雙眼圖像中的虹膜部分，進(jìn)行歸一化處理后，再進(jìn)行特征提取以獲得雙眼各自的虹膜特征模板，特征提取方法采用現(xiàn)有的常用算法，例如基于紋理的高斯復(fù)小波提取相位特征的算法、基于Gabor復(fù)小波提取紋理相位特征的算法等等；
最后將得到的左、右雙眼虹膜的特征模板和數(shù)據(jù)庫中的特征模板分別進(jìn)行匹配，匹配方法采用現(xiàn)有的算法，例如基于漢明距的算法；并利用匹配層數(shù)據(jù)融合算法處理所得到的特征模板匹配結(jié)果，以融合計(jì)算的結(jié)果作為最終的識(shí)別結(jié)果。融合計(jì)算的具體方法利用特征提取算法首先計(jì)算任意一只眼睛虹膜紋理的特征模板，然后輸入匹配融合單元，匹配融合單元計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIL，如果PIL≥P1,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，如果PIL<P3,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為匹配；否則匹配融合單元要求特征提取單元繼續(xù)計(jì)算并輸出另一只眼睛虹膜紋理的特征模板，并計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIR，如果PIL≥P2,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，計(jì)算PIF=α·PIL+β·PIR,]]>如果PIF≤Pf,]]>則輸出識(shí)別結(jié)果為匹配，否則輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配。P1、P2、P3、Pf、α、β均為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，P3取確定的誤識(shí)率對(duì)應(yīng)的漢明距值；P1取確定的誤據(jù)率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；P2取等錯(cuò)誤率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；Pf取確定的誤識(shí)率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；α和β分別對(duì)應(yīng)于左、右虹膜原始圖像中有效虹膜部分在完整虹膜中的百分比。
本發(fā)明基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法包括圖像采集單元、圖像預(yù)處理單元、特征提取單元以及匹配融合單元。
由于本發(fā)明是一種利用人類雙眼虹膜來識(shí)別身份的方法和裝置，利用雙眼聚焦和定位的平穩(wěn)性、以及左右眼球和上下眼瞼運(yùn)動(dòng)的趨同性等人的生理特性所獲得的雙眼虹膜圖像來進(jìn)行身份識(shí)別，以更加豐富和穩(wěn)定的紋理信息為基礎(chǔ)，可以在增強(qiáng)識(shí)別方法的魯棒性的同時(shí)，提高識(shí)別方法的準(zhǔn)確性。
由于本發(fā)明利用雙眼的虹膜圖像，根據(jù)雙眼的對(duì)稱性可以在左、右虹膜的定位計(jì)算中相互校正，降低定位錯(cuò)誤率，獲得更加準(zhǔn)確的虹膜方位。
由于本發(fā)明利用匹配層數(shù)據(jù)融合算法計(jì)算最終識(shí)別結(jié)果，可以自主的選擇左、右虹膜各自特征模板的匹配結(jié)果對(duì)最終識(shí)別結(jié)果的影響因子，使得該方法在提高身份識(shí)別的魯棒性和準(zhǔn)確性的同時(shí)，其計(jì)算耗費(fèi)要小于兩次基于單只虹膜的識(shí)別處理的計(jì)算耗費(fèi)之和。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法是首先采集單元同時(shí)采集雙眼的虹膜樣本灰度圖像；其次圖像預(yù)處理單元對(duì)這兩幅圖像進(jìn)行虹膜定位，在定位計(jì)算的同時(shí)利用這兩幅左、右虹膜圖像的對(duì)稱性來校正瞳孔和虹膜的定位結(jié)果，再根據(jù)定位結(jié)果分別從原始圖像中分割出左、右虹膜部分，對(duì)左、右虹膜部分歸一化處理之后，將歸一化的左、右虹膜部分輸入特征提取單元；然后特征提取單元利用一維高斯復(fù)小波提取虹膜紋理的相位信息，在對(duì)得到的相位信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼后形成左、右虹膜紋理分別對(duì)應(yīng)的虹膜特征模板；最后融合匹配單元根據(jù)輸入的左、右虹膜特征模板，按匹配層數(shù)據(jù)融合算法，計(jì)算并輸出最后的識(shí)別結(jié)果。
需要指出的是，為了提高計(jì)算效率，在本實(shí)施例中，特征提取單元首先利用復(fù)小波提取歸一化的左虹膜紋理的相位信息，進(jìn)行二進(jìn)制編碼后輸出對(duì)應(yīng)的特征模板，然后輸入匹配融合單元，匹配融合單元計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIL，如果PIL≥P1,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，如果PIL<P3,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為匹配；否則匹配融合單元要求特征提取單元繼續(xù)計(jì)算并輸出右虹膜紋理的特征模板，并計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIR，如果PIL≥P2,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，計(jì)算PIF=α·PIL+β·PIR,]]>如果PIF≤Pf,]]>則輸出識(shí)別結(jié)果為匹配，否則輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配。P1、P2、P3、Pf、α、β均為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中，P3取當(dāng)誤識(shí)率為10-6時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；P1取當(dāng)誤據(jù)率為10-4時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；P2取等錯(cuò)誤率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；Pf取當(dāng)誤識(shí)率為10-5時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；α和β分別對(duì)應(yīng)于左、右虹膜原始圖像中有效虹膜部分在完整虹膜中的百分比。
權(quán)利要求
1.基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)對(duì)同時(shí)采集到的雙眼虹膜圖像，分別進(jìn)行定位處理，并利用雙眼的對(duì)稱性，在左、右虹膜圖像的定位計(jì)算的過程中相互校正瞳孔和虹膜方位參數(shù)，優(yōu)化虹膜定位結(jié)果；(2)根據(jù)定位結(jié)果分割出雙眼圖像中的虹膜部分，進(jìn)行歸一化處理后，再進(jìn)行特征提取以獲得雙眼各自的虹膜特征模板；(3)將得到的左、右雙眼虹膜的特征模板和數(shù)據(jù)庫中的特征模板分別進(jìn)行匹配，并利用匹配層數(shù)據(jù)融合處理所得到的特征模板匹配結(jié)果，以融合計(jì)算的結(jié)果作為最終的識(shí)別結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法，其特征在于步驟(1)中的瞳孔和虹膜方位參數(shù)相互校正的具體方法在利用定位處理后得到左右虹膜粗定位的方位參數(shù)后，根據(jù)參數(shù)的范圍進(jìn)行三種處理，當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)都在正常的范圍內(nèi)時(shí)，不校正定位結(jié)果；當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)只有其中之一在正常的范圍內(nèi)時(shí)，采用在正常范圍內(nèi)的虹膜方位參數(shù)作為另一個(gè)虹膜定位的搜索范圍，重新進(jìn)行定位計(jì)算；當(dāng)左右虹膜的方位參數(shù)都不在正常的范圍內(nèi)時(shí)，重新采集樣本圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法，其特征在于步驟(3)中融合計(jì)算的具體方法利用特征提取算法首先計(jì)算其中任意一只眼睛虹膜紋理的特征模板，然后輸入匹配融合單元，匹配融合單元計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIL，如果PIL≥P1,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，如果PIL<P3,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為匹配；否則匹配融合單元要求特征提取單元繼續(xù)計(jì)算并輸出另一只眼睛虹膜紋理的特征模板，并計(jì)算該特征模板和數(shù)據(jù)庫中要匹配的特征模板之間的漢明距PIR，如果PIL≥P2,]]>則直接輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；否則進(jìn)入下一層判斷，計(jì)算PIF=α·PIL+β·PIR,]]>如果PIF≤Pf,]]>則輸出識(shí)別結(jié)果為匹配，否則輸出識(shí)別結(jié)果為不匹配；P1、P2、P3、Pf、α、β均為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，P3取確定的誤識(shí)率對(duì)應(yīng)的漢明距值；P1取確定的誤據(jù)率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；P2取等錯(cuò)誤率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；Pf取確定的誤識(shí)率時(shí)對(duì)應(yīng)的漢明距值；α和β分別對(duì)應(yīng)于左、右虹膜原始圖像中有效虹膜部分在完整虹膜中的百分比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙眼虹膜的身份識(shí)別方法。本發(fā)明具體步驟是首先對(duì)同時(shí)采集到的雙眼虹膜圖像，分別進(jìn)行定位處理，并利用雙眼的對(duì)稱性，在左、右虹膜圖像的定位計(jì)算的過程中相互校正瞳孔和虹膜方位參數(shù)，優(yōu)化虹膜定位結(jié)果；然后根據(jù)定位結(jié)果進(jìn)行分割、歸一化和特征提取，以獲得雙眼各自的虹膜特征模板；最后將得到的左、右雙眼虹膜的特征模板和數(shù)據(jù)庫中的特征模板分別進(jìn)行匹配，并利用匹配層數(shù)據(jù)融合算法計(jì)算最終的識(shí)別結(jié)果。本發(fā)明利用了雙眼虹膜所帶來的多次采集穩(wěn)定性和更加豐富的紋理信息，進(jìn)一步提高虹膜身份識(shí)別的魯棒性和準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101034434SQ200710067958
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者葉學(xué)義 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)