虹膜识别

石鑫华视觉

虹膜识别

虹膜识别概述

        虹膜识别是与眼睛有关的生物识别中对人产生较少干扰的技术。它使用相当普通的照相机元件，而且不需要用户与机器发生接触。另外，它有能力实现更高的模板匹配性能。因此，它吸引了各种人的注意。在所有生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。
虹膜识别技术优势

        21世纪是信息技术、网络技术的世纪，也是人类摆脱传统的技术束缚，越来越自由的世纪。在这个以信息、自由为特点的世纪里，生物认证技术，作为20世纪末期才开始蓬勃发展的高新技术，必将在社会生活中占据越来越重要的位置，从根本上改变人类的生活方式。虹膜、指纹、DNA这些人体本身的特点，将逐步取代现有的密码、钥匙、成为人们习惯的生活方式，同时，最大限度的保证个人资料的安全，最大限度的防止各种类型的刑事、经济犯罪活动。 虹膜识别技术，由于其在采集、精确度等方面独特的优势，必然会成为未来社会的主流生物认证技术。未来的安全控制、海关进出口检验、电子商务等多种领域的应用，也必然的会以虹膜识别技术为重点。这种趋势，现在已经在全球各地的各种应用中逐渐开始显现出来。

                               
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虹膜识别标志

虹膜识别数据理论

        IDC(国际数据集团)的统计表明：到2003年底为止，全球虹膜识别技术以及相关产品的市场容量将达到20亿美元的水平。中国生物认证中心的保守调查预测：在未来的5年中，仅在中国，虹膜识别的市场就高达40亿人民币。随着虹膜识别技术应用面的扩大，以及在电子商务领域中的应用，这个数字将扩大到以千亿计。
虹膜识别发展历史

虹膜识别的发展历程可以追溯至19世纪80年代。1885年，ALPHONSE BERTILLON将利用生物特征识别个体的思路应用在巴黎的刑事监狱中，当时所用的生物特征包括：耳朵的大小、脚的长度、虹膜等。
　　1987年，眼科专家ARAN SAFIR和LEONARD FLOM首次提出利用虹膜图像进行自动虹膜识别的概念，到1991年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的JOHNSON实现了一个自动虹膜识别系统。
　　1993年，JOHN DAUGMAN实现了一个高性能的自动虹膜识别原型系统。
　　1997年，中国第一个虹膜识别专利得到批准。
　　2005年，中科院自动化所模式识别国家重点实验室，因为在“虹膜图像获取以及识别技术”方面取得的突出成绩，获得“国家技术发明二等奖”，代表国内虹膜识别技术发展的最高水平。
2007年11月，《信息安全技术虹膜识别系统技术要求》(GB/T20979-2007)国家标准颁布实施，起草单位为：北京凯平艾森信息技术有限公司。
虹膜识别技术简介虹膜特征

　　眼睛的虹膜是由相当复杂的纤维组织构成，其细部结构在出生之前就以随机组合的方式决定下来了，虹膜识别技术将虹膜的可视特征转换成一个512个字节的Iris Code（虹膜代码），这个代码模板被存储下来以便后期识别所用，512个字节，对生物识别模板来说是一个十分紧凑的模板，但它对从虹膜获得的信息量来说是十分巨大的。

                               
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虹膜

        从直径11mm的虹膜上，Dr. Daugman的算法用3.4个字节的数据来代表每平方毫米的虹膜信息，这样，一个虹膜约有266个量化特征点，而一般的生物识别技术只有13个到60个特征点。266个量化特征点的虹膜识别算法在众多虹膜识别技术资料中都有讲述，在算法和人类眼部特征允许的情况下， Dr. Daugman指出，通过他的算法可获得173个二进制自由度的独立特征点。这在生物识别技术中，所获得特征点的数量是相当大的。
虹膜识别算法

　　第一步是通过一个距离眼睛3英寸的精密相机来确定虹膜的位置。当相机对准眼睛后，算法逐渐将焦距对准虹膜左右两侧，确定虹膜的外沿，这种水平方法受到了眼睑的阻碍。算法同时将焦距对准虹膜的内沿（即瞳孔）并排除眼液和细微组织的影响。
　　单色相机利用可见光和红外线，红外线定位在700-900mm的范围内（这是IR技术的低限，美国眼科学会在他们对macular cysts研究中使用同样的范围。） 在虹膜的上方，如上图所示，算法通过二维Gabor子波的方法来细分和重组虹膜图象，第一个细分的部分被称为phasor，要想明白二维gabor子波的原理需要懂得很深的数学知识。
虹膜识别精确度

　　由于虹膜代码（Iris Code）是通过复杂的运算获得的，并能提供数量较多的特征点，所以虹膜识别技术是精确度最高的生物识别技术，具体描述如下：
　　·两个不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:106
　　·等错率：1:1200000
　　·两个不同的虹膜产生相同Iris Code（虹膜代码）的可能性是1:1052
虹膜录入和识别

        整个过程其实是十分简单的，虹膜的定位可在1秒钟之内完成，产生虹膜代码（Iris Code）的时间也仅需1秒的时间，数据库的检索时间也相当快，就是在有成千上万个虹膜信息数据库中进行检索，所用时间也不多，有人可能会对如此快的速度产生质疑，其实虹膜识别技术的算法还受到了现有技术的制约。我们知道，处理器速度是大规模检索的一个瓶颈，另外网络和硬件设备的性能也制约着检索的速度。当然，由于虹膜识别技术采用的是单色成像技术，因此一些图像很难把它从瞳孔的图像中分离出来。但是虹膜识别技术所采用的算法允许图像质量在某种程度上有所变化。相同的虹膜所产生的Iris Code（虹膜代码）也有25%的变化，这听起来好像是这一技术的致使弱点，但在识别过程中，这种Iris Code（虹膜代码）的变化只占整个虹膜代码的10%，它所占代码的比例是相当小的。
虹膜识别技术-生物识别技术的宠儿

        眼睛的外观图由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜即眼球外围的白色部分，约占总面积的30%；眼睛中心为瞳孔部分，约占5%；虹膜位于巩膜和瞳孔之间，包含了最丰富的纹理信息，占据65%。外观上看，由许多腺窝、皱褶、色素斑等构成(见图1)，是人体中最独特的结构之一。虹膜的形成由遗传基因决定，人体基因表达决定了虹膜的形态、生理、颜色和总的外观。

  

                               
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虹膜识别机

       到二岁左右，虹膜就基本上发育到了足够尺寸，进入了相对稳定的时期。除非极少见的反常状况、身体或精神上大的创伤造成虹膜外观上的改变外，虹膜形貌可以保持数十年没有多少变化。另一方面，虹膜是外部可见的，但同时又属于内部组织，位于角膜后面。要改变虹膜外观，需要非常精细的外科手术，而且要冒着视力损伤的危险。虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，是虹膜可用作身份鉴别的物质基础。
　　虹膜识别技术与相应的算法结合后，可以到达十分优异的准确度，即使全人类的虹膜信息都录入到一个数据中，出现认假和拒假的可能性也相当小，两个不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:1 000 000,两个不同的虹膜产生相同Iris Code（虹膜代码）的可能性是1:10^52（10的52次方）。比其他任何生物认证技术的精确度高几个到几十个数量级。
虹膜识别市场潜力

       国际上主要的虹膜识别厂商：Iriscan,从1994——1998年的5年间公司收入增长了10倍，公司入选全求增长最快的公司500强。到2002底为止，公司提供的虹膜识别产品已经在全球超过1000家单位使用，包括银行、机场、学校、政府等各种各样的单位。累计销售收入超过1亿美元。同时，公司的销售收入从1994年开始，每年均已超过80%的规模增长。在IT大环境一冷再冷的同时，以虹膜识别技术为核心技术的Iriscan却取得了令人惊讶的增长速度。
　　根据国际生物特征识别集团（International Biometic Group）的统计分析，2007年，基于人的生物特征（如指纹、虹膜、脸相、声纹等）而实现身份识别的全球市场为30亿美金，而虹膜识别占其中的5.1%，约为1.53亿美金。2007年，美国FBI宣布投资10亿美金建立名为“识别下一代”的公民生物特征数据库，并希望在此基础之上进一步构建美国的反恐和公民安全网络，而虹膜是其重点考虑的生物特征之一，足见虹膜识别技术的应用前景十分广阔。有资料显示，美国军方和政府部门正在有计划的购买和使用虹膜身份认证设备和系统，比如在2007年仅从L1 Identity Solutions公司就购买了超过8000万美金的虹膜设备。在中东，IrisGuard公司已经建立了一个超大规模的虹膜识别架构IrisFarm，完成了阿联酋全国的机场旅客虹膜通关和恐怖分子黑名单比对。
在中国，全国共有超过1万家支行级的银行分支机构，大约150家机场运用了虹膜识别技术，仅这两个市场的应用潜力就达到了25亿人民币。其他如：军事基地、枪械库、核能设施、物料放置库房、电脑机房、政府办公室、保密资料室等重要区域的门禁管制等有潜力应用虹膜识别技术的市场超过30亿人民币。以上估计不包括相关的配套设备的市场。所以，在国内虹膜识别产业是一个尚未开发的，有着巨大潜力的处女地。
虹膜技术大规模应用虹膜识别技术应用简介

　　在国外，虹膜识别产品已经在比较广泛的范围内开始应用了。
　　2002年2月8日，英国伦敦希思罗机场开始对一种先进的保安系统进行测试，新系统可扫描乘客的眼睛，以代替检查乘客的护照。据悉，该项试验计划为期五个月，搭乘英航及维京航空公司班机的乘客都可参与这项试验。国际航空运输联合会对这一研究结果极感兴趣，他们鼓励伦敦希思罗机场进行试验，通过检查登机旅客的虹膜来确定其身份并作为登机牌。
　　美国“Iriscan”研制出的虹膜识别系统已经应用在美国得克萨斯州联合银行的三个营业部内。储户两手空空地来办理银行业务，无需银行卡，更没有回忆密码的烦恼。他们在该取款机上取钱时，一台摄像机首先对用户的眼睛进行扫描，然后将扫描图象转化成数字信息与数据库中的资料核对，以对用户的身份进行检验。
　　美国新泽西州的Plumsted, 学校已经在校园里面安装了虹膜识别的装置进行安全控制，任何学校的学生以及员工都不再使用任何形式的卡片与证件，只要他们在虹膜摄像头之前经过，他们的位置，身份便被系统识别出来，所有外来的人员都必须进行虹膜资料的登录才能进入到校园中。同时，通过中央登录与权限控制系统对进入这个活动范围进行控制。系统安装以后，校园内的各种违反校规以及侵犯、犯罪活动大大减少，极大的减轻了校园管理难度。
　　在阿富汗，联合国（UN）与美国联邦难民署the United Nations refugee agency (UNHCR)使用虹膜识别系统鉴定难民的身份，以防止同一个难民多次领取救济品。同样的系统在巴基斯坦与阿富汗的难民营中使用。总共有超过200万的难民使用了虹膜识别系统，这套系统对于联合国供品的分配人道主义援助物资起到了很关键的作用。
　　2003年3月18日，阿布扎比(阿拉伯联合酋长国之一)宣布世界上第一套国家级的基于虹膜识别技术的针对被驱逐的外国人虹膜追踪与国界控制系统开始启用，这套系统从2001年开始建设，它的目的是对阻止所有被阿布扎比所驱逐的旅游者及其他人员进入阿布扎比。在以前没有这套系统的时候，由于阿拉伯人的独特面相特征（胡须多），以及被驱逐的人数众多，海关检查人员很难区分哪些是被驱逐的人。通过使用这套系统，所有的非法入境都被避免，国家安全得到了最大限度的保证。
　　新泽西州的肯尼迪国际机场（John F. Kennedy International Airport）在它的国际航班第四登机口岸安装了虹膜识别系统，所有1300名员工的300人已经开始使用这套系统进行登录控制。通过使用这套系统，所有能进入到停机坪的人员必须是经过系统安全认证的人员。未经授权的人员想要强行通过的话，系统将自动采取紧急应对措施将试图强行通过的人员封闭在警戒空间。使用这套系统后，肯尼迪国际机场的安全等级从B+上升到了A+等级。通过肯尼迪国际机场乘机前往其他地方的旅客也上升了18.7%。
虹膜识别综述

　　总体上说来，虹膜识别技术在国际上已经开始在各行各业以各种形式进行应用。同时，给他们的应用单位都带了看得见的与看不见的种种社会效益以及经济效益。这种应用趋势正在以较大速度的增强，未来10年内必然是虹膜识别逐步在各个行业内取得全面应用的时候。
在国内，由于国际上对中国的禁运以及虹膜技术本身的难度导致国内无法开发出相应的产品。到目前为止，国内还没有一套虹膜识别系统真正应用起来。但是，国内的很多单位都表示了强烈的应用意向，特别是“9·11”以后，安全反恐怖的意识成了航空、金融领域最关心的问题。虹膜识别系统更是成了各大航空公司、各大金融机构以及其他保密机构（如航天局）等国家重点安全机构的热点关注对象。与世界的发展趋势一样，虹膜识别技术也必将在不久的将来在中国掀起应用的高潮。