虹膜識(shí)別研究與應(yīng)用綜述

1、 25NAttention綜述關(guān)注í 輕松點(diǎn)擊,精彩無限,控制網(wǎng)(3月15日全新改版!收稿日期:2005-02-01作者簡介:孫哲南(1976-,男,湖南省新化縣人,博士研究生,研究方向?yàn)槟Ｊ阶R(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺;譚鐵牛(1964-,男,湖南茶陵人,研究員,博士生導(dǎo)師,現(xiàn)為中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所所長,研究領(lǐng)域?yàn)閳D像處理、計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別。文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0492(200502-0025-02 中圖分類號(hào):TP391.4虹膜識(shí)別研究與應(yīng)用綜述Research and Applications Overview of Iris Recognition(中國科學(xué)院自動(dòng)化

2、研究所,北京100080孫哲南,譚鐵牛摘要:虹膜識(shí)別是模式識(shí)別領(lǐng)域的前沿研究方向,也是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的身份認(rèn)證技術(shù),業(yè)已得到國內(nèi)外政府部門、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。介紹了國內(nèi)外虹膜識(shí)別研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀以及存在的主要問題。關(guān)鍵詞:虹膜識(shí)別;生物特征識(shí)別;身份認(rèn)證Abstract: As a reliable personal identification method, iris rec-ognition is a hot topic in both academia and industry. This paperpresents an overview on the state-of

3、-the-art of research and ap-plications of iris recognition, as well as some of the remainingchallenges.Key words: Iris recognition; Biometrics; Identity verification1引言一個(gè)公平、安定和高效的社會(huì)離不開安全可靠的身份認(rèn)證解決方案。尤其在網(wǎng)絡(luò)高度發(fā)達(dá)、人員交往和流動(dòng)頻繁的現(xiàn)代社會(huì)里,人們對身份識(shí)別技術(shù)提出了更高的要求。在需求的驅(qū)動(dòng)下,基于人臉、指紋、虹膜、手形、筆跡等生物特征的識(shí)別技術(shù)應(yīng)用而生。其中虹膜識(shí)別是一個(gè)新興的熱門發(fā)展方向,

4、虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀區(qū)域,在紅外光下可以看到豐富的紋理信息,如斑點(diǎn)、條紋、細(xì)絲、隱窩等細(xì)節(jié)特征。在上個(gè)世紀(jì)首先是由眼科醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了人眼虹膜的獨(dú)特性,到1993年英國劍橋大學(xué)Daugman博士提出了一套成功的虹膜特征描述和相似性判別算法,從此就開始了虹膜識(shí)別產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。現(xiàn)有國外的商業(yè)虹膜識(shí)別產(chǎn)品的核心軟件大都是基于Daugman的算法,已經(jīng)成功地用于大規(guī)模人群的身份鑒定,如海關(guān)的出入境檢查、社會(huì)福利發(fā)放、建筑物的進(jìn)出控制、銀行自動(dòng)提款機(jī)。從已經(jīng)公布的大規(guī)模實(shí)驗(yàn)室測試和實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果來看,虹膜是最可靠和最穩(wěn)定的生物特征。虹膜識(shí)別應(yīng)用的廣闊前景吸引了松下、LG、OKI等國

5、際著名公司和許多科研機(jī)構(gòu)。這幾年國際虹膜識(shí)別市場已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展期,預(yù)計(jì)到2008年的年收入將達(dá)到3.66億美元。2國內(nèi)研究成果出于對國防安全的重大意義,虹膜識(shí)別的研究已經(jīng)上升到了戰(zhàn)略高度。2000年美國國防高級研究項(xiàng)目署(DARPA就啟動(dòng)了遠(yuǎn)距離生物特征識(shí)別的研究項(xiàng)目,其中也包括虹膜識(shí)別。2003年11月,美國中央情報(bào)局(CIA也開始研究用于監(jiān)控目的的虹膜識(shí)別系統(tǒng)。“911”恐怖事件發(fā)生后,西方各國都加大了高性能身份認(rèn)證技術(shù)的研發(fā)投入。對于我國這樣一個(gè)人口眾多的國家,研究和開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虹膜識(shí)別系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的意義?？上驳氖?在我國越來越多的科研工作者正投身于虹膜識(shí)別國產(chǎn)化的進(jìn)程,雖

6、然起步較晚,但是部分研究成果已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所(以下簡稱中科院自動(dòng)化所的模式識(shí)別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是國內(nèi)最早從事虹膜識(shí)別研究的單位之一,從1998年至今已經(jīng)開發(fā)了三代虹膜識(shí)別系統(tǒng),包括虹膜采集裝置、圖像預(yù)處理、特征抽取和匹配等基本模塊。從硬件到軟件都實(shí)現(xiàn)了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的目標(biāo),突破了早期西方國家的技術(shù)壟斷與封鎖。我國的虹膜識(shí)別研發(fā)的進(jìn)展已經(jīng)引起了國際同行的關(guān)注,下面僅列出一些近期國內(nèi)虹膜識(shí)別方面比較重要的事件:我國科研人員這兩年在國際權(quán)威期刊發(fā)表了多篇虹膜識(shí)別方面的文章,包括IEEE Transactions on Pattern Analysisand Machin

7、e Intelligence, IEEE Transactions on Image Processing,Pattern Recognition等高級別刊物。實(shí)驗(yàn)表明,我國科研人員算法的整體性能已經(jīng)超過國際上最好方法。利用自主開發(fā)的采集設(shè)備,我國科研人員建立了目前世界上規(guī)模最大的共享虹膜圖像數(shù)據(jù)庫CASIA Iris ImageDatabase,為國內(nèi)外同行提供了研究平臺(tái)。截至目前為止,已有70個(gè)國家和地區(qū)的800多個(gè)研究單位申請使用此虹膜圖像數(shù)據(jù)庫,大大提高了我國在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)影響和國際地位。美國國家自然科學(xué)基金委組織的美國生物特征識(shí)別發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)主動(dòng)提出要和中國開展虹膜識(shí)別研究的合作。

8、中科院自動(dòng)化所組織開發(fā)的“便攜式虹膜識(shí)別系統(tǒng)”2003年榮獲國家五部委頒發(fā)的“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書”,國際權(quán)威學(xué)術(shù)評論MIT Technology Review也高度評價(jià)了此虹膜識(shí)別系統(tǒng)。國際上首次虹膜識(shí)別算法競賽在我國舉行,為了積累經(jīng)驗(yàn),這次競賽主要對國內(nèi)的研發(fā)人員開放。作者:孫哲南 26Attention 綜述îN 關(guān)注“變頻調(diào)速技術(shù)”、“PLC 技術(shù)”培訓(xùn)班(第四期5月開班,歡迎報(bào)名!3應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在國內(nèi)的虹膜識(shí)別應(yīng)用已經(jīng)開始啟動(dòng),去年的銷售額估計(jì)在1 000萬人民幣左右,發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。可以預(yù)計(jì),我國虹膜識(shí)別產(chǎn)業(yè)化將迎來一個(gè)明媚的春天。國內(nèi)虹膜識(shí)別的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:(1門禁和考勤這

9、也是國內(nèi)其它生物認(rèn)證產(chǎn)品的最大應(yīng)用方向,目前國內(nèi)銷售的國外虹膜識(shí)別產(chǎn)品也主要安裝在高檔的房地產(chǎn)項(xiàng)目上用于訪問控制。(2金融和證券中科院自動(dòng)化所、模識(shí)科技公司和寧波八一集團(tuán)共同研發(fā)的基于虹膜識(shí)別的銀行保險(xiǎn)箱/柜已經(jīng)投入市場,國內(nèi)第一臺(tái)虹膜識(shí)別ATM 也于去年研制成功,參加了中國國際金融(銀行技術(shù)暨設(shè)備展覽會(huì)。(3電子護(hù)照和第二代身份證2003年國際民航組織公布的規(guī)劃將要求在個(gè)人護(hù)照中加入生物特征(面相識(shí)別、虹膜識(shí)別、指紋識(shí)別并在進(jìn)入各個(gè)國家的邊境時(shí)進(jìn)行個(gè)人身份的確認(rèn)。我國遲早會(huì)加入這個(gè)計(jì)劃,出于國家安全的考慮,國產(chǎn)虹膜識(shí)別系統(tǒng)將有較大的競爭優(yōu)勢。我國的第二代身份證也為生物認(rèn)證技術(shù)的實(shí)施預(yù)留了空間

10、。(4醫(yī)療保險(xiǎn)和養(yǎng)老保險(xiǎn)的發(fā)放我國的社會(huì)保障事業(yè)正在蓬勃發(fā)展中,由于虹膜特征能夠保持終身不變,虹膜識(shí)別技術(shù)將可用于參保人員的身份確認(rèn),防止冒領(lǐng)。(5公安和司法如逃犯追蹤、司法刑偵等方面的應(yīng)用。(6電子商務(wù)我國已經(jīng)出臺(tái)電子簽名法,如果在數(shù)字簽名方案中引入虹膜識(shí)別,必將增加網(wǎng)上交易的安全性。(7信息安全如文件加密,密碼學(xué)和虹膜識(shí)別的結(jié)合。(8特殊行業(yè)如采礦行業(yè)的工人下井歸來臉部和手部的生物特征提取都受影響,必須采用虹膜識(shí)別。4結(jié)語人們也應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到和國外優(yōu)秀的虹膜識(shí)別產(chǎn)品相比,國產(chǎn)系統(tǒng)還是有較大的差距,尤其在虹膜圖像采集硬件裝置方面。現(xiàn)在虹膜識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的主要問題就是獲取高質(zhì)量的虹膜圖

11、像需要用戶的良好配合,硬件成本也比較高。所以未來虹膜識(shí)別的發(fā)展趨勢是提高系統(tǒng)人機(jī)接口的友好性,降低采集設(shè)備的成本。從硬件方面,可以設(shè)計(jì)景深較大的光學(xué)鏡頭組,引入自動(dòng)變焦技術(shù)和輔助定位技術(shù)來提高系統(tǒng)的易用性;從軟件方面,可以利用超分辨率技術(shù)和圖像增強(qiáng)技術(shù)來提高圖像質(zhì)量,通過語音提示或者視頻的方式提醒用戶配合采集設(shè)備。在安全級別要求較高的應(yīng)用環(huán)境中,虹膜圖像的活體檢測也是一個(gè)重要的方面,防止假冒者盜用他人的虹膜圖像。為了規(guī)范虹膜圖像的數(shù)據(jù)格式,統(tǒng)一硬件提供商、軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商之間的數(shù)據(jù)接口,促進(jìn)各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享,方便研究人員之間的交流,支撐虹膜識(shí)別產(chǎn)品的評測,應(yīng)該盡早投入力量開展

12、虹膜識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作。(上接24頁在EPA 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定通過一個(gè)局域網(wǎng)接入點(diǎn)(AP 將IEEE 802.11局域網(wǎng)與EPA 網(wǎng)絡(luò)相連;同時(shí)規(guī)定,在RFCOMM 上采用PPP 的局域網(wǎng)接入方式,將藍(lán)牙無線設(shè)備與EPA 網(wǎng)連接。4.3“e 網(wǎng)到底”的三個(gè)技術(shù)方案長期以來,有一種意見一直認(rèn)為以太網(wǎng)不可能進(jìn)入控制系統(tǒng)現(xiàn)場級,理由是以太網(wǎng)在技術(shù)上存在實(shí)時(shí)性、通信效率、總線供電和本質(zhì)安全等障礙?，F(xiàn)在看來,上述前三個(gè)問題已經(jīng)很好解決,本質(zhì)安全技術(shù)也將于2006年完成開發(fā)工作,所以Ethernet 還將繼續(xù)向下延伸。(1EtherCAT 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)使用的方案以太網(wǎng)技術(shù)最近的一個(gè)新進(jìn)展是向機(jī)箱級的“背板總線”

13、延伸。EtherCAT 利用這一技術(shù)開發(fā)了用于現(xiàn)場控制柜的E-bus ,I/O 機(jī)箱的第一個(gè)模塊使用總線耦合器,該耦合器將標(biāo)準(zhǔn)的雙絞線或光纜電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為E-bus 信號(hào),I/O 模塊之間信息通過E-bus 傳送。E-bus 是基于LVDS (Low V oltage Differential Signal 信號(hào)傳輸,傳送距離為10米。這樣一來,以太網(wǎng)幀可以不受影響地傳送到I/O 輸入的端口,從某種意義上講,以太網(wǎng)已經(jīng)延伸到現(xiàn)場設(shè)備級。(2美國IEEE 1451技術(shù)方案IEEE 1451用于傳感器和執(zhí)行器的智能轉(zhuǎn)換器接口標(biāo)準(zhǔn),它在控制網(wǎng)絡(luò)和傳感器之間定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口,通過一種稱作管道的簡單傳遞

14、機(jī)構(gòu),使用Ethernet 傳送他們的報(bào)文,這種方法簡單可行,現(xiàn)場裝置保持不變,只需一個(gè)專用ASIC 的Ethernet 網(wǎng)絡(luò)接口取代原來的驅(qū)動(dòng)器就可以完成與以太網(wǎng)的連接,從而使用網(wǎng)絡(luò)傳感器成為工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)場級的數(shù)字傳感器。(3EPA 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)采用的方案從圖2中可以看出,EPA 由過程監(jiān)控級網(wǎng)和現(xiàn)場設(shè)備級網(wǎng)構(gòu)成?，F(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)分置于控制現(xiàn)場,控制現(xiàn)場可劃分為若干個(gè)控制區(qū)域,各個(gè)控制區(qū)域內(nèi)相關(guān)的諸如變送器、執(zhí)行器和現(xiàn)場控制器等現(xiàn)場設(shè)備均通過EPA 網(wǎng)絡(luò)連接在一起,按照組態(tài),相互進(jìn)行協(xié)調(diào)工作,從而完成一定的控制功能。每個(gè)控制區(qū)域內(nèi)的EPA 子系統(tǒng)由EPA 現(xiàn)場控制器、EPA-HUB 、EPA 變送器和EPA 執(zhí)行器等組成,通過EPA 現(xiàn)場設(shè)備通信模塊可實(shí)現(xiàn)相