機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在虹膜識(shí)別中的創(chuàng)新應(yīng)用

楊密凱

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域得到了應(yīng)用。而在虹膜識(shí)別中進(jìn)行該技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，則能夠推動(dòng)生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。基于這種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在虹膜識(shí)別中的創(chuàng)新應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)了研究，以期為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺(jué)技術(shù) 虹膜識(shí)別 創(chuàng)新應(yīng)用

在信息時(shí)代，身份識(shí)別困難的問(wèn)題變得更加突出。僅僅利用身份證進(jìn)行身份識(shí)別，容易出現(xiàn)身份信息被偽造和丟失的問(wèn)題，所以無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)的發(fā)展需要。而虹膜具有唯一性和防偽性，運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虹膜識(shí)別，則能夠根據(jù)人體生物特征完成個(gè)人身份認(rèn)證，繼而更好的促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

1 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)概述

所謂的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，其實(shí)就是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人的視覺(jué)功能，是可以利用計(jì)算機(jī)代替人眼認(rèn)識(shí)客觀三維世界的一種技術(shù)。從特點(diǎn)上來(lái)講，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有較高的測(cè)量精度和靈敏度，并且具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、噪聲低等有點(diǎn)，能夠在惡劣環(huán)境條件下得到使用。將該技術(shù)引入到圖像采集處理系統(tǒng)中，則能夠利用機(jī)器代替人眼進(jìn)行判斷和測(cè)量，可以利用圖像攝取裝置完成目標(biāo)檢測(cè)，然后將檢測(cè)得到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并利用圖像處理系統(tǒng)完成信號(hào)的判斷和處理。

2 機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在虹膜識(shí)別中的創(chuàng)新應(yīng)用

利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，無(wú)需與被觀測(cè)對(duì)象接觸就能夠完成被檢測(cè)對(duì)象的特征的準(zhǔn)確提取，所以不會(huì)對(duì)被觀測(cè)者造成損傷。因此，可以在虹膜識(shí)別中進(jìn)行機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，從而增強(qiáng)虹膜識(shí)別的安全可靠性。

2.1 虹膜圖像的采集

利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行虹膜識(shí)別時(shí)，首先需要完成虹膜圖像的采集。具體來(lái)講，就是需要完成虹膜圖像的清晰、準(zhǔn)確采集，并且將圖像信息以數(shù)字化形式存儲(chǔ)，從而為后續(xù)圖像識(shí)別打下良好的基礎(chǔ)。而機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中包含光源、光學(xué)系統(tǒng)和圖像捕捉系統(tǒng)，能夠從15-46mm距離完成虹膜圖像的采集。在圖像捕捉的過(guò)程中，用戶(hù)需要在攝像頭前進(jìn)行眼睛位置的移動(dòng)，以便獲得虹膜最佳的對(duì)焦位置。此時(shí)，攝像頭將連續(xù)完成虹膜圖像的采集，而系統(tǒng)也會(huì)提示用戶(hù)進(jìn)行眼鏡位置的移動(dòng)。直至成像有足夠銳度時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)完成虹膜圖像樣本的自動(dòng)采集。在圖像存儲(chǔ)上，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中包含有圖像采集卡，其具有接收?qǐng)D像信號(hào)和實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能，能夠完成圖像信號(hào)的放大和數(shù)字化輸出。而該功能模塊還能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)的同步或異步拍攝控制，能夠通過(guò)PC機(jī)內(nèi)部總線完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸速率能夠達(dá)到130MBPS。

2.2 虹膜圖像的提取

實(shí)際上，利用視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)初步采集的圖像是人眼圖像，想要實(shí)現(xiàn)虹膜識(shí)別還有完成圖像的預(yù)處理，以便從人眼圖像中完成虹膜區(qū)域圖像的提取。具體來(lái)講，就是需要先進(jìn)行虹膜定位，然后對(duì)圖像進(jìn)行歸一化處理。所謂的虹膜定位，實(shí)際上就是從人眼圖像中完成虹膜區(qū)域圖像的分割。從原理上來(lái)看，由于瞳孔和虹膜在交界處會(huì)形成內(nèi)邊界和外邊界，所以只要完成虹膜內(nèi)外邊界的查找，就能夠?qū)崿F(xiàn)虹膜區(qū)域的提取。使用微積分算法，可以使用圓形邊緣檢測(cè)器完成虹膜內(nèi)外邊緣的反復(fù)查找，從而獲得最佳匹配的兩個(gè)圓。通過(guò)將曲線積分路徑轉(zhuǎn)換為弧形，并且完成相應(yīng)信息參數(shù)的調(diào)整，就可以完成上下眼瞼的邊緣檢測(cè)。在圖像歸一化處理方面，需要從虹膜內(nèi)邊界中心右側(cè)水平半徑開(kāi)始沿著逆時(shí)針?lè)较驅(qū)h(huán)形虹膜展開(kāi)，從而得到矩形虹膜。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)虹膜大小進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，則能夠完成虹膜不同心和虹膜與瞳孔不同心的問(wèn)題的處理。經(jīng)過(guò)處理，得到的圖像的虹膜邊界與瞳孔邊界線應(yīng)該為水平線。

2.3 虹膜圖像的識(shí)別

完成虹膜圖像的歸一化處理后，系統(tǒng)還要進(jìn)行虹膜圖像特征的提取，從而實(shí)現(xiàn)虹膜識(shí)別。具體來(lái)講，就是需要使用2DGabor濾波器完成虹膜紋理的局部量化和編碼，從而實(shí)現(xiàn)紋理二維信息的處理。除了使用該種方法，使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)也可以在不同分辨率下完成虹膜圖像的分解，然后將分解后的圖像與對(duì)應(yīng)圖像進(jìn)行比較。值得注意的是，在進(jìn)行虹膜圖像特征提取時(shí)，需要確保圖像縮放、位移和旋轉(zhuǎn)的不變形。如果獲得的特征無(wú)法實(shí)現(xiàn)虹膜復(fù)雜紋理的全面反映，還要從頻率域和空間分別展開(kāi)分析，以便進(jìn)行紋理信息的完整表達(dá)。所以，虹膜特征提取過(guò)程就是一個(gè)數(shù)據(jù)分析和處理的過(guò)程，能夠?qū)⒋罅吭紙D像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為若干特征，并且從中進(jìn)行具有代表性的特征的提取，繼而為圖像的分類(lèi)處理打下基礎(chǔ)。在虹膜分類(lèi)中，系統(tǒng)將使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和CASIA（中科院自動(dòng)化所提供的公開(kāi)免費(fèi)虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)）完成虹膜分類(lèi)機(jī)制的構(gòu)建。利用反復(fù)訓(xùn)練和調(diào)整得到的決策函數(shù)，則能夠完成識(shí)別模式和已知庫(kù)中模式的比較，繼而實(shí)現(xiàn)虹膜圖像的識(shí)別。

3 結(jié)論

總之，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。而在虹膜識(shí)別上實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，則能夠促使該技術(shù)進(jìn)一步向著高精度、實(shí)時(shí)在線和智能化檢測(cè)的方向發(fā)展，并且也能夠使生物識(shí)別技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]田啟川，劉正光.虹膜識(shí)別綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2014，25（05）：1295-1300.

[2]田捷，楊鑫.生物特征識(shí)別技術(shù)理論與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[3]張曼.形變虹膜圖像的魯棒特征表達(dá)與匹配[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2013.

[4]孫哲南.虹膜圖像特征表達(dá)方法研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院，2014.

[5]張慧.基于紋理分析和顏色特征的虹膜圖像分類(lèi)[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院，2013.

[6]李星光.虹膜圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

[7]劉京，孫哲南，譚鐵牛.一種基于非局部正則化和可靠區(qū)域檢測(cè)的虹膜圖像去模糊算法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2014，41（01）：54-58.

作者單位

深圳市諾賽特系統(tǒng)有限公司 廣東省深圳市 518000