虹膜識別專利技術綜述

徐雯暉　李志研

【摘 要】虹膜識別技術是生物特征識別技術的重要研究分支。本文立足于專利文獻，對國內外有關虹膜識別技術的專利申請進行統計和分析，并對主要申請人進行了統計，最后總結了虹膜識別技術的技術脈絡和研究方向。

【關鍵詞】虹膜識別;采集;定位;防偽

中圖分類號： TP391.41文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）18-0027-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.013

0 概述

生物識別技術在安全認證領域有著廣泛而成熟的應用。虹膜特征發生變化的概率十分微小，且不易受到外界的傷害，因此其特征更穩定和可靠，其誤識率在各種生物特征識別中也是最低，因此其在近幾年的熱度越來越高。

具體地，虹膜識別技術的研究主要包括以下技術環節：（1）虹膜圖像采集;（2）虹膜圖像的質量評價;（3）虹膜圖像預處理，主要包括：虹膜定位（包括虹膜內外圓的定位、眼瞼定位）、虹膜歸一化、虹膜圖像增強及去噪;（4）虹膜防偽，即活體虹膜的檢測，檢測真假虹膜;（5）虹膜特征提取與匹配，以達到虹膜識別的目的。因此，本文將虹膜識別的關鍵技術劃分為：圖像采集、質量評價、預處理、活體檢測、特征提取與匹配。

本文主要基于專利檢索系統平臺分析虹膜識別技術的現狀，在中文摘要數據庫、中文全文數據庫、外文數據庫，分別采用關鍵詞虹膜、采集、預處理、防偽、活體檢測、識別、分類、iris、collect、locate、recognition、class等關鍵詞檢索相關專利。截至2019年5月15日，共檢索到關于虹膜識別技術的申請1545件，其中國內申請為1001件，國外申請為544件，下面將對這件專利進行分析。

1 專利申請總體情況

從國內申請的申請量發展趨勢來看， 2011年之前，專利申請量增長速度緩慢，2012-2013年申請量有了小幅提升，在2014年后，虹膜識別技術相關的專利申請量呈暴發式增長，2018年部分申請還沒有公開，可以預見其申請總量依然可觀。可見，該技術出現時間晚，且很長時間發展緩慢，但是近幾年，申請量達到較高的水平，說明該項技術處于非常活躍的研究和應用時期，具備良好的應用前景。

從全球專利申請國別分布可知，申請國別主要有中國、韓國、美國、日本等。其中，中國的申請量遙遙領先，占了全球各國申請量的一半，韓國和美國的申請量次之。在中國的大量申請中，除了對虹膜識別算法的改進和研究的申請，還存在大量對該技術應用的申請，韓國主要是以大公司為代表對虹膜識別裝置的研究;美國對虹膜識別技術的研究最早，其對該技術的研究以學術研究為主，因此專利申請量并不多。

虹膜識別技術專利的主要申請人中，LG電子株式會社的專利申請量較高，在全球范圍內具有一定的競爭實力。武漢虹識技術有限公司是一家專門研究虹膜識別技術的一家公司，中國的廣東歐珀移動通信有限公司的申請偏向于虹膜識別的應用，多為將虹膜識別技術應用于各個領域;北京天誠盛業科技有限公司的申請偏向虹膜識別技術相關的設備或裝置的研究。總之，中國在虹膜識別領域的技術處于世界先進水平，且比較重視虹膜識別技術在現實中的應用。

2 技術脈絡分析

通過對虹膜識別領域的了解以及對相關專利文獻的分析研究，確定出本文研究的技術分支為虹膜圖像采集、虹膜圖像質量評價、虹膜定位、虹膜防偽、虹膜特征提取和匹配。

2.1 虹膜圖像采集

虹膜圖像采集是虹膜識別的基礎，現有的虹膜圖像采集裝置主要分為接觸式和非接觸式的采集裝置。

接觸式的虹膜采集裝置，需要用戶將眼睛固定在采集裝置的某個部件上，缺點是減弱用戶的接受度。專利申請CN201210257303公開了一種接觸式采集方式，使用者貼近套筒，以便采集到清晰的虹膜圖片，攝像機板、光源、半透半反境以及毛塑料片等密封在外殼內，以提供恒定的采集環境。

非接觸式的虹膜采集裝置，又分為固定焦距采集裝置和可變焦距采集裝置。固定焦距采集裝置需要用戶自己調整眼睛的位置，專利申請CN200510024618公開了一種非接觸式自反饋虹膜圖像采集裝置。采集單元、照明單元、反饋單元的主光軸相交于距離液晶屏幾何中心25-35cm處，與定焦攝像頭的成像點重合，且三者集成，構成平板狀采集裝置主體，該主體安裝于俯仰機構上，可以快速、準確地采集虹膜圖像。

可變焦距采集裝置可以自動的改變焦距以聚焦用戶的虹膜上。專利申請CN200710121106公開了一種自動變焦虹膜圖像采集系統，通過計算機控制變焦電機控制電路，使變焦電機的轉動，變焦電機連接可變焦鏡頭組，用于調節可變焦鏡頭組的成像距離在最遠和最近位置之間移動，實現了變焦采集圖像。

專利申請CN201811020015公開了一種虹膜圖像采集方法，圖像采集設備以第一焦距采集包括眼部圖像的第一圖像，然后通過人臉識別算法對所述第一圖像計算得出第二焦距，圖像采集設備將焦距調整至所述第二焦距，以所述第二焦距采集第一虹膜圖像，從而使圖像采集設備在較短的時間內得到一個較為清晰的虹膜圖像。

2.2 虹膜圖像質量評價

虹膜圖像質量評價指采用一定的客觀評判標準，對圖像內容進行數學描述并對其質量進行計算和評價。專利申請US19990449295公開了一種通過卷積核對虹膜圖像進行質量評價的方法，對原始虹膜圖像進行卷積運算通過對散焦的頻譜分析，評價一幅圖像的聚焦程度可以通過計算該圖像二維傅里葉變換高頻能量，高頻能量越大則圖像越清晰。專利申請CN200610122528公開了一種虹膜識別方法，并公開了基于快速傅立葉變換和基于小波包分解的虹膜質量評估方法;基于快速傅立葉變換的方法，它對虹膜區域上的兩個矩形塊內的像素點進行二維快速傅立葉變換，然后通過對其高頻、中頻和低頻能量的統計，分析圖像是否清晰和存在睫毛遮擋。專利申請CN03117074公開了一種綜合考慮圖像清晰度、內外偏心度和虹膜可見度三個質量指數對虹膜圖像進行質量評價方法。專利申請CN2018103118215公開了一種虹膜圖像質量檢測方法，綜合考慮了虹膜圖像序列各幀圖像的整體清晰度指標、虹膜局部清晰度指標、虹膜可用度指標、虹膜鄰域對比度指標，實現了對遠距離移動中識別的復雜環境成像的圖像質量評價。

2.3 虹膜定位

虹膜定位是虹膜圖像預處理中最重要的一環。專利申請US19960727366公開了一種基于邊緣檢測與hough變換相結合的虹膜定位方法，首先將虹膜外邊界和內邊界定位，將眼瞼邊界定位，再用Hough變換得到虹膜參數;再將虹膜邊界各部分分離出來后，將這些部分組合起來劃定虹膜本身。專利申請CN200810026105公開了一種基于多分辨率分析的虹膜定位方法，首先定位出瞳孔的粗略圓心，然后在粗略圓心附近的若干行上，搜索一定范圍內的灰度梯度最大值的坐標作為瞳孔邊界點的坐標，經過曲線擬合可以定位出瞳孔的精確圓心和半徑;接著根據取瞳孔粗略圓心附近的各行灰度序列，搜索局部最小值點的坐標，作為虹膜的外邊緣邊界點并進行曲線擬合得到虹膜外邊緣的精確圓心和半徑。專利申請CN20141050448公開了一種基于徑向梯度檢測的虹膜定位方法，利用徑向梯度檢測法定位虹膜區域的內邊界和外邊界，并根據鄰域內的徑向梯度對外邊界的參考半徑進行微調，實現快速而精確的虹膜定位。

2.4 虹膜防偽

虹膜防偽即活體檢測，檢測采集的對象是否是有生命的個體，排除假的虹膜。專利申請CN200710041711提出一種彩色隱形眼鏡的防偽檢測方法，使用灰度共生矩陣的對比度及角度二階矩特征進行虹膜活體檢測。專利申請CN200910079803公開了一種虹膜活體檢測方法，適用于多種偽造虹膜的檢測，該方法對訓練圖像庫中的活體虹膜圖像和人工偽造物虹膜圖像進行預處理，在得到的感興趣區域上進行多尺度的局部二值模式特征抽取，并利用自適應增強學習算法對得到的候選特征進行優選，同時構建用于虹膜活體檢測的分類器，根據分類器輸出結果判斷該測試圖像是否來自活體虹膜。

2.5 虹膜特征提取和匹配

專利申請US19910729638使用Gabor小波抽取虹膜紋理的二值化相位特征，并使用漢明距離度量兩個特征模板的匹配程度。專利申請CN201110173764公開了一種基于邊緣梯度方向金字塔直方圖的虹膜識別方法。本發明第一次把用于場景分類的空間金字塔方法應用到虹膜識別系統中來，并且采用Sobel算子計算邊緣點，創新性地采用特征點的梯度角作為分類特征點的依據，實現了虹膜的圖像的BOW特征的建立，使得接下來的金字塔匹配核的順利應用。

3 結論與建議

總體而言，目前針對虹膜識別技術的研究雖然已趨于成熟，但是算法精度和性能仍有待提高，且其對設備的依賴性較高，降低成本是其廣泛應用的一大前提，未來還需要從多方面進一步改進和研究。隨著相關技術的發展，可以預測在虹膜識別技術領域將會有更多的專利申請。

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