生物特征識別技術(shù)新發(fā)展

摘 要：虹膜識別技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展至遠距離虹膜識別分支。文章介紹了遠距離虹膜識別概念的起源，定義時所考慮的主要因素，并闡述了不同階段遠距離虹膜識別的不同定義，和當(dāng)前廣泛使用的遠距離虹膜識別解決方案。

關(guān)鍵詞：虹膜遠距離主動，被動靜態(tài)，動態(tài)

中圖分類號：N04；TP3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0134-03

A New Development of Biometric Identification

—LongDistance Iris Recognition

GAO Lin

Abstract：With the development of iris recognition technology， longdistance iris recognition branch has been develped. This paper introduces origins of the concept of longdistance iris recognition as well as the main factors for its defination， elaborated on different definitions of the different stages of longdistance iris recognition， and introduces a widely used longdistance iris recognition solution.

Keywords： iris longdistance active，passive static，motion

收稿日期：2014-06-09

作者簡介：高霖（1984—），男，國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心審查員，主審領(lǐng)域自動控制、通信、圖像處理、物聯(lián)網(wǎng)等。通信方式：gaolin@sipo.gov.cn。

引 言

人體生物識別技術(shù)包括指紋、掌形、語音、面部和虹膜等識別技術(shù)。虹膜識別技術(shù)在人體生物特征識別技術(shù)中準(zhǔn)確度最高、防偽性最好，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。虹膜識別技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已從簡單的人眼靠近攝像頭采集虹膜逐漸發(fā)展為在一定距離范圍且運動中實時獲得虹膜識別結(jié)果的遠距離虹膜識別。為了使讀者對遠距離虹膜識別技術(shù)有所了解，下面將對遠距離虹膜識別概念的起源、具體定義和實現(xiàn)方式進行介紹。

一 遠距離虹膜識別概念的起源

人眼由鞏膜、虹膜、瞳孔三部分構(gòu)成。鞏膜為眼球外圍的白色部分；瞳孔為眼睛中心黑色的部分；虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，具有豐富的紋理信息，約占眼睛總面積的65%。從外觀上看，虹膜是一種在眼睛中瞳孔內(nèi)的織物狀的各色環(huán)狀物，每個人的虹膜都包含一個獨一無二的特征結(jié)構(gòu)，沒有哪兩個虹膜是完全相同的。

虹膜技術(shù)由于其功能多樣性，幾乎適用于任何需要加強安全、確保服務(wù)、消除欺詐或更便捷的身份認證應(yīng)用。

而虹膜識別的最大瓶頸在于虹膜圖像獲取的困難。由于虹膜圖像尺寸小，因而虹膜識別對于分辨率的要求非常高，即便使用昂貴的光學(xué)器材，虹膜攝像機最多只能拍攝到人臉大小的圖像，成像景深不超過10厘米。而且，虹膜圖像的獲取必須要求用戶積極配合才能完成。然而在1.5～3米或者更遠的距離，用戶幾乎不可能自己找到正確的位置。因此，如果解決了遠距離的虹膜識別問題，虹膜識別將會和人臉識別一樣方便[1]。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，高速的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，更為便捷的攜帶設(shè)備、接觸/非接觸式的虹膜采集設(shè)備以及相應(yīng)的電子密鑰都應(yīng)運而生。但是人們在享受科技快速發(fā)展與更為便利的生活的同時，也在承擔(dān)著極大的風(fēng)險。例如，與公民私有財產(chǎn)相關(guān)的電子商務(wù)交易的安全性，甚至直接與生命息息相關(guān)的公共安全保障檢測，如英國倫敦地鐵爆炸事件、美國9·11事件[2]和中國近年發(fā)生的火車站及市場內(nèi)的暴力恐怖事件等。所以，在人員密集區(qū)域和高交通流量的地點，如機場、安檢口等，提升安全和訪問控制的效率的需求已經(jīng)到了一個前所未有的高度，遠距離虹膜識別技術(shù)應(yīng)運而生。

二 由技術(shù)演變定義遠距離虹膜識別

遠距離虹膜識別，一般認為采集設(shè)備與人眼虹膜的距離應(yīng)達到1.5～3米，但是，不能簡單將遠距離虹膜識別理解為就是距離遠的虹膜識別。在考慮距離因素的同時，其他要考慮的因素還包括主動/被動（又稱配合/非配合式），靜態(tài)/動態(tài)。

表1中虹膜識別技術(shù)發(fā)展的七個階段，列出了虹膜識別技術(shù)的演變過程。最早期的虹膜識別采用貼近式的識別方式，由單一人眼主動去貼近采集設(shè)備的鏡頭，可以利用距離傳感器檢測人的距離，然后利用聲音或指示燈提示人前進或后退；或者利用鏡子或顯示器讓人看到自己的圖像從而自動調(diào)整位置。這就帶來了一個新的問題：用戶必須積極配合才能采集到合適的圖像，使用起來很不方便。這屬于近距離虹膜識別階段。要保證虹膜識別的實時性，遠距離虹膜識別在技術(shù)上還需要實現(xiàn)對非配合性的虹膜采集，人或眼在運動過程中，很多時候需要在人員不是主動去配合采集設(shè)備的情況下，甚至未察覺的情況下進行虹膜采集，這樣進行的都是非配合性虹膜采集[3]。從第二個階段開始，虹膜識別可以統(tǒng)一歸類于（中）遠距離虹膜識別。

在主動虹膜識別階段和主動遠距離虹膜識別階段，采用自動跟蹤或自動變焦的方法：通過人臉檢測的方法或者使用距離傳感器來確定人眼的位置；然后控制上下旋轉(zhuǎn)的云臺轉(zhuǎn)動虹膜攝像機去主動尋找人眼的位置，并自動變焦來捕捉人眼的圖像。這種方式能夠大大減少人的配合程度，然而往往系統(tǒng)復(fù)雜，速度慢，成本也較高。

在遠距離虹膜識別階段和被動移動中的虹膜識別階段，隨著距離的增加，技術(shù)逐漸由采集對象處于靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)展為采集對象處于運動狀態(tài)，但是這種運動必須在設(shè)備限定的路線范圍內(nèi)。也就是說，由于被動態(tài)的采集攝像頭是位置固定的，因此人們只能處于攝像頭采集范圍內(nèi)或者在設(shè)備限定的路線范圍內(nèi)運動，這對采集對象的要求較高。

主動移動中的虹膜識別階段是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重點階段，是真正集合了主動式、運動態(tài)和遠距離三方面因素的階段，采用這一階段的技術(shù)基本上能夠定義當(dāng)前最主流的遠距離虹膜識別，即不需要人的主動配合，使用云臺、面部定位識別攝像頭、大景深的虹膜采集攝像頭對在采集范圍內(nèi)一定路線上運動的單個識別對象進行身份驗證的虹膜識別技術(shù)。下面筆者將主要介紹該階段技術(shù)的實現(xiàn)方式。

表1中的最后一個階段——監(jiān)控中的虹膜識別階段，屬于遠距離虹膜識別范圍的延伸，它能夠從具有多個用戶且每個用戶都處于不同運動狀態(tài)的視頻圖像中，進行每個人的虹膜識別或者挑選出與待比對虹膜相同的人物。這一概念還只是處于設(shè)想階段，目前還沒有相適應(yīng)的技術(shù)或產(chǎn)品，屬于未來技術(shù)的發(fā)展方向。

三 遠距離虹膜識別技術(shù)的實現(xiàn)方式

遠距離虹膜識別最廣泛的應(yīng)用是在例如機場或火車站的安檢口、大型演出場所入口、企業(yè)或校園的安防中。IOM （iris on the move） 技術(shù)是當(dāng)前一種非常快速，方便和高吞吐率的遠距離虹膜識別安全解決方案。

IOM最早是由美國Sarnoff 公司研發(fā)出的一種遠距離虹膜識別技術(shù)，利用高像素攝像機組成的陣列在3米遠的距離拍攝虹膜圖像，當(dāng)人走過一個固定位置時，系統(tǒng)就可以抓拍下他的虹膜圖像并進行識別。系統(tǒng)擁有每分鐘處理30個人的速度， 使得它成為針對大量人群進行快速身份識別硬性要求的應(yīng)用場所的一種理想的解決方案，能有效解決人員堵塞以及基礎(chǔ)設(shè)施空間有限的相關(guān)難題。IOM的優(yōu)勢在于它是一種支座式生物識別系統(tǒng)，無須專業(yè)培訓(xùn)且系統(tǒng)不引人注目；同時具有每分鐘 30 人的高吞吐率和以毫秒速度采集虹膜信；還有靈活的設(shè)計，能對不同高度的對象起作用，也能通過眼鏡和隱形眼鏡采集虹膜信息；是一種“不可知”的平臺，能與絕大部分注冊設(shè)備、所有主要比對算法一起操作，也能作為一部分集成到一個大的安防系統(tǒng)中去。

IOM技術(shù)在今天的遠距離虹膜識別系統(tǒng)中，主要由一臺拍攝眼睛圖像的長焦距攝像頭、圖像采集卡、主控計算機、在主控計算機的控制下控制設(shè)置于其上長焦距鏡頭升降或左右旋轉(zhuǎn)的可控云臺、用于顯示采集的圖像的顯示設(shè)備、感測人體高度的高度傳感器和設(shè)置于識別通道的通道門前方兩側(cè)、為拍攝圖像提供光線的紅外光源組成。隨著光學(xué)圖像采集儀器的發(fā)展，遠距離虹膜識別技術(shù)剩下的需要解決的就是更簡單、更實時的識別算法了。

四 結(jié) 語

遠距離虹膜識別是虹膜識別技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。它的產(chǎn)生源于對社會安全需求的提升，并隨著技術(shù)的演變而不斷更新其定義，而不是一個簡單的距離增加的過程。從出現(xiàn)至今，遠距離虹膜識別技術(shù)已經(jīng)有了比較完備的系統(tǒng)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，對于保證社會公共安全起著至關(guān)重要的作用。

參考文獻

[1] 董文博，孫哲南，譚鐵牛. 基于雙目視覺和旋轉(zhuǎn)云臺的遠距離虹膜識別系統(tǒng)[J].科技導(dǎo)報，2010，28（5）：34-39.

[2] 董岳.遠距離非配合虹膜采集裝置關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[3] Matey J R.Iris on the Move： Acquisition ofImages for Iris Recognition inLess Constrained Environments[J].Proceedings of the IEEE，2006，11.