浅谈虹膜识别技术
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?淺談虹膜識別技術
?一、時代背景??
? ? ? ?在如今這個信息高速流通的時代，信息的傳播與交互已然變得急速與快捷。 通過互聯網，人們每天隨時隨地就可以收到世界各地的咨詢。在深深受惠于網絡的便利之后，現如今人們開始關注于自我私密信息的保護，因為沒有人希望自己的秘密被公布于天下。由于人們已經脫離保存實物檔案的時代，因此在大環境的驅使下，各類應用于現代電子產品上的私密保護措施應運而生。從初期的密碼鎖、圖案鎖，到后來的指紋鎖，再到現在的面部識別。隨著技術的不斷更新，保密級別也越來越高。而我在此就是想簡略的談論一下一種我認為可能是未來主流的電子設備隱私保護措施——虹膜識別技術。
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二、概述
? ? ? ? 虹膜識別是一種生物特征識別的自動化方法，它利用數學模式識別技術對人眼虹膜的一個或兩個虹膜的視頻圖像進行識別，其復雜的模式是獨特的、穩定的，并且可以從一定距離就可以識別到虹膜。（而視網膜掃描是一種不同的、基于眼睛的生物識別技術，它利用人視網膜血管上的獨特模式，常常與虹膜識別混淆。）
? ? ? ? 虹膜是一種在眼睛瞳孔內的織物狀各色環狀物，每一個虹膜都包含一個獨一無二的基于像冠、水晶體、細絲、斑點、結構、凹點、射線、皺紋和條紋等特征的結構，據稱，不存在兩個一樣的虹膜。
? ? ? ? 而虹膜識別技術就是利用微細近紅外照度的攝像機技術，獲取虹膜表面可見的細節豐富的、結構復雜的圖像。由數學和統計算法從這些模式編碼的數字模板中識別到底是某個人或者是偽裝成該個人的人。
? ? ? ? 注冊模板的數據庫由匹配器引擎以每秒每(單核)CPU數百萬個模板的速度搜索，錯誤匹配率非常低。為了方便起見，世界上幾個國家的幾億人注冊了虹膜識別系統，例如如免護照自動越境程序和一些國家的身份識別程序。虹膜識別的關鍵優點，除了匹配速度快和對錯誤匹配的極端抵抗力外，還在于虹膜作為一個內部受保護但外部可見的眼睛器官所擁有的穩定性。
? ? ? ? 在包括指紋識別在內的所有生物識別技術中，虹膜識別是現如今最方便和精確的一種。未來在安防、國防、電商等領域的應用中，虹膜識別技術必然會作為重點應用與發展。這種趨勢已經開始在全球各地的各種應用中逐漸顯現，因此虹膜識別技術的市場應用前景非常廣闊。
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三、原理及其背景
? ? ? ?虹膜識別技術主要通過紅外圖像獲取虹膜信息以用于識別。
? ? ? ? 所有公開部署的虹膜識別系統，在受到電磁波頻譜的近紅外波段(近紅外:700-900 nm)的光照射時，都能獲得虹膜的圖像。世界上大多數人都有“深褐色的眼睛”，這是人類最主要的表型，大眾波段下眼睛紋理不太明顯，但近紅外波段下眼睛看上去結構豐富。此外，使用近紅外光譜還可以阻擋來自明亮環境的角膜鏡面反射，從而只允許那些來自窄帶光源的近紅外波長進入虹膜相機。
? ? ? ? 虹膜黑色素，又稱色團，主要由兩個不同的非均質大分子組成，分別為真黑素(棕黑色)和褐黑素(黃紅色)，它們在近紅外光譜中較長的波長下的吸光度可以忽略不計。然而，在大眾光譜中波長較短的情況下，這些色素團會被激發并產生豐富的圖案。Hosseini等人對這兩種成像方式進行了比較。提出了一種新的大眾虹膜圖像特征提取編碼方法，為多模態生物識別系統提供了一種新的方法。
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四、識別過程
? ? ? ??虹膜識別就是通過對比分析虹膜圖像的不同特征與數據庫中儲存特征的相似程度來確定被識別者的身份。虹膜識別技術過程一般來說包含以下四個步驟：
1．虹膜圖像獲取
? ? ? ? 使用特定的攝像器材（主要是紅外）對人整個眼部進行拍攝，并將所得圖像傳輸給虹膜識別系統的圖像預處理軟件。
2．圖像預處理
? ? ? ? 對獲取到的虹膜圖像進行如下處理，使其滿足提取虹膜特征的需求。
? ? ? ? 虹膜定位：確定內圓、外圓和二次曲線在圖像中的位置。其中，內圓為虹膜與瞳孔的邊界，外圓為虹膜與鞏膜的邊界，二次曲線為虹膜與上下眼皮的邊界。
? ? ? ? 虹膜圖像歸一化：將圖像中的虹膜大小，調整到虹膜識別系統中設置的標準尺寸。
? ? ? ? 圖像增強：針對歸一化后的圖像，進行亮度、對比度和平滑度等處理，提高圖像中虹膜信息的識別率。
3．特征提取
? ? ? ?采用特定的算法從處理之后的圖像中提取出虹膜識別所需的不同特征點，然后對這些特征進行編碼。
4．特征匹配
? ? ? ?將特征提取得到的特征編碼與數據庫中的虹膜圖像特征編碼逐一匹配對比，然后通過分析相似程度來判斷是否為相同虹膜，最后輸出識別結果。
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五、優缺點
1.優點
? ? ?（1）虹膜是一個內部器官，被高度透明和敏感的眼角膜周全保護，因此很難受到損害和磨損。這就將其與指紋區分開來，后者在多年從事某些體力勞動后很難被識別。
? ? ?（2）虹膜大部分是扁平的，它的幾何形狀僅由兩塊支配瞳孔直徑的互補肌(括約肌和瞳孔擴張肌)控制，這就使虹膜的形狀比臉的形狀更容易檢測。
? ? ?（3）虹膜具有唯一性，就像在胚胎孕育過程中被隨機確定的指紋一樣，也是獨一無二的。然而，在這些虹膜和指紋的形成過程中，有很多因素會導致兩者的錯誤匹配幾率極低。即使是基因相同的個體(以及相同個體的左眼和右眼)也有完全獨立的虹膜紋理。
? ? ?（4）虹膜識別不需要物理接觸，在遠距離即可進行，因為虹膜掃描類似于拍照，可以在10厘米到幾米遠的范圍內進行，不需要被識別的人觸摸任何設備（不同于指紋識別）。而進行視網膜掃描,眼睛必須非常接近一個目鏡(如顯微鏡）以進行識別。
? ? ?（5）雖然有一些醫療和外科手術可以影響虹膜的顏色和整體形狀，但虹膜的精細結構在術后幾十年里仍然非常穩定。事實上，一些虹膜識別在術后30多年依舊成功。
? ? ?（6）虹膜識別在清晰的隱形眼鏡、眼鏡和非鏡像太陽鏡下仍然可以正常工作。
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2.缺點
? ? ?（1）許多商用虹膜掃描儀很容易被高質量的虹膜或人臉圖像所欺騙。
? ? ?（2）掃描儀通常很難調整，而且對于不同身高的一群人，連續使用會變得相當麻煩。
? ? ?（3）虹膜識別的精度會受到光線變化的影響。
? ? ?（4）虹膜掃描儀比其他生物識別技術、密碼等安全系統要昂貴得多。
? ? ?（5）虹膜識別很難在超過幾米的距離上進行。
? ? ?（6）與其他攝影生物識別技術一樣，虹膜識別容易受到圖像質量差的影響，導致識別正確率下降。
? ? ?（7）某些專業人士可以利用數據庫內儲存的虹膜數字編碼生成圖像來欺騙虹膜掃描儀。而罪犯可以利用這個漏洞盜取他人的身份。
? ? ?（8）白內障可以改變虹膜紋理，使虹膜識別不再可行，或增加被誤拒絕的概率。
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六、應用
? ? ? ? 從2001年起，在荷蘭阿姆斯特丹史基浦機場，虹膜識別系統通過Privium計劃，允許快速、免護照的邊境安全通行。
? ? ? ? IrisGuard公司首次在虹膜自動取款機上取款。
? ? ? ? 約旦哈希姆王國——2009年，IrisGuard在開羅安曼銀行(Cairo Amman Bank)部署了世界上第一臺可操作的虹膜自動柜員機(ATM)。
? ? ? ? 2011年開始，谷歌就使用虹膜掃描儀來控制對數據中心的訪問。
? ? ? ? 2015年5月28日，富士通發布首款虹膜掃描智能手機ARROWS NX F-04G。
? ? ? ? 2015年年中，肯尼亞教育科學技術部為了給所有上課(點名)或校車(上下車)的學生提供準確的出勤跟蹤，使用了虹膜生物識別系統。
? ? ? ? 2015年底，微軟推出了兩款Lumia手機(Lumia 950和Lumia 950 XL)，采用虹膜掃描來驗證用戶身份。
? ? ? ? 2018年3月，世界糧食計劃署(WFP)首次在烏干達的糧食分配系統中部署虹膜識別系統。
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七、總結
? ? ? ??盡管虹膜識別技術現在還不成熟，并且存在著自己的缺陷，但它仍是當前安全性僅次于DNA的生物特征識別技術，而其識別速率卻要遠遠強于DNA識別。虹膜識別的缺點并不是不能克服，只要相關技術得以發展與成熟，就可以解決它的大部分缺陷。退一步來說，即使現在將它應用于某些特定的設備上，它也足夠安全與快捷。只需加以發展，虹膜識別必將發揮出它所擁有的的巨大作用，成為安全保衛，隱私保護行業極其重要的一環。
總結
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