虹膜識別技術(虹膜識別（虹膜識別）):概述,識別過程,優缺點,優點,缺點,發展歷程

虹膜識別技術是基於眼睛中的虹膜進行身份識別，套用於安防設備（如門禁等），以及有高度保密需求的場所。

人的眼睛結構由鞏膜、虹膜、瞳孔、晶狀體、視網膜等部分組成。虹膜是位於黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環狀部分，其包含有很多相互交錯的斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等的細節特徵。而且虹膜在胎兒發育階段形成後，在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特徵決定了虹膜特徵的唯一性，同時也決定了身份識別的唯一性。因此，可以將眼睛的虹膜特徵作為每個人的身份識別對象。

基本介紹

中文名：虹膜識別技術
外文名：Iris recognition technology
類屬：人體生物識別技術的一種
組成：鞏膜、虹膜、瞳孔
細節特徵：斑點、細絲、冠狀、條紋

概述,識別過程,優缺點,優點,缺點,發展歷程,套用案例,國外套用,國內套用,管理規定,

概述

虹膜識別技術是人體生物識別技術的一種。

人眼睛的外觀圖由鞏膜、虹膜、瞳孔三部分構成。鞏膜即眼球外圍的白色部分，約占總面積的30%；眼睛中心為瞳孔部分，約占5%；虹膜位於鞏膜和瞳孔之間，包含了最豐富的紋理信息，占據65%。外觀上看，由許多腺窩、皺褶、色素斑等構成，是人體中最獨特的結構之一。虹膜的形成由遺傳基因決定，人體基因表達決定了虹膜的形態、生理、顏色和總的外觀。人發育到八個月左右，虹膜就基本上發育到了足夠尺寸，進入了相對穩定的時期。除非極少見的反常狀況、身體或精神上大的創傷才可能造成虹膜外觀上的改變外，虹膜形貌可以保持數十年沒有多少變化。另一方面，虹膜是外部可見的，但同時又屬於內部組織，位於角膜後面。要改變虹膜外觀，需要非常精細的外科手術，而且要冒著視力損傷的危險。虹膜的高度獨特性、穩定性及不可更改的特點，是虹膜可用作身份鑑別的物質基礎。

在包括指紋在內的所有生物識別技術中，虹膜識別是當前套用最為方便和精確的一種。虹膜識別技術被廣泛認為是二十一世紀最具有發展前途的生物認證技術，未來的安防、國防、電子商務等多種領域的套用，也必然的會以虹膜識別技術為重點。這種趨勢已經在全球各地的各種套用中逐漸開始顯現出來，市場套用前景非常廣闊。

虹膜識別研究機構主要有美國的Iridian，Iriteck，韓國的Jiris公司、北京中科虹霸、北京虹安翔宇，日本松下。Iridian公司掌握虹膜識別核心算法，是全球最大的專業虹膜識別技術和產品提供商，它和LG、松下、OKI、NEC等企業進行合作（如IRISPASS&reg，BM-ET300，IG-H100&reg 等產品），以授權方式提供虹膜識別核心算法，支持合作夥伴生產虹膜識別系統。Iridian 的核心技術還包括圖像處理協定和數據標準PrivateID&reg，識別伺服器KnoWho&reg，KnoWho&reg 開發工具及虹膜識別攝像頭等。

虹膜識別技術

虹膜是一種在眼睛中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於像冠、水晶體、細絲、斑點、結構、凹點、射線、皺紋和條紋等特徵的結構，據稱，沒有任何兩個虹膜是一樣的。

識別過程

虹膜識別就是通過對比虹膜圖像特徵之間的相似性來確定人們的身份。虹膜識別技術的過程一般來說包含如下四個步驟：

1．虹膜圖像獲取

使用特定的攝像器材對人的整個眼部進行拍攝，並將拍攝到的圖像傳輸給虹膜識別系統的圖像預處理軟體。

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徵的需求。

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，調整到識別系統設定的固定尺寸。

圖像增強：針對歸一化後的圖像，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．特徵提取

採用特定的算法從虹膜圖像中提取出虹膜識別所需的特徵點，並對其進行編碼。

4．特徵匹配

將特徵提取得到的特徵編碼與資料庫中的虹膜圖像特徵編碼逐一匹配，判斷是否為相同虹膜，從而達到身份識別的目的。

優缺點

優點

1．便於用戶使用；

2．可能會是最可靠的生物識別技術；

3．不需物理的接觸；

4．可靠性高。

快捷方便：擁有本系統，不需要攜帶任何證件，就能實現門控，可單向亦可雙向；既可以被授權控制一扇門，也可以控制開啟多扇門；

授權靈活：本系統根據管理的需要，可任意調整用戶許可權，隨時了解用戶動態，包括客戶身份、操作地點、功能及時間次序等，實現實時智慧型管理；

無法複製：本系統以虹膜信息為密碼，不可複製；且每一次活動，都可自動記錄，便於追溯、查詢，非法情況則自動報警；

配置靈活多樣：使用人和管理者可根據自身喜好、需要或場合的不同，設定不同的安裝及運行方式。比如在大堂等公共場所，可以只採用輸入密碼的方式，但在重要場合，則禁止使用密碼，只採用虹膜識別方式，當然也可以兩種方式同時使用；

投入少、免維護：裝配本系統可以保留原來的鎖，但其機械運動件減少，且運動幅度小，門栓的壽命更長；系統免維護，並可隨時擴充、升級，無須重新購置設備。長遠來看，效益顯著，並可使管理檔次大大的提高。

套用行業廣泛：廣泛套用於煤礦、銀行、監獄、門禁、社保、醫療等多種行業；

缺點

1．很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；

2．設備造價高，無法大範圍推廣；

3．鏡頭可能產生圖像畸變而使可靠性降低；

4．兩大模組：硬體和軟體；

5．一個自動虹膜識別系統包含硬體和軟體兩大模組：虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應於圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。

發展歷程

追溯至19世紀80年代。1885年，ALPHONSEBERTILLON將利用生物特徵識別個體的思路套用在巴黎的刑事監獄中，當時所用的生物特徵包括：耳朵的大小、腳的長度、虹膜等。

1987年，眼科專家ARAN SAFIR和LEONARDFLOM首次提出利用虹膜圖像進行自動虹膜識別的概念，到1991年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的JOHNSON實現了一個自動虹膜識別系統。

1993年，JOHNDAUGMAN實現了一個高性能的自動虹膜識別原型系統。今天，大部分的自動虹膜識別系統使用DAUGMAN核心算法。

中科院自動化所譚鐵牛院士團隊從1998年起開始在國內開展虹膜識別的研究，在虹膜圖像獲取、虹膜區域分割、虹膜特徵表達、虹膜圖像分類等一系列關鍵問題上取得重要進展，系統發展了虹膜識別的計算理論和技術方法，具有完整自主智慧財產權的虹膜設備和識別系統。

國內在2000年以前在虹膜識別方面一直沒有自己的核心智慧財產權，經過10年的不斷努力，截止2013年，國內以形成北京為主虹膜研發生產聚集地，在多年研究的基礎上也均開發出了各自虹膜識別的核心算法，成為了世界上少數幾家掌握了虹膜識別核心算法的單位之一，通過在礦山苛刻的環境下使用，證明了中國的虹膜產品不管是在識別速度、設備穩定、解決礦工黑臉問題上，都遠勝國外虹膜產品。

作為中國首個開始虹膜識別機理研究的研究基地，中科院自動化所模式識別國家重點實驗室研究的具有自主智慧財產權的虹膜識別活體檢測技術不僅填補了中國活體虹膜識別技術在國際領域的空白，而且可以和世界主流的算法相媲美。2005年，實驗室的虹膜識別科研成果榮獲“國家科學技術發明二等獎”。2006年9月，模式識別國家重點實驗室作為中國虹膜識別技術的權威，參加了由國際生物識別組織舉辦的生物識別技術測評（2006 Biometric Consortium Conference and 2006 Biometrics Technology experiment）, 其虹膜識別算法的速度和精度得到了國際同行的認可。此外，模式識別國家重點實驗室的虹膜圖像資料庫已成為國際上最大規模的虹膜共享庫。已有70個國家和地區中的2000多個研究機構申請使用，其中國外單位1500多個。

2020年，蘋果公司 iOS系統的更新版將推出一個重要功能，就是“戴口罩也可使用Face ID”。對此，國內有科技廠商也表示，虹膜識別可作為替代方案，實現戴著口罩能解鎖手機。

虹膜是位於眼睛黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環狀部分，總體上呈現一種由里到外的放射狀結構，由相當複雜的纖維組織構成，包含有很多相互交錯的類似於斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等細節特徵，這些特徵在出生之前就以隨機組合的方式確定下來了，一旦形成終生不變。虹膜識別的準確性是各種生物識別中最高的。

·採集

從直徑11mm的虹膜上，Dr.Daugman的算法用3.4個位元組的數據來代表每平方毫米的虹膜信息，這樣，一個虹膜約有266個量化特徵點，而一般的生物識別技術只有13個到60個特徵點。266個量化特徵點的虹膜識別算法在眾多虹膜識別技術資料中都有講述，在算法和人類眼部特徵允許的情況下，Dr. Daugman指出，通過他的算法可獲得173個二進制自由度的獨立特徵點。在生物識別技術中，這個特徵點的數量是相當大的。

·算法：

第一步是通過一個距離眼睛3英寸的精密相機來確定虹膜的位置。當相機對準眼睛後，算法逐漸將焦距對準虹膜左右兩側，確定虹膜的外沿，這種水平方法受到了眼瞼的阻礙。算法同時將焦距對準虹膜的內沿（即瞳孔）並排除眼液和細微組織的影響。單色相機利用可見光和紅外線，紅外線定位在700-900mm的範圍內（這是IR技術的低限，美國眼科學會在他們對macularcysts研究中使用同樣的範圍。）在虹膜的上方，算法通過二維Gabor子波的方法來細分和重組虹膜圖象，第一個細分的部分被稱為phasor，要理解二維gabor子波的原理需要很深的數學知識。

·精確度：

虹膜識別技術是精確度最高的生物識別技術，具體描述如下：兩個不同的虹膜信息有75%匹配信息的可能性是1:106等錯率：1:1200000兩個不同的虹膜產生相同虹膜代碼的可能性是1:1052。

·錄入和識別：

虹膜的定位可在1秒鐘之內完成，產生虹膜代碼的時間也僅需1秒的時間，資料庫的檢索時間也相當快。處理器速度是大規模檢索的一個瓶頸，另外網路和硬件設備的性能也制約著檢索的速度。由於虹膜識別技術採用的是單色成像技術，因此一些圖像很難把它從瞳孔的圖像中分離出來。但是虹膜識別技術所採用的算法允許圖像質量在某種程度上有所變化。相同的虹膜所產生的虹膜代碼也有25%的變化，這聽起來好像是這一技術的致命弱點，但在識別過程中，這種虹膜代碼的變化只占整個虹膜代碼的10%，它所占代碼的比例是相當小的。

套用案例

國外套用

美國新澤西州甘迺迪國際機場和紐約奧爾巴尼國際機場均安裝了虹膜識別儀，用於工作人員安檢，只有通過虹膜識別系統的檢測才能進入例如停機坪和行李提取處等受限制場所。德國柏林的法蘭克福機場、荷蘭史基浦機場以及日本成田機場也安裝了虹膜出入境管理系統，套用於乘客通關。

2006年1月30日，美國新澤西州的學校在校園裡面安裝了虹膜識別的裝置進行安全控制，學校的學生以及員工都不再使用任何形式的卡片與證件，只要他們在虹膜攝像頭之前經過，他們的位置，身份便被系統識別出來，所有外來的人員都必須進行虹膜資料的登錄才能進入到校園中。同時，通過中央登錄與許可權控制系統對進入這個活動範圍進行控制。系統安裝以後，校園內的各種違反校規以及侵犯、犯罪活動大大減少，極大的減輕了校園管理難度。

在阿富汗，聯合國（UN）與美國聯邦難民署the United Nations refugee agency（UNHCR）使用虹膜識別系統鑑定難民的身份，以防止同一個難民多次領取救濟品。同樣的系統在巴基斯坦與阿富汗的難民營中使用。總共有超過200萬的難民使用了虹膜識別系統，這套系統對於聯合國供品的分配人道主義援助物資起到了很關鍵的作用。

阿聯自2002年10月開始對被驅逐出境的外國人進行虹膜註冊，通過在機場以及一些邊境檢查中使用虹膜識別系統，來阻止所有被阿聯所驅逐的外國人再次進入阿聯。該系統不僅能防止被驅逐者再次入境，還能防止正在阿聯接受司法檢查的人員偽造證件擅自出境逃脫法律制裁。

2002年11月，德國巴伐利亞Bad Reichenhall市的市醫院的嬰兒房安裝了虹膜識別系統來確保嬰兒的安全。這是虹膜識別技術首次套用在嬰兒保護方面。這套安全系統只允許嬰兒的母親、護士或者醫生進入。一旦嬰兒出院，其母親的虹膜代碼數據就被從系統中刪除，而不再允許進入。

華盛頓，pennsyvania和阿拉巴馬這三個城市的醫療保健體系是基於虹膜識別系統。該系統保證了病人醫療記錄不會在未授權的情況下被人看到。HIPPA採用了類似的系統來保證個人信息隱私以及安全。

2004年，位於波士頓的隸屬於金普頓酒店集團的Nine Zero 酒店中的Cloud Nine penthouse 套房和員工通道安裝了LG IrisAccess 3000虹膜識別儀。

位於曼哈頓的Equinox Fitness 俱樂部的體育館中套用了虹膜識別系統，用於俱樂部的VIP會員進入配備全新設備和最好教練的專用區域。

美國Iriscan研製出的虹膜識別系統已經套用在美國德克薩斯州聯合銀行的營業部，儲戶辦理銀行業務，只要攝像機對用戶的眼睛進行掃描就可以對用戶的身份進行檢驗。

我國的第二代身份證就為虹膜、指紋等生物特徵識別預留了空間。早在2004年4月10日，國際民用航空組織（ICAO）已經要求 188 個成員國將含有持證人信息、虹膜、指紋等特定生物信息的IC晶片嵌入電子護照。

由於恐怖攻擊的存在，安全防範一直以來都是歷屆奧運會關注的焦點，虹膜識別技術也以其獨有的優點正越來越多地被套用在奧運安防中。例如，在1998年日本長野冬季奧運會中，虹膜識別系統被套用在運動員和政府官員進入奧運村的控制，並使用虹膜識別技術對射擊項目的槍枝進行安全管理。2004年雅典奧運會中，雅典奧組委啟用了包括虹膜識別在內的生物特徵識別身份鑑別系統，通過人臉、眼睛、指紋等身體器官及聲音、步態、筆跡等肢體行為的全套生物特徵識別技術來確認一個人的身份，對所有進出機場、海關、火車站、奧運場館的人通過攝像機自動識別。