大热的虹膜识别系统的硬件设计与实现，系统方案、软件流程、算法设计

摘要：

生物识别技术是近年来兴起的身份识别技术，由于它利用了人体的某些具有终生不变性与唯一性的特征，使得这种技术不但具有极高的可靠性，而且操作方便快捷。在各种基于生物特征的身份识别技术中，红魔不但具有类似质问的独一无二的个人特征；而且，虹膜是身体中的公开的部位，易于通过机器视觉进行远程检查，所以它是一种非侵犯性的生物识别技术，因此，基于虹膜的身份识别系统是规模前国内外发展很快的一个研究热点。

本文介绍了以在xilinx公司的spartan3e芯片为核心的开发板上实现虹膜身份识别系统。

本文对虹膜识别系统的图像获取、虹膜定位、虹膜图像的特征提取、建立虹膜特征数据库、分类器的设计及图像之间的匹配进行了讨论，然后给出了识别结果。

首先，根据画面图像灰度分布规律性并利用sobel算子进行边缘检测，然后用Hough进行内部边缘定位；用基于2D-Gabor滤波器提取虹膜纹理的相位信息；在分类器设计时采用了比较不同虹膜编码之间的Hamming距离方法，该方法只需进行异或运算，从而达到了很高的匹配速度。

1 绪论

1.1 虹膜识别技术的主要特点

虹膜身份识别是一种新型的生物识别技术。利用虹膜作为身份识别的依据，具有以下的优点：

高独特性：虹膜的独特性最早由解剖学家F.H.Adler在1965年提出。虹膜的组织结构由前到后可分为四层，即前表面层、基质与瞳孔括约肌、前上皮与瞳孔扩大肌、后色素上皮。这四层结构中的纤维细胞、胶原结缔组织框架网、血管等使虹膜具有丰富的纹理信息，也造成每个人的虹膜各不相同。据宣称，没有任何两个虹膜是一样的，任意两个虹膜纹理相同的概率小于10～35，即使双胞胎其虹膜也是不一样的。这就为虹膜身份鉴别提供了最基本的物质基础。由于虹膜的纹理信息要远高于指纹的纹理细节信息，虹膜模式具有266个可测特征，远多于其他的技术，理论上虹膜身份识别达到较指纹识别、人脸识别、指形式别等更高的准确度。

高温定型：虹膜作为人体器官并不是直接暴露于外，它受到眼皮、角膜的保护，外界物质不易侵入眼内对其造成伤害。而且虹膜总是受到体内液体的润滑，很少发生病变。这样吧、避免了指纹、掌纹识别等易因外伤引起个人特征变化的问题。另外，虹膜在1岁左右就已发育完成，随着人的生长发育虹膜细节基本不会改变，也就是说虹膜在人的一生中是相当稳定的。

天然的防伪性：虹膜的自然生理特性为虹膜识别系统提供了鉴别伪造虹膜提供了依据。首先，虹膜中部的瞳孔具有不稳定性，它会因肌纤维震颤而不停变化。其次，瞳孔会因光线的变化而引起非常明显的收缩或舒张。通过对瞳孔大小的检测（虹膜内边缘定位）就可较容易地分辨虹膜的真伪。而目前应用较广泛的指纹识别的防伪性较差，易被伪造，据报道，橡胶指纹套有60%通过识别。

无侵犯性：虹膜身份识别的过程中只需用户位于设备之前而无需物理的接触，不会因为受伤而改变，指纹则容易因受伤而改变，便于用户使用。而指纹识别、指形识别等需要待检测者与传感器相接触，会带来不舒适感。

目前，虽然指纹是比较流行的生物识别方式，但是虹膜的发展前景明显比指纹光明。首先，虹膜技术的识别精度高，即使同一个人左右两眼虹膜也有差别，相较而言指纹识别更容易出错；其次，指纹容易受磨损、划伤等外部因素的干扰；而一个人的虹膜2岁后就基本稳定不变了。除非有白内障等眼疾发作；再次，指纹需要接触，对人的侵犯性较强，而虹膜只需要看一下摄像机就能提取，不会伤害到眼睛。

1.2 虹膜识别系统的应用现状

目前虹膜身份识别技术已开始走向商业领域，如Oki电器工业公司和日本赛马协会联合研制的赛马虹膜身份识别系统；Siemens Nixdorf公司有着手试图将虹膜身份识别技术集成在他们的自动取款机上。特别是受9.11时间的影响，美国境内的两大机场——纽约肯尼迪机场和波士顿罗根机场开始使用一种新的虹膜扫描识别系统，主要用于机场内部要害屈居。在国内因为密码被盗而引起的损失比较严重，如果虹膜授粉识别技术能成功被广泛应用，将会对各界都有正面的影响。虹膜识别系统，可以应用在许多的领域，特别是对于安全度要求较高的场所。例如：

(1).金库管理系统

(2).金融管理

(3).罪犯或嫌疑人的识别与管理

(4).机场检票系统

因此虹膜身份识别技术具有广泛的应用前景，有着重要的学术价值和实际意义。

2 系统指标

(1)识别准确率指标：

错误拒绝率10^-2

错误接收率10^-2；

(2)识别时间指标：

虹膜图像采集时间0.1s;

虹膜图像编码时间1.0s;

图像数据库检索时间0.5s;

虹膜识别判决时间0.1s.

(3)虹膜采集器指标：

CMOS成像器件分辨