虹膜防伪识别原理及其挑战

（一）虹膜生理结构及特征

从外观看，眼睛包括眼睑、睫毛、虹膜、瞳孔和巩膜，其中虹膜是位于黑色瞳孔区域和白色巩膜区域之间的环形区域，如图6-3-1所示。

虹膜是一种织物状各色环状物，近红外光（一般为700～900纳米）的照射下，会呈现出很多类似斑点、条纹、隐窝的细微结构，这些相互交错的结构便构成了虹膜丰富的纹理信息。

图6-3-1　人眼平面图

每个人的虹膜纹理都有显著差异，而且虹膜的生理结构很稳定。临床医学的观察说明，在进入成年期以后，虹膜的结构将保持稳定。另外，虽然由于虹膜的整体形态是由基因决定的，但是它的许多细节纹理的形成却受众多环境因素的影响（如在胚胎时期的状况）。因此，几乎不可能通过自然的手段复制虹膜。并且眼睛为人体中最为敏感的部位，想通过手术修改虹膜结构其难度、危险性都极大。

虹膜特殊、复杂的生理特性，使虹膜具有稳定性、非侵犯性、唯一性、防伪性和极坐标性等特点，所以十分利于进行身份识别。

（1）稳定性：人类出生后一年虹膜特征就基本稳定，而且不会随着年龄的增长而发生变化，环境因素的影响也基本上没有，只会受到破坏性疾病和伤害的影响，而人类对于眼睛的保护是非常谨慎的，这使其纹理特征不易被外界破坏。

（2）非侵犯性：虹膜是外部可见的，勿需接触，可以在一定距离内获取虹膜图像，可以避免疾病传播，容易被人接受。

（3）唯一性：不同人的虹膜纹理图像具有高度的不重复性，即使同一个人的左右眼，其虹膜纹理也不同。

（4）高精度：据统计，两个不同的虹膜产生相同虹膜代码的可能性是1∶1 052，这要比其他的生物特征的精确度高几个甚至几十个数量级。

（5）防伪性：不可能在对视觉无严重影响的情况下用外科手术改变虹膜特征，更不可能将一个人的虹膜组织特征改变得与某个特定对象的特征相同，用照片、录像、尸体的虹膜代替活体的虹膜图像都可被检验出来。与指纹图像的活、死体不变性相比，具有不可比拟的优势。(www.xing528.com)

（二）虹膜防伪识别原理

虹膜识别是一个典型的计算机视觉和模式识别的问题，通过对采集到的虹膜图像进行分析、处理、编码和比对来实现身份的认证和识别。虹膜识别的主要步骤如图6-3-2所示。

图6-3-2　虹膜识别主要步骤

虹膜图像的采集系统是整个识别系统最关键的部分之一，要解决两个问题，即虹膜的“对准”和“对焦”，这也是目前限制虹膜识别技术应用的主要问题。

虹膜图像的采集系统主要元件是摄像头。该模块直接影响使用者的眼睛，而且虹膜几何尺寸相对较小，要在尽可能少的要求使用者合作的情况下，获得足够清晰的高质量的图像，对硬件设计就有了很多要求，主要有以下几点。

（1）虹膜直径比较小，要使获得的虹膜图像足够清晰、分辨率高、有挑战性。

（2）图像摄取装置的照明，光照强度要适中，不能让使用者感到不舒服或者刺眼，光源强度和人眼所能承受的光强度之间的比例要适当。

（3）对使用者的限制不能太多，理想的状况是：只要使用者向摄像装置瞪大眼睛看一下就可以。

（4）为保证识别系统的非侵犯性，不能刺激使用者的眼睛，以及不能要求使用者与装置有直接物理接触。

（5）尽量克服获取图像过程中的人为因素，比如反光点、人的视力，以及人眼活动引起的图像模糊等。