基于權值相位差的虹膜匹配方法
【專利摘要】基于權值相位差的虹膜匹配方法，首先對定位好的虹膜圖像重新采樣，其次對其進行歸一化處理，得到矩形虹膜圖像，然后利用頻域變換處理矩形虹膜圖像，最后采用新的虹膜匹配方法利用全部相位信息和部分振幅信息來進行虹膜的匹配。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明提出的基于權值相位差的方法通過突出虹膜密集區(qū)域，有效突出虹膜紋理低頻信息部分，提高了虹膜匹配速度和準確率；同時本發(fā)明提供的方法更新穎、過程容易實施，實用性強、穩(wěn)定性高。
【專利說明】
基于權值相位差的虹膜匹配方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及生物識別技術領域，具體地說是基于權值相位差的虹膜匹配方法。
【背景技術】
[0002] 生物識別技術主要是指通過人類生物特征進行身份認證的一種技術，能夠方便和 精準的鑒定個人身份，人類生物特征通常具有可測量性、唯一性、遺傳性和不變性等特點， 因此生物識別技術較傳統(tǒng)識別技術存在較大的優(yōu)勢。常用的生物識別技術有:指紋識別、臉 像識別、視網(wǎng)膜識別、虹膜識別等。指紋識別由于指紋自身容易受損而具有局限性;臉像識 別對雙胞胎無法進行準確識別，并且隨著整容技術的發(fā)展，臉像識別也無法區(qū)分整容后非 常相似的人臉圖像，因此識別防偽性不高;視網(wǎng)膜識別盡管具有相當高的準確性，但是在識 別過程中需要用激光對視網(wǎng)膜進行掃描，對人體具有一定危害性，所W視網(wǎng)膜識別不易被 人們所接受;虹膜是位于白色鞏膜和黑色瞳孔之間的環(huán)狀組織，作為人眼的可視結構之一， 從外觀上看，由許多色素斑、皺權、腺窩等構成，是人體最獨特的結構之一，具有唯一性、高 穩(wěn)定性、可接受性、防偽性、易采集性和非侵犯性等優(yōu)點，因此虹膜識別技術被認為是二十 一世紀最具發(fā)展前途的生物識別技術之一。
[0003] 目前虹膜識別技術已經(jīng)廣泛應用到許多行業(yè)的個人識別系統(tǒng)中，例如銀行、機場、 監(jiān)獄、學校等。谷歌數(shù)據(jù)中屯、用虹膜ID來保護數(shù)據(jù);美國新澤西州肯尼迪國際機場和紐約奧 爾己尼國際機場均安裝了虹膜識別儀，用于工作人員安檢;德國柏林的法蘭克福機場、荷蘭 史基浦機場W及日本成田機場也安裝了虹膜出入境管理系統(tǒng)，應用于乘客通關。
[0004] 虹膜匹配是虹膜識別過程中至關重要的一步，其準確率直接影響到整個虹膜識別 過程的準確率。匹配主要是度量兩個虹膜圖像的相似程度，根據(jù)相似程度的大小來確定二 者是否來自同一個虹膜。匹配的結果可W是一個矢量或者標量，也可W是一條曲線。評估是 指通過大量的實驗，再利用統(tǒng)計分析的方法找到合適的闊值來判斷兩個虹膜圖像是否來自 同一個虹膜。國內(nèi)外研究者對于虹膜識別過程中的核屯、模塊之一-匹配方法的研究一直在 持續(xù)進行，該研究具有潛在的商業(yè)價值且仍有較大提高的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供基于權值相位差的虹膜匹配方法，相比于傳統(tǒng) 虹膜識別方法簡潔高效，具有很高的實用、可行性和有效性，且匹配速度較快。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是:基于權值相位差的虹膜匹配方 法，包括W下步驟： 步驟一、獲得準確定位的虹膜圖像:包括虹膜的有效部分B和虹膜環(huán)被眼險等干擾遮擋 的部分A; 步驟二、利用插值采樣方法對定位好的虹膜圖像重新采樣：W虹膜的內(nèi)輪廓為參考，從 水平向右方向開始W相同的角度間隔選取一定數(shù)量的徑向方向，然后分別在運些徑向方向 均勻的W相等的像素間隔在虹膜環(huán)上進行采樣;對于需要去除的采樣點即虹膜環(huán)被眼險等 干擾遮擋的部分A，采用紋胃愛值進行填充，沒苯按髮值的計算過程如公式(I)所示：
(1)， 其中虹膜的有效部分，是公的所有采樣點的像素總和，凝嫉雑腳據(jù)是公部分 采樣點的數(shù)量總和，為像素的平均值； 步驟=、對重新采樣的采樣點進行歸一化處理:從水平向右徑向方向開始，沿著逆時針 方向將采樣點不斷往右排列，調(diào)整得到矩形虹膜條，稱為bar,該虹膜條包含原始虹膜圖像 的紋理信息； 步驟四、對步驟=得到的虹膜條進行頻域變換處理：用二維離散傅里葉變換將虹膜條 從圖像空間變換到頻率空間，變換公式為：
(2)， 其中m和n分別是虹膜條的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目，本賽妒|馬穩(wěn)是頻域空間的圖像表 示方法，f(x，y)是空間域的圖像表示方法； 經(jīng)過變換得到的虹膜圖像的頻譜圖再用SHIFT函數(shù)進行處理，將零頻率成分移到頻譜 圖的中屯、位置，變換公式為：
(3); 步驟五、匹配計算:通過計算經(jīng)步驟四處理過的兩個虹膜條barl和bar2的權值相位差 W化:值來度量兩bar的相似性，r化前計算公式為：
巧）， (6)， 其中，m和n分別是虹膜余的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目；如巧日始7分別是barl的相位和 振幅矩陣，如巧日AaJ汾別是bar2的相位和振幅矩陣；礦I刊是權重函數(shù)，其默認值為1;如a是 兩個bar的相位差；0PC是兩個bar的權值相位差，為一個單一的數(shù)值； 步驟六、匹配結果分析與評估:經(jīng)過測試大量來自相同虹膜的圖像和來自不同虹膜的 圖像，統(tǒng)計分析找到最合適的闊值;如果計算得到的兩個bar的ZfPC值比闊值小，則兩個bar 來自相同虹膜;反之，則來自不同虹膜。
[0007] 所述巧'(、刊的取值為： (7)。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提出的基于權值相位差的方法通過突出虹膜密集區(qū) 域，有效突出虹膜紋理低頻信息部分，提高了虹膜匹配速度和準確率;同時本發(fā)明提供的方 法更新穎、過程容易實施，實用性強、穩(wěn)定性高，為虹膜識別核屯、匹配方法的研究提供了一 個新的方法和參考。
【附圖說明】
[0009] 圖1為虹膜識別流程圖； 圖2為定位和分割好的虹膜圖像； 圖3為重新采樣的虹膜圖像； 圖4為對重新采樣的虹膜圖像進行歸一化處理的過程； 圖5為對重新采樣的虹膜圖像進行歸一化后的虹膜條；
圖6為職打)默認為1時r化植分布圖； 圖7為心(.$'}取值戈 計r化植分布圖； 圖8為;巧^)取默切 /CRR的關系曲線圖； 圖9為深!緝?nèi)≈蹈?計闊值和FAR/FRR/CRR的關系曲線圖。
[0010] 圖中標記:A、虹膜環(huán)被眼險等干擾遮擋部分，B、實驗需要獲得的虹膜的有效部分， C、瞳孔部分。
【具體實施方式】
[0011] 基于權值相位差的虹膜匹配方法，包括W下步驟： 步驟一、獲得準確定位的虹膜圖像:包括虹膜的有效部分B和虹膜環(huán)被眼險等干擾遮擋 的部分A; 步驟二、利用插值采樣方法對定位好的虹膜圖像重新采樣：W虹膜的內(nèi)輪廓為參考，從 水平向右方向開始W相同的角度間隔選取一定數(shù)量的徑向方向，然后分別在運些徑向方向 均勻的W相等的像素間隔在虹膜環(huán)上進行采樣;對于需要去除的采樣點即虹膜環(huán)被眼險等 干擾遮擋的部分A，采用揀和沒寒值進行填充，錄節(jié)探餐值的計算過程如公式(1)所示：
(1)， 其中虹膜的有效部分，S沒是公的所有采樣點的像素總和，翁徽Iw強織m繫是公部分 采樣點的數(shù)量總和，av&g為像素的平均值； 步驟=、對重新采樣的采樣點進行歸一化處理:從水平向右徑向方向開始，沿著逆時針 方向將采樣點不斷往右排列，調(diào)整得到矩形虹膜條，稱為bar,該虹膜條包含原始虹膜圖像 的紋理信息； 步驟四、對步驟=得到的虹膜條進行頻域變換處理：用二維離散傅里葉變換將虹膜條 從圖像空間變換到頻率空間，變換公式為：
(2)， 其中m和n分別是虹膜條的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目，京i錢接0是頻域空間的圖像表 示方法，f(x，y)是空間域的圖像表示方法； 經(jīng)過變換得到的虹膜圖像的頻譜圖再用甜IFT函數(shù)進行處理，將零頻率成分移到頻譜 圖的中屯、位置，變換公式為：
(3); 步驟五、匹配計算:通過計算經(jīng)步驟四處理過的兩個虹膜條barl和bar2的權值相位差 W化:值來度量兩bar的相似性，r化前計算公式為：
(5) , (6) ， 其中，扭和/3分別是虹膜條的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目；如巧日始7分別是barl的相位和 振幅矩陣，如巧日AaJ汾別是bar2的相位和振幅矩陣；fny)是權重函數(shù)，其默認值為1;如a是 兩個bar的相位差；0PC是兩個bar的權值相位差，為一個單一的數(shù)值； 步驟六、匹配結果分析與評估:經(jīng)過測試大量來自相同虹膜的圖像和來自不同虹膜的 圖像，統(tǒng)計分析找到最合適的闊值;如果計算得到的兩個bar的ZfPC值比闊值小，則兩個bar 來自相同虹膜;反之，則來自不同虹膜。
[001 ^ 進一步，纖群的取值為：
(7)。
[0用插值采樣方法對定位好的虹膜圖像重新采樣虹膜的 內(nèi)輪廓為參考，從水平向右方向開始W相同的角度間隔選取一定數(shù)量的徑向方向，指的是 W虹膜的內(nèi)輪廓即眼球為中屯、，將圓周360°的虹膜W相同的角度用放射性的線平分成若干 等分。
[0014]如圖4所示，步驟=中對重新采樣的采樣點進行歸一化處理:從水平向右徑向方向 開始，沿著逆時針方向將采樣點不斷往右排列，調(diào)整得到矩形虹膜條，指的是將步驟二中采 樣過的虹膜圖樣沿逆時針方向將采樣點重新排列，將每條放射的采樣點豎直排列，后面的 采樣點依次排列在前面采樣點的右側，形成矩形虹膜條。
[0015] 圖6是權重函數(shù)默認為1時，測試350組相同眼球的虹膜圖像與350組不同眼球 的虹膜圖像得到的700個值分布圖，圖中星星表示的是不同虹膜的值，米字形代 表的是相同虹膜WPC值。通過ZfPC值分布圖可W看到，來自不同虹膜的ZfPC值普遍要比來 自相同虹膜的ZfPC值要大一些，實驗證明本發(fā)明可W將絕大部分的來自相同或不同眼球的 虹膜圖像較為清楚的分類識別出來。
[0016] 圖7是當權重函數(shù)取值；
時測試來自CASIA虹膜圖像的350組 相同虹膜圖像與350組不同虹膜圖像得到的700個r/%：值分布圖，圖中星星代表不同虹膜的 W化植，米子形代表相同虹膜Zf化植，可W看出圖7中來白相同化瞄巧*白末同虹膜的Zf化植 比圖6中的分布更分散一些。因此，當權重函數(shù)取值3時比默認為1時， 更容易區(qū)分兩個虹膜圖像是來自相同虹膜或是不同虹膜。
[0017] 衡量一個虹膜識別方法的優(yōu)劣最主要的S個指標分別是錯誤接受率FAR、錯誤拒 絕率FRR和正確識別率CRR。通過對圖6和圖7統(tǒng)計分析，得到:深賊i分別為1和
.時闊值與FAR/FRR/CRR的關系曲線圖，如圖8、圖9所示。
[0018] 對于一個表現(xiàn)較好的虹膜識別算法而言，算法的FAR和FRR曲線的交點位置應該是 非常接近〇%，而此時的CRR值則非常接近1。比較圖8和圖9可W明顯的看到，圖9中FAR 和FRR曲線交點位 置比圖8中FAR和FRR曲線交點位置要低很多，也即FAR和FRR值要小很多，同時可 W看到圖9中CRR曲線圖的峰值明顯要比圖8中的峰值要大一些，幾乎接近1。
[0019] 通過統(tǒng)計分析得到實驗結果如表1所示:在表1中可W看到，當W(X)默認為1同時 選取的闊值為0.88時，F(xiàn)AR和FRR分別為2.55%和6.50%，此時的正確識別率CRR為 95.48%，實驗證明本文提出的基于相位差的虹膜匹配算法可W有效的完成虹膜圖像的匹配 工作。當?shù)?〇采用公^!
，選取闊值為2.10時，F(xiàn)AR和FRR分別是0.85% 和1.14%，正確識別率CRR是99.01%，相比權重為1時，Zf(X)采用公式
使得本算法的FAR和FRR兩個指標都顯著降低了，而正確識別率提升許多。
【主權項】
1.基于權值相位差的虹膜匹配方法，其特征在于:包括以下步驟： 步驟一、獲得準確定位的虹膜圖像:包括虹膜的有效部分B和虹膜環(huán)被眼瞼等干擾遮擋 的部分A; 步驟二、利用插值采樣方法對定位好的虹膜圖像重新采樣：以虹膜的內(nèi)輪廓為參考，從 水平向右方向開始以相同的角度間隔選取一定數(shù)量的徑向方向，然后分別在這些徑向方向 均勻的以相等的像素間隔在虹膜環(huán)上進行采樣;對于需要去除的采樣點即虹膜環(huán)被眼瞼等 干擾遮擋的部分A，采用〇1.疋忍值進行填充，值的計算過程如公式（1)所示：其中聰虹膜的有效部分，是雄i所有采樣點的像素總和，·是萬部分采 樣點的數(shù)量總和，mmg為像素的平均值； 步驟三、對重新采樣的采樣點進行歸一化處理:從水平向右徑向方向開始，沿著逆時針 方向將采樣點不斷往右排列，調(diào)整得到矩形虹膜條，稱為bar，該虹膜條包含原始虹膜圖像 的紋理信息； 步驟四、對步驟三得到的虹膜條進行頻域變換處理：用二維離散傅里葉變換將虹膜條 從圖像空間變換到頻率空間，變換公式為：其中m和η分別是虹膜條的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目，是頻域空間的圖像表 示方法，f (X，y)是空間域的圖像表示方法； 經(jīng)過變換得到的虹膜圖像的頻譜圖再用SHIFT函數(shù)進行處理，將零頻率成分移到頻譜 圖的中心位置，變換公式為：步驟五、匹配計算:通過計算經(jīng)步驟四處理過的兩個虹膜條barl和bar2的權值相位差 /fPC值來度量兩bar的相似性，ZfPq的計算公式為：其中，和/3分別是虹膜條的像素列數(shù)目和像素行數(shù)目；和/?2分別是barl的相位和 振幅矩陣，如對Phi汾別是bar2的相位和振幅矩陣；靜麵)是權重函數(shù)，其默認值為l;pAa是 兩個bar的相位差；/TPC是兩個bar的權值相位差，為一個單一的數(shù)值； 步驟六、匹配結果分析與評估:經(jīng)過測試大量來自相同虹膜的圖像和來自不同虹膜的 圖像，統(tǒng)計分析找到最合適的閾值;如果計算得到的兩個bar的/TPC值比閾值小，則兩個bar 來自相同虹膜;反之，則來自不同虹膜。2.根據(jù)權利要求1所述的基于權值相位差的虹膜匹配方法，其特征在于:所述iR、r)的取 值為：
【文檔編號】G06K9/00GK105956585SQ201610553323
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月14日
【發(fā)明人】張曉煜, 林曉, 徐東方, 王永慶, 劉國梅, 李玲玲, 劉麗
【申請人】鄭州航空工業(yè)管理學院