生物特征的人类虹膜识别系统设计与实现(源码)【字数：7834】
摘 要在经济的快速发展下，身份识别和信息安全成为重中之重。传统的身份识别方式已经与日趋复杂的社会不相匹配。因此，发展生物识别技术成为了当今社会研究的热门课题。本论文以人类生物特征的唯一性为基础进而对虹膜识别系统进行了深度的研究，具体工作涉及开发“开源”虹膜识别系统，以验证人类虹膜具有的唯一性。为了提升识别效果，本文直接使用了由中国科学院-自动化研究所（CASIA）提供的灰度眼睛图像，并使用了Matlab作为图像识别工具。Matlab提供一个优秀的仿真模拟开发环境，具有其图像处理工具箱和高水平编程方法。本文采用快速应用程序开发（RAD）方法，以便快速产生结果。该系统的输出结果是虹膜图像的模板，然后对模板进行编码数字化，最后对数字化模板进行匹配。本论文在已有开源代码的基础上，对具体参数进行了修改，成功地实现了系统虹膜识别的功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1生物识别技术 1
1.2人类虹膜特征的研究 1
1.3虹膜识别原理 2
1.4论文组织结构 2
第二章 虹膜识别系统设计 3
2.1概述 3
2.2图像采集 3
2.3图像存储 4
2.4电源部分 4
第三章 虹膜识别算法设计 5
3.1概述 5
3.2虹膜定位和归一化处理 5
3.2.1眼睛图像中的虹膜定位 5
3.2.2虹膜图像的归一化 7
3.3虹膜特征的提取和编码 8
3.3.1概述 8
3.3.2 Gabor滤波器 8
3.3.3虹膜特征提取 8
3.3.4虹膜特征编码 9
3.4虹膜模式匹配 9
3.5虹膜识别系统的性能评价指标 10
第四章 实验结果与分析 12
4.1概述 12
4.2实验数据分析 12
第五章 研究总结与展望 14
5.1研究总结 14
5.2工作展望 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绪论
在交通、通讯与信息技术的快速发展下，人们的活动半径越来越大，互联网、电子商务、银行、安检等都需要一种可靠的身份鉴别手段。普通的身份鉴别方式通常是人工地辨别被鉴别者与图片的吻合度，但这种方式存在极大的误差和漏洞。因此，生物特征识别作为相对可靠且精确的身份识别手段被广大的研究人员所重视。
1.1生物识别技术
生物识别技术是通过计算机对每个人固有的物理技术特征或行为的收集和处理，用于对个人进行识别的技术。科学家将行为的特征和生理的特征统称为生物特征，被人们所熟知的生物特征主要是声音、红外温谱图、指纹、虹膜等。对于各种身份特征的识别，近年来在全球范围内掀起了一场身份识别创新的运动，从而诞生了多种多样的生物特征识别的技术，包括语音识别、人脸识别、指纹解锁、视网膜识别和虹膜识别等。本论文的主题就是其中精确度极高的生物特征识别技术之一：虹膜识别技术。
1.2人类虹膜特征的研究
虹膜是一个薄的圆形隔膜，位于角膜和眼睛的晶状体之间。虹膜的前视图如图11示。虹膜穿孔靠近它的中心，被称为瞳孔的圆形孔。虹膜的功能是控制通过瞳孔进入的光量，这是由括约肌和扩张肌，调整瞳孔的大小进行控制的。理论上来说，虹膜的平均直径为12mm，瞳孔大小可以从虹膜的10％到80％之间进行变化。虹膜由多层构成，最底层是上皮层，其中含有致密色素沉着细胞。基质层位于上皮层之上，并含有血管、色素细胞和两个虹膜肌肉。外部可见的表面的多层虹膜包含两个颜色不同的区域即睫状区和内瞳区。
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图11 眼睛图像
人类的虹膜一般都是从胚胎生命的第三个月开始形成。而独特的虹膜表面的形态是在生命的第一年之后基本就成行完毕且不会改变。形成独特的虹膜的模式是随机的，与任何的遗传因素都无关。唯一的有关系的遗传学特征是虹膜的色素沉着，决定其颜色。由于虹膜图案的外观遗传性质，每个人眼睛的两只眼睛个体都有着完全独立的虹膜图案，即使同卵双胞胎也是不相关的虹膜图案。
1.3虹膜识别原理
虹膜是一种外在的可见但受保护的器官，其独特的表观遗传模式在整个成年人生活中保持稳定。这些特点使它更有利于用作识别个体的生物特征。图像处理技术可以应用于对眼睛图像的数字化并从中提取独特的虹膜图案，以及将其编码成可以存储在数据库中的生物特征模板。这个生物特征模板包含了存储在虹膜中的独特的信息以客观数学形式表示出来，并允许在模板之间进行比较。如果说，我们现在需要对一群人使用虹膜识别进行身份验证。我们就需要对他们的眼睛进行拍摄，然后为他们的虹膜区域创建一个模板。那么这个就是与存储在数据库中的其他模板进行对比的模板，匹配模板并返回最后结果。与其他生物识别技术相比，如面部、声纹和指纹识别，虹膜识别是最可靠的生物识别技术。但是，没有一套完美的对于虹膜识别技术认证的机制以及核心算法都被大公司垄断等不利因素下，我们需要花更多的人力物力和财力去提出对于虹膜识别系统的构思。
1.4论文组织结构
本论文的组织结构如下：
第一章介绍虹膜识别研究的生物背景知识、对于虹膜识别研究目的和意义、研究的内容及论文组织。
第二章对虹膜识别系统的硬件设计概述，主要描述了虹膜识别系统的硬件组成部分，对于虹膜图像的采集以及图像库的建立做相关的介绍。在本文中，我们将使用现有的虹膜图像数据库。
第三章是虹膜识别核心算法的设计，对于虹膜图像的预处理，虹膜定位和相应的匹配算法。
第四章是对实验结果分析。对使用本算法后的数据做相关的分析并得出实验结论。
第五章对本次工作做总结以及对未来发展的展望。
第二章 虹膜识别系统设计
2.1概述
从整体设计上来说，虹膜识别系统分为虹膜的图像采集系统和识别系统如图21所示。本章主要讲述虹膜识别系统的硬件部分，即虹膜图像采集系统。这部分系统又可分为虹膜图像采集，数据存储，处理器以及电源。如图22所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1生物识别技术 1
1.2人类虹膜特征的研究 1
1.3虹膜识别原理 2
1.4论文组织结构 2
第二章 虹膜识别系统设计 3
2.1概述 3
2.2图像采集 3
2.3图像存储 4
2.4电源部分 4
第三章 虹膜识别算法设计 5
3.1概述 5
3.2虹膜定位和归一化处理 5
3.2.1眼睛图像中的虹膜定位 5
3.2.2虹膜图像的归一化 7
3.3虹膜特征的提取和编码 8
3.3.1概述 8
3.3.2 Gabor滤波器 8
3.3.3虹膜特征提取 8
3.3.4虹膜特征编码 9
3.4虹膜模式匹配 9
3.5虹膜识别系统的性能评价指标 10
第四章 实验结果与分析 12
4.1概述 12
4.2实验数据分析 12
第五章 研究总结与展望 14
5.1研究总结 14
5.2工作展望 14
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
绪论
在交通、通讯与信息技术的快速发展下，人们的活动半径越来越大，互联网、电子商务、银行、安检等都需要一种可靠的身份鉴别手段。普通的身份鉴别方式通常是人工地辨别被鉴别者与图片的吻合度，但这种方式存在极大的误差和漏洞。因此，生物特征识别作为相对可靠且精确的身份识别手段被广大的研究人员所重视。
1.1生物识别技术
生物识别技术是通过计算机对每个人固有的物理技术特征或行为的收集和处理，用于对个人进行识别的技术。科学家将行为的特征和生理的特征统称为生物特征，被人们所熟知的生物特征主要是声音、红外温谱图、指纹、虹膜等。对于各种身份特征的识别，近年来在全球范围内掀起了一场身份识别创新的运动，从而诞生了多种多样的生物特征识别的技术，包括语音识别、人脸识别、指纹解锁、视网膜识别和虹膜识别等。本论文的主题就是其中精确度极高的生物特征识别技术之一：虹膜识别技术。
1.2人类虹膜特征的研究
虹膜是一个薄的圆形隔膜，位于角膜和眼睛的晶状体之间。虹膜的前视图如图11示。虹膜穿孔靠近它的中心，被称为瞳孔的圆形孔。虹膜的功能是控制通过瞳孔进入的光量，这是由括约肌和扩张肌，调整瞳孔的大小进行控制的。理论上来说，虹膜的平均直径为12mm，瞳孔大小可以从虹膜的10％到80％之间进行变化。虹膜由多层构成，最底层是上皮层，其中含有致密色素沉着细胞。基质层位于上皮层之上，并含有血管、色素细胞和两个虹膜肌肉。外部可见的表面的多层虹膜包含两个颜色不同的区域即睫状区和内瞳区。
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图11 眼睛图像
人类的虹膜一般都是从胚胎生命的第三个月开始形成。而独特的虹膜表面的形态是在生命的第一年之后基本就成行完毕且不会改变。形成独特的虹膜的模式是随机的，与任何的遗传因素都无关。唯一的有关系的遗传学特征是虹膜的色素沉着，决定其颜色。由于虹膜图案的外观遗传性质，每个人眼睛的两只眼睛个体都有着完全独立的虹膜图案，即使同卵双胞胎也是不相关的虹膜图案。
1.3虹膜识别原理
虹膜是一种外在的可见但受保护的器官，其独特的表观遗传模式在整个成年人生活中保持稳定。这些特点使它更有利于用作识别个体的生物特征。图像处理技术可以应用于对眼睛图像的数字化并从中提取独特的虹膜图案，以及将其编码成可以存储在数据库中的生物特征模板。这个生物特征模板包含了存储在虹膜中的独特的信息以客观数学形式表示出来，并允许在模板之间进行比较。如果说，我们现在需要对一群人使用虹膜识别进行身份验证。我们就需要对他们的眼睛进行拍摄，然后为他们的虹膜区域创建一个模板。那么这个就是与存储在数据库中的其他模板进行对比的模板，匹配模板并返回最后结果。与其他生物识别技术相比，如面部、声纹和指纹识别，虹膜识别是最可靠的生物识别技术。但是，没有一套完美的对于虹膜识别技术认证的机制以及核心算法都被大公司垄断等不利因素下，我们需要花更多的人力物力和财力去提出对于虹膜识别系统的构思。
1.4论文组织结构
本论文的组织结构如下：
第一章介绍虹膜识别研究的生物背景知识、对于虹膜识别研究目的和意义、研究的内容及论文组织。
第二章对虹膜识别系统的硬件设计概述，主要描述了虹膜识别系统的硬件组成部分，对于虹膜图像的采集以及图像库的建立做相关的介绍。在本文中，我们将使用现有的虹膜图像数据库。
第三章是虹膜识别核心算法的设计，对于虹膜图像的预处理，虹膜定位和相应的匹配算法。
第四章是对实验结果分析。对使用本算法后的数据做相关的分析并得出实验结论。
第五章对本次工作做总结以及对未来发展的展望。
第二章 虹膜识别系统设计
2.1概述
从整体设计上来说，虹膜识别系统分为虹膜的图像采集系统和识别系统如图21所示。本章主要讲述虹膜识别系统的硬件部分，即虹膜图像采集系统。这部分系统又可分为虹膜图像采集，数据存储，处理器以及电源。如图22所示。
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