生物特征识别技术新发展

摘 要：虹膜识别技术目前已经发展至远距离虹膜识别分支。文章介绍了远距离虹膜识别概念的起源，定义时所考虑的主要因素，并阐述了不同阶段远距离虹膜识别的不同定义，和当前广泛使用的远距离虹膜识别解决方案。

关键词：虹膜远距离主动，被动静态，动态

中图分类号：N04；TP3 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0134-03

A New Development of Biometric Identification

—LongDistance Iris Recognition

GAO Lin

Abstract：With the development of iris recognition technology， longdistance iris recognition branch has been develped. This paper introduces origins of the concept of longdistance iris recognition as well as the main factors for its defination， elaborated on different definitions of the different stages of longdistance iris recognition， and introduces a widely used longdistance iris recognition solution.

Keywords： iris longdistance active，passive static，motion

收稿日期：2014-06-09

作者简介：高霖（1984—），男，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心审查员，主审领域自动控制、通信、图像处理、物联网等。通信方式：gaolin@sipo.gov.cn。

引 言

人体生物识别技术包括指纹、掌形、语音、面部和虹膜等识别技术。虹膜识别技术在人体生物特征识别技术中准确度最高、防伪性最好，具有广泛的市场应用前景。虹膜识别技术发展到现在，已从简单的人眼靠近摄像头采集虹膜逐渐发展为在一定距离范围且运动中实时获得虹膜识别结果的远距离虹膜识别。为了使读者对远距离虹膜识别技术有所了解，下面将对远距离虹膜识别概念的起源、具体定义和实现方式进行介绍。

一 远距离虹膜识别概念的起源

人眼由巩膜、虹膜、瞳孔三部分构成。巩膜为眼球外围的白色部分；瞳孔为眼睛中心黑色的部分；虹膜位于巩膜和瞳孔之间，具有丰富的纹理信息，约占眼睛总面积的65%。从外观上看，虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状的各色环状物，每个人的虹膜都包含一个独一无二的特征结构，没有哪两个虹膜是完全相同的。

虹膜技术由于其功能多样性，几乎适用于任何需要加强安全、确保服务、消除欺诈或更便捷的身份认证应用。

而虹膜识别的最大瓶颈在于虹膜图像获取的困难。由于虹膜图像尺寸小，因而虹膜识别对于分辨率的要求非常高，即便使用昂贵的光学器材，虹膜摄像机最多只能拍摄到人脸大小的图像，成像景深不超过10厘米。而且，虹膜图像的获取必须要求用户积极配合才能完成。然而在1.5～3米或者更远的距离，用户几乎不可能自己找到正确的位置。因此，如果解决了远距离的虹膜识别问题，虹膜识别将会和人脸识别一样方便[1]。

随着通信技术的发展，高速的互联网技术和数字化技术的广泛应用，更为便捷的携带设备、接触/非接触式的虹膜采集设备以及相应的电子密钥都应运而生。但是人们在享受科技快速发展与更为便利的生活的同时，也在承担着极大的风险。例如，与公民私有财产相关的电子商务交易的安全性，甚至直接与生命息息相关的公共安全保障检测，如英国伦敦地铁爆炸事件、美国9·11事件[2]和中国近年发生的火车站及市场内的暴力恐怖事件等。所以，在人员密集区域和高交通流量的地点，如机场、安检口等，提升安全和访问控制的效率的需求已经到了一个前所未有的高度，远距离虹膜识别技术应运而生。

二 由技术演变定义远距离虹膜识别

远距离虹膜识别，一般认为采集设备与人眼虹膜的距离应达到1.5～3米，但是，不能简单将远距离虹膜识别理解为就是距离远的虹膜识别。在考虑距离因素的同时，其他要考虑的因素还包括主动/被动（又称配合/非配合式），静态/动态。

表1中虹膜识别技术发展的七个阶段，列出了虹膜识别技术的演变过程。最早期的虹膜识别采用贴近式的识别方式，由单一人眼主动去贴近采集设备的镜头，可以利用距离传感器检测人的距离，然后利用声音或指示灯提示人前进或后退；或者利用镜子或显示器让人看到自己的图像从而自动调整位置。这就带来了一个新的问题：用户必须积极配合才能采集到合适的图像，使用起来很不方便。这属于近距离虹膜识别阶段。要保证虹膜识别的实时性，远距离虹膜识别在技术上还需要实现对非配合性的虹膜采集，人或眼在运动过程中，很多时候需要在人员不是主动去配合采集设备的情况下，甚至未察觉的情况下进行虹膜采集，这样进行的都是非配合性虹膜采集[3]。从第二个阶段开始，虹膜识别可以统一归类于（中）远距离虹膜识别。

在主动虹膜识别阶段和主动远距离虹膜识别阶段，采用自动跟踪或自动变焦的方法：通过人脸检测的方法或者使用距离传感器来确定人眼的位置；然后控制上下旋转的云台转动虹膜摄像机去主动寻找人眼的位置，并自动变焦来捕捉人眼的图像。这种方式能够大大减少人的配合程度，然而往往系统复杂，速度慢，成本也较高。

在远距离虹膜识别阶段和被动移动中的虹膜识别阶段，随着距离的增加，技术逐渐由采集对象处于静止状态发展为采集对象处于运动状态，但是这种运动必须在设备限定的路线范围内。也就是说，由于被动态的采集摄像头是位置固定的，因此人们只能处于摄像头采集范围内或者在设备限定的路线范围内运动，这对采集对象的要求较高。

主动移动中的虹膜识别阶段是当前技术发展的重点阶段，是真正集合了主动式、运动态和远距离三方面因素的阶段，采用这一阶段的技术基本上能够定义当前最主流的远距离虹膜识别，即不需要人的主动配合，使用云台、面部定位识别摄像头、大景深的虹膜采集摄像头对在采集范围内一定路线上运动的单个识别对象进行身份验证的虹膜识别技术。下面笔者将主要介绍该阶段技术的实现方式。

表1中的最后一个阶段——监控中的虹膜识别阶段，属于远距离虹膜识别范围的延伸，它能够从具有多个用户且每个用户都处于不同运动状态的视频图像中，进行每个人的虹膜识别或者挑选出与待比对虹膜相同的人物。这一概念还只是处于设想阶段，目前还没有相适应的技术或产品，属于未来技术的发展方向。

三 远距离虹膜识别技术的实现方式

远距离虹膜识别最广泛的应用是在例如机场或火车站的安检口、大型演出场所入口、企业或校园的安防中。IOM （iris on the move） 技术是当前一种非常快速，方便和高吞吐率的远距离虹膜识别安全解决方案。

IOM最早是由美国Sarnoff 公司研发出的一种远距离虹膜识别技术，利用高像素摄像机组成的阵列在3米远的距离拍摄虹膜图像，当人走过一个固定位置时，系统就可以抓拍下他的虹膜图像并进行识别。系统拥有每分钟处理30个人的速度， 使得它成为针对大量人群进行快速身份识别硬性要求的应用场所的一种理想的解决方案，能有效解决人员堵塞以及基础设施空间有限的相关难题。IOM的优势在于它是一种支座式生物识别系统，无须专业培训且系统不引人注目；同时具有每分钟 30 人的高吞吐率和以毫秒速度采集虹膜信；还有灵活的设计，能对不同高度的对象起作用，也能通过眼镜和隐形眼镜采集虹膜信息；是一种“不可知”的平台，能与绝大部分注册设备、所有主要比对算法一起操作，也能作为一部分集成到一个大的安防系统中去。

IOM技术在今天的远距离虹膜识别系统中，主要由一台拍摄眼睛图像的长焦距摄像头、图像采集卡、主控计算机、在主控计算机的控制下控制设置于其上长焦距镜头升降或左右旋转的可控云台、用于显示采集的图像的显示设备、感测人体高度的高度传感器和设置于识别通道的通道门前方两侧、为拍摄图像提供光线的红外光源组成。随着光学图像采集仪器的发展，远距离虹膜识别技术剩下的需要解决的就是更简单、更实时的识别算法了。

四 结 语

远距离虹膜识别是虹膜识别技术发展到一定阶段的产物。它的产生源于对社会安全需求的提升，并随着技术的演变而不断更新其定义，而不是一个简单的距离增加的过程。从出现至今，远距离虹膜识别技术已经有了比较完备的系统和广泛的应用领域，对于保证社会公共安全起着至关重要的作用。

参考文献

[1] 董文博，孙哲南，谭铁牛. 基于双目视觉和旋转云台的远距离虹膜识别系统[J].科技导报，2010，28（5）：34-39.

[2] 董岳.远距离非配合虹膜采集装置关键技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[3] Matey J R.Iris on the Move： Acquisition ofImages for Iris Recognition inLess Constrained Environments[J].Proceedings of the IEEE，2006，11.