專利名稱：一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法及虹膜識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法及虹 膜識(shí)別系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的虹膜識(shí)別系統(tǒng)主要包括虹膜圖像獲取、虹膜圖像預(yù)處理、特征設(shè)計(jì)與編碼、 模式匹配、數(shù)據(jù)庫。而整個(gè)虹膜識(shí)別系統(tǒng)從邏輯上包括兩大階段，即注冊(cè)階段和認(rèn)證階段。在注冊(cè)階段，首先要對(duì)所有合法用戶的虹膜圖像進(jìn)行采集、預(yù)處理、特征設(shè)計(jì)等過 程，而后將得到虹膜特征信息與用戶的姓名或標(biāo)識(shí)(ID)聯(lián)系起來存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，創(chuàng)建用 戶信息模板。在認(rèn)證階段，與注冊(cè)過程一樣要經(jīng)過圖像進(jìn)行采集、預(yù)處理、特征設(shè)計(jì)等過程處理 后，獲取用戶的虹膜特征信息，然后再與事先注冊(cè)過的虹膜數(shù)據(jù)庫模板進(jìn)行匹配，以驗(yàn)證用 戶的身份信息做出最后的決策。而現(xiàn)有的虹膜識(shí)別系統(tǒng)在虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼部分所采用的特征設(shè)計(jì)與編碼方 法編制的特征代碼有效長度長，所占用的存儲(chǔ)空間大、同時(shí)還延長了后續(xù)模式匹配的時(shí)間， 不利于系統(tǒng)速度和性能的提高。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法及虹膜識(shí)別系統(tǒng)，旨在提供 可以避免大面積的盲目搜索，提高定位速度；其減少了特征代碼的有效長度，節(jié)省了存儲(chǔ)空 間和后續(xù)模式匹配的時(shí)間；通過獲取盡量少的虹膜特征數(shù)據(jù)，大大縮小特虹膜征數(shù)據(jù)的存 儲(chǔ)空間；同時(shí)在模式匹配過程中縮短匹配時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其包括以下步驟S91 對(duì)經(jīng)預(yù)處理過的矩形虹膜圖像進(jìn)行分塊得到多個(gè)虹膜子塊；S92 通過采用2D-Gab0r濾波器函數(shù)對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn) 行設(shè)定，選取相應(yīng)的參數(shù)形成一 2D-Gab0r濾波器組；S93 對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D-Gab0r濾波器組進(jìn)行逐個(gè)卷積，并計(jì) 算每一虹膜子塊的卷積值；S94 對(duì)卷積值進(jìn)行編碼；S95 組合所有的虹膜子塊對(duì)應(yīng)的編碼得到編碼序列。所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其中，所述步驟S91中所述多個(gè)虹膜子塊設(shè)置 為等大小且無重疊區(qū)域。所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其中，所述步驟S91中所述多個(gè)虹膜子塊設(shè)置 為等大小且部分區(qū)域重合。
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所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其中，所述步驟S92具體包括步驟S921、采用2D_Gabor濾波器函數(shù) 對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，S922、通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組；其中，(x0,y0)表示圖像塊的中心位置，叭和Oy表示有效的寬度和長度，!!和￥用 來調(diào)節(jié)濾波器的頻率和方向。所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其中，所述步驟S93中計(jì)算每一子塊的卷積值 的計(jì)算公式為 其中，Ik代表第k個(gè)虹膜子塊，U和ν為用來調(diào)節(jié)濾波器頻率和方向的參數(shù)，Jk(U， ν)代表不同的U，V所對(duì)應(yīng)的卷積值。所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其中，所述步驟S94具體包括選取每一塊虹膜 子圖像對(duì)應(yīng)的所有卷積模值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)Ut^vtl和卷積值的實(shí)、虛 部，并通過公式hEe= l,if Re (Jk_匪)>0hEe = 0, if Re(Jk_匪)^OhIm= l,if Im(Jk_匪)>0hIffl = 0, if Im(Jk_匪)^O進(jìn)行編碼；作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼(Utl, v0, Jkjiax)；其中，hEe為實(shí)部，hEe為虛 部，Jk—_為虹膜子塊中最大卷積值。一種虹膜識(shí)別系統(tǒng)，其包括依次連接的虹膜圖像獲取模塊、虹膜圖像預(yù)處理模塊、 特征設(shè)計(jì)與編碼模塊、模式匹配模塊、虹膜數(shù)據(jù)庫，其中，所述特征設(shè)計(jì)與編碼模塊還包 括圖像劃分子模塊用于對(duì)經(jīng)預(yù)處理過的矩形虹膜圖像進(jìn)行分塊得到多個(gè)虹膜子 塊；濾波器組用于采用2D-Gab0r濾波器函數(shù)對(duì)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn) 行設(shè)定，通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組；卷積子模塊用于對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D-Gab0r濾波器組進(jìn)行逐 個(gè)卷積，并計(jì)算每一虹膜子塊的卷積值；編碼子模塊用于選取每一虹膜子塊對(duì)應(yīng)的所有卷積值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波 器的參數(shù)u0、v0和卷積值的實(shí)、虛部進(jìn)行編碼，作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼；編碼合成子模塊用于通過組合所有的虹膜子塊對(duì)應(yīng)的編碼，得到虹膜圖像的特征 碼序列。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的基于二維Gabor濾波器的虹膜特征設(shè)計(jì)與編 碼方法；利用Gabor小波良好的紋理分析性能提取分塊虹膜圖像的紋理信息，通過對(duì)每塊最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)和卷積值的實(shí)、虛部進(jìn)行編碼，作為虹膜特征碼，長度為 512bit，僅為現(xiàn)有普通(如經(jīng)典Daugman)編碼方法特征長度的四分之一，但系統(tǒng)的識(shí)別率 可達(dá)到94. 85%。本發(fā)明通過基于2D-Gab0r的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，得到一種能夠快速、準(zhǔn)確 且能節(jié)省存儲(chǔ)空間的虹膜識(shí)別系統(tǒng)。通過基于2D-Gab0r的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，能得 到更少的虹膜特征數(shù)據(jù)，大大縮小特征數(shù)據(jù)的、存儲(chǔ)空間，但并不影響其實(shí)用效果，在接著 的模式匹配過程中能縮短匹配時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。


圖1是虹膜識(shí)別系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明中第一實(shí)施例的特征提取模塊的原理框圖；圖3是本發(fā)明中第一實(shí)施例的特征提取模塊的算法流程圖；圖4虹膜圖像分塊的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提供的一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法及虹膜識(shí)別系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目 的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示為本發(fā)明虹膜識(shí)別系統(tǒng)10的原理框圖，其包括依次連接的虹膜圖像獲 取模塊11、虹膜圖像預(yù)處理模塊12、特征設(shè)計(jì)與編碼模塊13、模式匹配模塊15、虹膜數(shù)據(jù)庫 14。其中，虹膜圖像獲取模塊11用于獲取通過圖像采集系統(tǒng)(如攝像機(jī))從人體頭部將人 眼圖像拍攝采集下來，而后將這些采集到的人眼圖像送到PC機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理。虹膜圖像預(yù)處理模塊12用于處理包括人眼圖像的評(píng)估、去噪、定位、歸一化。特征 設(shè)計(jì)與編碼模塊13用于對(duì)歸一化后的矩形虹膜圖像進(jìn)行特征提取與編碼。模式匹配模塊 15用于根據(jù)系統(tǒng)所處階段不同，將得到的虹膜特征編碼送入數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)(注冊(cè))或者與已 有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行特征匹配(認(rèn)證)。虹膜數(shù)據(jù)庫14用于將得到虹膜特征信息與用戶的姓名 或標(biāo)識(shí)(ID)聯(lián)系起來存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，創(chuàng)建用戶信息模板。虹膜區(qū)域的定位與特征的設(shè)計(jì)與編碼是基于虹膜識(shí)別技術(shù)中最為關(guān)鍵的兩部分， 虹膜區(qū)域的定位準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到虹膜圖像能不能用作識(shí)別，而虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼 方式又直接影響識(shí)別的性能。以下將對(duì)本發(fā)明的特征設(shè)計(jì)與編碼模塊內(nèi)進(jìn)行的虹膜特征設(shè) 計(jì)與編碼方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖2所示本發(fā)明中特征設(shè)計(jì)與編碼模塊13的原理框圖，其包括圖像劃分子模塊 21、濾波器組22、卷積子模塊23、編碼子模塊24以及編碼合成子模塊25，其中，所述圖像劃 分子模塊21用于接收經(jīng)虹膜圖像預(yù)處理模塊預(yù)處理過的矩形虹膜圖像，并對(duì)該矩形虹膜 圖像進(jìn)行一定尺寸大小的分塊得到多個(gè)虹膜子塊，該多個(gè)虹膜子塊可無重疊區(qū)域，也可有 部分重疊區(qū)域，長寬相等或不等均可，如圖4所示。所述濾波器組22用于采用2D-Gab0r ( 二維蓋博變換)濾波器函數(shù)對(duì)虹膜塊進(jìn)行 處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組；所 述卷積子模塊23用于對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D-Gab0r濾波器組進(jìn)行逐個(gè)卷
6積，并計(jì)算每一虹膜子塊的卷積值(請(qǐng)見后的詳細(xì)描述)；編碼子模塊24用于選取每一虹 膜子塊對(duì)應(yīng)的所有卷積值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)u0、v0和卷積值的實(shí)、虛部 進(jìn)行編碼，作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼；編碼合成子模塊25用于通過組合所有的虹膜子塊 對(duì)應(yīng)的編碼，得到虹膜圖像的特征碼序列。本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，主要是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的虹 膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法的速度慢和占用的內(nèi)存空間大的不足進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于 2D-Gab0r (二維蓋博變換)的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法。利用本發(fā)明的方法，能得到更少的 虹膜特征數(shù)據(jù)，大大縮小特征數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，但并不影響其實(shí)用效果，在接著的模式匹配 過程中能縮短匹配時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，參見圖3本發(fā)明中第一實(shí)施例的特征 設(shè)計(jì)與編碼模塊的算法流程圖，其具體流程如下S91 對(duì)經(jīng)預(yù)處理過的矩形虹膜圖像進(jìn)行分塊得到多個(gè)虹膜子塊；接收經(jīng)虹膜圖像預(yù)處理模塊預(yù)處理過的矩形虹膜圖像，并對(duì)該矩形虹膜圖像進(jìn)行 一定尺寸大小的分塊得到虹膜子塊，可無重疊區(qū)域，也可有部分重疊區(qū)域，長寬相等/不 等，如圖4所示。S92 通過采用2D-Gab0r濾波器函數(shù)對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn) 行設(shè)定形成一濾波器組；采用2D-Gab0r濾波器函數(shù)(公式1)對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn) 行設(shè)定，通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組。 其中，(x0,y0)表示圖像塊的中心位置，叭和Oy表示有效的寬度和長度，!!和￥用 來調(diào)節(jié)濾波器的頻率和方向。S93 利用濾波器組對(duì)虹膜子塊進(jìn)行逐個(gè)卷積，并計(jì)算每一子塊的卷積值；對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D-Gab0r濾波器組(公式(2))進(jìn)行逐個(gè)卷 積，并利用公式(2)計(jì)算每一次的卷積值，且每一個(gè)卷積值為一復(fù)數(shù)，對(duì)每一個(gè)子塊總共得 到的復(fù)值數(shù)與濾波器的數(shù)目相等。 其中，Ik代表第k個(gè)虹膜子塊，Jk(u, ν)代表不同的U，ν所對(duì)應(yīng)的卷積值；S94 對(duì)卷積值進(jìn)行編碼；選取每一虹膜子塊圖像對(duì)應(yīng)的所有卷積值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)
uO、vO和卷積值的實(shí)、虛部進(jìn)行編碼，如公式(3)，作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼(uO，v0, Jk ).
max^ ‘hEe= l,if Re(Jk_匪)>0hEe = 0, if Re(Jk_匪)^OhIm= l,if Im(Jk_匪)>0hIffl = 0, if Im(Jk-匪)^O..................(3)
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其中，hKe為實(shí)部，hIm為虛部，Jk _為虹膜子塊中最大卷積值。S95 組合所有的虹膜子塊對(duì)應(yīng)的編碼得到編碼序列。本方法中產(chǎn)生的虹膜碼是由0、1組成的二進(jìn)制序列。通過組合所有的虹膜子塊對(duì) 應(yīng)的編碼即二進(jìn)制序列，得到虹膜圖像的特征碼序列，這就是虹膜的特征碼。根據(jù)選取的Gabor濾波器的參數(shù)的不同，對(duì)虹膜圖像分塊方式的不同，以及編碼 方式的不同，最后計(jì)算得到的虹膜特征碼列也是不一樣的。本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果提出了基于二維Gabor濾波器的虹膜特征設(shè)計(jì)方案。利用Gabor小波良好的紋理 分析性能提取分塊虹膜圖像的紋理信息，通過對(duì)每塊最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)和卷 積值的實(shí)、虛部進(jìn)行編碼，作為虹膜特征碼，長度為512bit，僅為經(jīng)典Daugman編碼方法特 征長度的四分之一，但系統(tǒng)的識(shí)別率可達(dá)到94. 85%。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可 以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保 護(hù)范圍。
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權(quán)利要求
一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其包括以下步驟S91對(duì)經(jīng)預(yù)處理過的矩形虹膜圖像進(jìn)行分塊得到多個(gè)虹膜子塊；S92通過采用2D Gabor濾波器函數(shù)對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，選取相應(yīng)的參數(shù)形成一2D Gabor濾波器組；S93對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D Gabor濾波器組進(jìn)行逐個(gè)卷積，并計(jì)算每一虹膜子塊的卷積值；S94對(duì)卷積值進(jìn)行編碼；S95組合所有的虹膜子塊對(duì)應(yīng)的編碼得到編碼序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其特征在于，所述步驟S91中所述 多個(gè)虹膜子塊設(shè)置為等大小且無重疊區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其特征在于，所述步驟S91中所述 多個(gè)虹膜子塊設(shè)置為等大小且部分區(qū)域重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其特征在于，所述步驟S92具體包 括步驟5921、采用2D-Gabor濾波器函數(shù)(X-XQ)2 iy-ypf 對(duì)各個(gè)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，5922、通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組；其中，(x。，y。)表示圖像塊的中心位置，oy表示有效的寬度和長度，11和ν用來 調(diào)節(jié)濾波器的頻率和方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其特征在于，所述步驟S93中計(jì)算 每一子塊的卷積值的計(jì)算公式為 其中，Ik代表第k個(gè)虹膜子塊，u和ν為用來調(diào)節(jié)濾波器頻率和方向的參數(shù)，Jk(u，ν)代 表不同的u，ν所對(duì)應(yīng)的卷積值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，其特征在于，所述步驟S94具體包 括選取每一塊虹膜子圖像對(duì)應(yīng)的所有卷積模值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的參數(shù)W、V0 和卷積值的實(shí)、虛部，并通過公式hKe=l，if Re(Jk_max) >0hEe = O, if Re(Jk_max) ^OhIm = 1，if Im(Jk_max) > OhIm = 0，if Im(Jk_max) ^ 0進(jìn)行編碼；作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼Ov v0, Jkjiax)；其中，Iilte為實(shí)部，hEe為虛部，Jk _為虹膜子塊中最大卷積值。
7.—種虹膜識(shí)別系統(tǒng)，其包括依次連接的虹膜圖像獲取模塊、虹膜圖像預(yù)處理模塊、特 征設(shè)計(jì)與編碼模塊、模式匹配模塊、虹膜數(shù)據(jù)庫，其特征在于，所述特征設(shè)計(jì)與編碼模塊還包括圖像劃分子模塊用于對(duì)經(jīng)預(yù)處理過的矩形虹膜圖像進(jìn)行分塊得到多個(gè)虹膜子塊； 濾波器組用于采用2D-Gab0r濾波器函數(shù)對(duì)虹膜子塊進(jìn)行處理并對(duì)濾波器參數(shù)進(jìn)行設(shè) 定，通過選取一系列的參數(shù)u和參數(shù)ν來組合成一濾波器組；卷積子模塊用于對(duì)每一虹膜子塊，利用已設(shè)定參數(shù)的2D-Gab0r濾波器組進(jìn)行逐個(gè)卷 積，并計(jì)算每一虹膜子塊的卷積值；編碼子模塊用于選取每一虹膜子塊對(duì)應(yīng)的所有卷積值中，最大模值所對(duì)應(yīng)的濾波器的 參數(shù)uO、v0和卷積值的實(shí)、虛部進(jìn)行編碼，作為此虹膜塊對(duì)應(yīng)的特征碼；編碼合成子模塊用于通過組合所有的虹膜子塊對(duì)應(yīng)的編碼，得到虹膜圖像的特征碼序列。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法及虹膜識(shí)別系統(tǒng)。本發(fā)明通過基于2D-Gabor(二維蓋博變換)的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，得到一種能夠快速、準(zhǔn)確且能節(jié)省存儲(chǔ)空間的虹膜識(shí)別系統(tǒng)。通過基于2D-Gabor的虹膜特征設(shè)計(jì)與編碼方法，能得到更少的虹膜特征數(shù)據(jù)，大大縮小特征數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，但并不影響其實(shí)用效果，在接著的模式匹配過程中能縮短匹配時(shí)間，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101916363SQ20101018670
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者李霞, 王娜, 王運(yùn)金 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)