图像如何采集在IRIS识别应用程序中

文章：W. Luis Camacho

IRIS识别在全球使用中追赶其他受欢迎的生物识别应用，例如指纹和面部识别。这是一种高度准确的技术，因为人类的IRIS模式不会随着年龄而改变，并且对假冒更具挑战性。然而，虹膜的合格形象比脸部或指纹更具挑战性。

一般来说，虹膜生物识别系统的实现有三个主要组件：图像采集装置（IRIS相机）;模板创建，注册和匹配的生物识别软件;以及常用于护照控制，机场亭，访问控制和执法应用程序的数据库管理平台（图1）。本文侧重于图像采集设备的设计。

图1虹膜生物识别系统具有这三个主要积木。资料来源：Videogrome Imaging Solutions

让我们来看看用于虹膜识别的捕获装置的设计中的一些关键挑战。

目标距离

从相机到受试者的眼睛的距离越大，捕获装置的距离更复杂和昂贵。因此，虹膜摄像机根据其捕获范围分为类别。这里，10-30厘米是最常见的范围。系统的图像传感器特性和系统的调制传递函数（MTF）对于进一步子类别将相机作为注册和/或验证的手段至关重要。前者需要更高的MTF。

各种眼睛颜色

由于图像对比度用于提取虹膜的图案，因此捕获光波长必须支持宽的颜色。因此，必须选择传感器和照明波长的光谱响应，以考虑功耗，IEC-62471兼容的眼睛安全辐射，以及脉冲光与相机的积分时间的同步。

运动模糊

该装置必须容忍一定程度的目标运动，这就是在设备的光学中设计的捕获量起到重要作用，特别是相机的景深。镜头的孔径，捕获时间，光波长和镜头的性质期间的光量决定了光照距离下方和高于焦点的目标距离。

匹配能力和互操作性

良好的虹膜图像获取度量比较了使用相同相机捕获的相同主题的图像，并计算成功匹配的图像的百分比。这个概念被称为匹配能力。当匹配来自不同供应商的摄像机的相同主题的图像时，概念被称为互操作性。

匹配的图像的百分比是在同一系统中沿着其他虹膜摄像机工作的摄像机成功的指标。同时，图像之间的汉明距离是用于测量匹配能力的指标。汉明距离的范围为0至1.更接近0，图像越相同。调整图像增强的相机设置以设置捕获的图像实现高分匹配能力和互操作性的最佳条件。

虹膜识别标准

有两种ISO标准，可为虹膜图像质量和虹膜交换设置要求：ISO / IEC29794-6和ISO_IEC_19794-6。没有官方生物识别标准，用于虹膜相机选择相当于例如FBI的指纹附录F.然而，NIST通过大量出版物和研究提供标准化和开发技术的指导。

当然，虹膜识别的关键组件当然是具有算法从虹膜图像中提取唯一模式以创建虹膜模板的生物识别软件。虹膜模板是用于注册和匹配的仪器。目前，模板创建是专有的，这意味着使用一个生物识别软件创建的模板文件只能由该软件包编码和解码，该软件包是拥有该软件的公司的独家。

虹膜图像质量分级，模板创建，注册和匹配的算法开发是本身的整个领域。有些公司可以进行图像采集设备和生物识别软件，而其他公司则执行其中一个。由于该技术不断增长，机会为图像采集设备和访问控制嵌入式平台扩展，可以使用多个第三方生物识别软件产品。

注册和验证（匹配）的虹膜相机要求是不同的。前面提到的ISO标准适用于注册摄像机;但是，验证摄像机不需要遵循标准。旨在开发一种低成本的注册摄像头，既有注册和验证又是虹膜识别解决方案的集成商的替代品，因为它们可以用虹膜摄像机和来自不同供应商的软件平台架构解决方案。

对于寻求小型工厂或学校的小集成商来说，这将是一项预算解决方案。与此同时，这将是一个可行的采购战略，为一个大型集成商，例如政府或军队。

收购设备的主要任务是定位在实时视频流中的人的虹膜，并将其传送到生物识别软件以进行分割，反过来为注册或验证创建虹膜模板。因此，除了捕获卷规范之外，采集设备的车载载体处理必须在运行时执行任务的组合，其可以由ARM处理器，FPGA或嵌入式Linux板执行。这就是在访问控制应用程序中的一些独立的系统功能。

基于FPGA的解决方案

以下是基于FPGA的解决方案涉及的虹膜识别任务的示例。

重点评估

这确定了哪些帧值得处理，同时丢弃其余部分。

虹膜位置

有各种技术来执行这项任务。一个流行的是使用圆形边缘检测器来定位图像内虹膜的坐标。

分割的图像裁剪

一旦虹膜的坐标所在，相应的眼睛的图像就会从完整的框架裁剪并传送到生物识别软件以进行图像质量评估和随后的模板创建。

图2此图显示了FPGA板如何执行IRIS采集过程。资料来源：Videogrome Imaging Solutions

对视频管道的并行计算，控制和功耗是分析图像的重要考虑因素。一些虹膜相机使用多摄像机解决方案，其中一台相机看起来将眼睛定位在捕获量内，然后触发另一个用于虹膜捕获的图像传感器。相比之下，其他相机仅使用一个传感器，用于虹膜捕获。

这些选择取决于设计者想要与其他设计考虑因素（如距离范围，注册与验证和软件开发套件（SDK）集成）瞄准的设计权衡和相机类别。

在最近由国土安全部门进行的全国生物识别集会中，整个交易时间 - 从一个人站在虹膜照相机面前到模板创造的两个鸢尾花 - 被瞄准不超过8秒，目标不超过5秒。存在影响交易时间的外部因素，其中一些来自系统的控制，包括眼睛闭塞，凝视旋转，人的身高和眼部疾病。因此，采集设备应尽可能快速地分析图像，使生物识别软件不会因无用的样本而变化。

虹膜识别的董万博投注网址事会设计

收购设备对虹膜识别过程是基础的。因此，随着虹膜识别行业在生物识别领域的牵引力中获得牵引力，机会为准确和更便宜的采集设备增长，可以对虹膜的坐标进行搜索，并在板上应用图像增强技术。

然而，同时，虹膜生物识别软件的稳健性对于分级，分段和匹配虹膜图像至关重要。通过开发过程，具有多种分级参数的虹膜生物识别软件软件包至关重要，允许采集的图像进行分析和调整以实现最高可能的图像质量等级，一致的虹膜扩张，一致的焦点和高对比度。

简单地没有替代速度。相机定位光圈坐标的速度并将虹膜图像传送到生物识别软件以进行分割，而不是捕获图像的质量不太关键。

W. Luis Camacho是Videogy Imaging Solutions和Identity-1 Iris扫描仪的架构师的高级电气工程师。