基于局部序列圖像虹膜特征提取及分類探究

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1、基于局部序列圖像虹膜特征提取及分類探究【摘要】目前虹膜識別的算法主要都集中在單幅圖像的優(yōu)化上，它忽視了人眼序列圖像中存在的必然聯(lián)系。本文選取受光照、眼瞼、睫毛等影響較少的區(qū)域作為特征點(diǎn)采樣區(qū)，并通過比對序列圖像不斷剔除特征模板中不可靠特征點(diǎn)，達(dá)到提高虹膜識別準(zhǔn)確率的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明適當(dāng)?shù)脑黾幼詧D像數(shù)量可以明顯拉大類內(nèi)類間距離，從而提高虹膜識別的準(zhǔn)確率。【關(guān)鍵詞】局部；虹膜；圖像【中圖分類號】TP【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1007-4309(2012)07-0093-2由于虹膜圖像采集過程中容易受到光照、眼瞼、睫毛等影響，使得采集到的圖像存在大量噪聲，而有用

2、虹膜紋理區(qū)域只是被噪聲覆蓋圖像的一個部分，因此需要將虹膜區(qū)域從原始圖像中分離出來，并采取一系列措施消除上述不利因素對后繼虹膜特征提取及識別算法精度的影響。虹膜圖像預(yù)處理過程通常包括：圖像質(zhì)量評價、虹膜邊界定位、規(guī)范化和圖像增強(qiáng)等過程。一、虹膜識別系統(tǒng)的工作原理(-)虹膜圖像預(yù)處理由于虹膜圖像采集過程中容易受到光照、眼瞼、睫毛等影響，使得采集到的圖像存在大量噪聲，而可信度高的虹膜紋理區(qū)域只是被噪聲覆蓋圖像的一個部分，因此需要將虹膜區(qū)域從采集圖像中分離出來，并應(yīng)用一系列措施消除上述不利因素對后繼虹膜特征提取及識別算法精度的影響。虹膜圖像預(yù)處理過程通常包括：圖像質(zhì)量評

3、價、虹膜邊界定位、干擾檢測、歸一化和圖像增強(qiáng)等過程。（二）虹膜紋理特征點(diǎn)提取算法虹膜特征采樣區(qū)域的選取。由上圖可以看出，經(jīng)過預(yù)處理的圖像已經(jīng)消除了眼瞼、睫毛、光斑等干擾，但這些處理后區(qū)域所包含的可靠紋理信息數(shù)量相較于那些未被干擾或很少被干擾區(qū)域來說仍然低很多。另外，虹膜紋理信息相當(dāng)豐富，只要用于虹膜識別的有效區(qū)域大于虹膜總面積的1/6,其虹膜特征的唯一性就可以得到保證。因此，本文選擇虹膜圖像中受干擾相對較小的局部區(qū)域，作為虹膜特征提取的數(shù)據(jù)采樣區(qū)，該區(qū)域也是整個虹膜圖像中可靠紋理信息分布密度最大的區(qū)域，從中提取出來的特征模板的唯一性和可靠性也是相對較高的。值得注

4、意的是在該區(qū)域中仍然可能包含眼瞼、睫毛干擾等，所以前面提到的虹膜預(yù)處理過程仍然是必要的。（三）可靠特征模板的生成算法目前有很多虹膜特征提取算法，如Gabor濾波方法、局部過零檢測方法、小波變換等方法。這些方法都是將虹膜的紋理特征用二值相位特征表示，在識別時提取的特征都參與了比較。但由于這些特征中存在大量不穩(wěn)定的干擾點(diǎn)，就使得相似度計算受到了很大的影響。從相似度的統(tǒng)計來看，同類虹膜比對的相似度和不同虹膜比對的相似度形成了大的交叉區(qū)域，難以得到較高的分類正確率，分類閾值的選擇范圍也很小。即使閾值大小有小的變化也會引起錯分率明顯增大。增大分類閾值的選擇范圍，減小錯分率

5、一直是模式識別領(lǐng)域的學(xué)者所關(guān)注的問題。本文采用2D-Gabor濾波器，選取0°、45°、90°、135°四個方向分別進(jìn)行特征提取，以響應(yīng)最劇烈的方向作為特征，并用該方向所對應(yīng)的符號信息進(jìn)行特征編碼。1.2D~Gabor濾波器加波由于虹膜紋理在幾何特征上呈現(xiàn)出多方向、不規(guī)則的特性，而2D-Gabor濾波器的方向選擇性和頻率選擇性恰好可以將虹膜的這種特性完整的表示出來，它可以提取出紋理在不同頻率下的方向特征。因此本文選擇2D-Gabor濾波器進(jìn)行虹膜紋理方向編碼。其直角坐標(biāo)系下變化函數(shù)如下：Gabor(x,y)=exp[-((x~x0)2/?琢2+(y-yO)2/?

6、茁2)]Xesp[2?仔i(uO(x~x0)+v0(y-yO))](1)其中：(xO,yO)表示濾波器中心位置，(？琢，？茁)表示高斯函數(shù)的有效寬度和長度，(uO,vO)表示濾波器的頻率和方向。(1)式也可以寫成如下形式：Gabor(x,y)二exp[-((x-xO)2/?琢2+(y-yO)2/?茁2)]Xesp[2?仔i(3(x-xO)cos9+w(y-yO))sin9](2)其中，3和9分別表示濾波器的頻率和方向，3二，9=arctan(vO/uO)那么由(？琢，？茁，xO,yO,o,0)六個參數(shù)就可以確定不同性能的濾波器。選取0。、45。、90°、135°

7、四個方向分別進(jìn)行特征提取，其對應(yīng)的方向符號為0,1,2,3；Intensity[]是用來評判響應(yīng)劇烈程度的函數(shù)，它是幅值的平方，它值越大表示響應(yīng)越劇烈；Sign表示相應(yīng)最劇烈時所對應(yīng)的特征點(diǎn)方向符號。那么經(jīng)過(2)-(4)可以的得到虹膜紋理方向特征矩陣S。intensity[k]=mag2[k]=Re2[k]+Im2[k](3)S[ij]=sign(max(intensity[k]))=kmankman^{0,1,2,3}(4)2?位置配準(zhǔn)虹膜圖像采集時，錄入的人眼角度不一定都是一致的，存在一定的旋轉(zhuǎn)失真(=2)幅圖像左側(cè)位置對齊，進(jìn)行步幅為1,總步長為2*st

8、ep+l的水平右移比對。