虹膜身份認證系統(tǒng)

1、西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 虹膜身份認證系統(tǒng)虹膜身份認證系統(tǒng) 指導老師：指導老師： 郭萬里郭萬里 參賽隊員：參賽隊員： 呂志泉呂志泉 黃康瑩黃康瑩 榮輝榮輝 2008 2008年年9 9月月 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 目錄 選題背景選題背景 1 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 2 功能與實現(xiàn)功能與實現(xiàn) 3 3 算法介紹算法介紹 4 4 總結總結 5 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 虹膜介紹虹膜介紹 虹膜擁有最高的識別率虹膜擁有最高的識別率 和最好的穩(wěn)定性和最好的穩(wěn)定性 英國物理研究所研

2、究表明：英國物理研究所研究表明： 在在273273萬萬55295529人的比較試人的比較試 驗中，他人接受率驗中，他人接受率( (將他將他 人誤認作本人的比率人誤認作本人的比率) )為為 0.0%0.0%，本人拒認率，本人拒認率( (將本將本 人誤認作他人的比率人誤認作他人的比率) )為為 1.8%1.8%，失誤率最低。，失誤率最低。 指紋？指紋？ 人臉？人臉？ 掌紋？掌紋？ 聲音？聲音？ 一 選題背景 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 一 選題背景 被廣泛的認為是被廣泛的認為是21世世 紀最具發(fā)展前途的生物識紀最具發(fā)展前途的生物識 別技術

3、別技術 身份認證技術和虹膜識別技術相結合組成虹膜身身份認證技術和虹膜識別技術相結合組成虹膜身 份認證系統(tǒng)份認證系統(tǒng) 因采集設備昂貴，圖像采集困難，識別算法較復因采集設備昂貴，圖像采集困難，識別算法較復 雜，用戶配合度較高，國內目前還沒有一套真正經(jīng)雜，用戶配合度較高，國內目前還沒有一套真正經(jīng) 濟實用的虹膜身份認證系統(tǒng)濟實用的虹膜身份認證系統(tǒng) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 設計目標設計目標 二 系統(tǒng)概述 以以TI公司的公司的5509A評估板為開發(fā)平臺，以虹膜識評估板為開發(fā)平臺，以虹膜識 別算法為核心別算法為核心 ，充分利用，充分利用DSP快速的數(shù)據(jù)處理快速的

4、數(shù)據(jù)處理 能力，設計一套安全的身份認證系統(tǒng)。能力，設計一套安全的身份認證系統(tǒng)。 系統(tǒng)目標：系統(tǒng)目標： 高準確度，成本較低廉而且方便用戶使用。高準確度，成本較低廉而且方便用戶使用。 能夠對用戶的身份進行鑒別，保障用戶身份的真能夠對用戶的身份進行鑒別，保障用戶身份的真 實性。實性。 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 系統(tǒng)框架圖系統(tǒng)框架圖 二 系統(tǒng)概述 P3、P4擴展口擴展口 P4擴展口擴展口 P1擴展口擴展口 RS232串口串口 音頻音頻J5、J7口口 5509A評估板 圖像采集板圖像采集板 SD卡卡 鼠標輸入、蜂鳴器輸出鼠標輸入、蜂鳴器輸出 IC讀寫卡器讀寫卡

5、器 語音輸入輸出語音輸入輸出 攝像頭攝像頭 CRT顯示器顯示器 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 設計方案設計方案 二 系統(tǒng)概述 虹虹膜膜庫庫綁 綁定 定 一 一一一對對應 應 虹虹膜膜認認證證 一一一一對對應應 一一對應一一對應 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 主要工作流程圖主要工作流程圖 用戶到來用戶到來 語音提示刷卡語音提示刷卡 否否 根據(jù)卡號判斷根據(jù)卡號判斷 是否是新用戶是否是新用戶 是是 開始開始 二 系統(tǒng)概述 語音提示拍攝虹膜圖像語音提示拍攝虹膜圖像 注冊成功注冊成功 語音提示認證語音提示認證 退出退出 語音

6、提示認證結果語音提示認證結果 可以有兩次認證機會，若兩次均可以有兩次認證機會，若兩次均 失敗，系統(tǒng)自動注銷的卡記錄失敗，系統(tǒng)自動注銷的卡記錄 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 系統(tǒng)功能圖系統(tǒng)功能圖 5509A評估板 虹膜認證功能 新用戶注冊模板新用戶注冊模板 用戶注銷模板用戶注銷模板 用戶虹膜認證用戶虹膜認證 認證兩次錯誤，系統(tǒng)認證兩次錯誤，系統(tǒng) 自動注銷模板信息自動注銷模板信息 虹膜圖像采集與顯示虹膜圖像采集與顯示 ICIC卡刷卡提取模板卡刷卡提取模板 語音操作提示語音操作提示 SDSD卡大容量存儲卡大容量存儲 鼠標控制功能鼠標控制功能 外擴設備功能 三

7、功能與實現(xiàn) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 圖像采集圖像采集 高清晰黑白攝像頭高清晰黑白攝像頭 TVP5150EC 圖像采集卡圖像采集卡 自動掃描拍攝自動掃描拍攝 圖像裁剪圖像裁剪 三 功能與實現(xiàn) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 圖像顯示圖像顯示 CRTCRT顯示顯示 器器 基本無延遲，亮度和對比度更基本無延遲，亮度和對比度更 高，顯示虹膜紋理清晰高，顯示虹膜紋理清晰 黑白顯示符合只需虹膜圖像的黑白顯示符合只需虹膜圖像的 灰度值要求灰度值要求 清晰的顯示虹膜紋理清晰的顯示虹膜紋理 實時判斷虹膜圖像采實時判斷虹膜圖像采

8、集的效果集的效果 三 功能與實現(xiàn) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 DSP 計算計算Hamming距離距離 圖像定位圖像定位 歸一化歸一化 特征提取特征提取 注冊注冊 認證認證 注銷注銷 三 功能與實現(xiàn) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 語音提示語音提示 歡迎您，請您刷卡歡迎您，請您刷卡 恭喜您，認證成功恭喜您，認證成功 您兩次認證失敗，系統(tǒng)您兩次認證失敗，系統(tǒng) 已自動注銷該卡的記錄已自動注銷該卡的記錄 通過AIC23編 程，對語音進 行錄制，數(shù)字 濾波，SD卡存 儲，再通過 5509A評估板 播放 三

9、功能與實現(xiàn) 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY SD卡大容量存儲卡大容量存儲 三 功能與實現(xiàn) SD卡中文翻譯為安全卡中文翻譯為安全 數(shù)碼卡，一種基于半導數(shù)碼卡，一種基于半導 體快閃記憶器的新一代體快閃記憶器的新一代 記憶設備記憶設備 ，廣泛地于，廣泛地于 便攜式裝置上使用便攜式裝置上使用 。 特點：特點：記憶容量高記憶容量高 移動靈活移動靈活 安全性好安全性好 虹膜模板信息虹膜模板信息 0110001 語音提示信息語音提示信息 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 其他其他 作為控制輸入，作為控制輸入， 符合用戶用鼠標符合用戶用

10、鼠標 操作的習慣，也操作的習慣，也 方便物理移動方便物理移動 GPIO口 三 功能與實現(xiàn) RS232串口 作為身份的作為身份的 雙重認證雙重認證 加快了提取加快了提取 虹膜模板的速虹膜模板的速 度度 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 認證算法實現(xiàn)認證算法實現(xiàn) 噪聲噪聲 亮斑亮斑 虹膜虹膜 眼瞼眼瞼 睫毛睫毛 灰度值：灰度值：0-255 瞳孔瞳孔 v 邊緣檢測邊緣檢測 v HoughHough變換變換 v 噪聲檢測與歸一化噪聲檢測與歸一化 v GaborGabor濾波與編碼濾波與編碼 v HammingHamming距離計算距離計算 四 算法介紹 西安電子科技

11、大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 邊緣檢測邊緣檢測 梯度值計算梯度值計算 3 3* *3 3鄰域內求有限差均值計算梯度幅值及方向鄰域內求有限差均值計算梯度幅值及方向 gammagamma校正校正 輸出圖像亮度隨電壓增加過快輸出圖像亮度隨電壓增加過快 gammagamma校正使曲線趨于線性校正使曲線趨于線性 非極值抑制非極值抑制 圖像在梯度方向上具有局部最大值圖像在梯度方向上具有局部最大值 瞳孔粗定位瞳孔粗定位 灰度直方圖灰度直方圖 雙雙 閾閾 值值 檢檢 測測 邊緣點邊緣點 邊緣點或噪聲點邊緣點或噪聲點 噪聲點噪聲點 閾值閾值T1T1 閾值閾值T2T2 高斯濾波高斯濾波

12、 平滑圖像平滑圖像 去除噪聲去除噪聲 四 算法介紹 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY Hough變換變換 投票投票 投票投票 半徑：半徑：24 圓心圓心: (57, 83) 半徑：半徑：45 圓心圓心: (60, 83) 四 算法介紹 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 虹膜歸一化虹膜歸一化 歸一化歸一化 極坐標極坐標 )(*)()1 (),( )(*)()1 (),( lp lp yryrry xrxrrx r r ),(ppyx ),(llyx 笛卡爾坐標笛卡爾坐標 四 算法介紹 西安電子科技大學西安電子科技大學 XID

13、IAN UNIVERCITY 編碼與匹配編碼與匹配 10100010110101110001101 00110100011010111101010 Im 0,11,1 0,01,0 Re 編碼編碼 10100011001011110001101 11000100011010111101010 10100010110101110001101 00110100011010111101010 Hamming distance 四 算法介紹 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 算法的改進與創(chuàng)新算法的改進與創(chuàng)新 一一 圖像裁剪圖像裁剪 統(tǒng)計閾值裁剪圖像統(tǒng)計閾值裁剪圖像

14、二二 Canny邊緣檢測邊緣檢測 1.Canny1.Canny算子由算子由2 2* *2 2鄰域推廣到鄰域推廣到3 3* *3 3鄰域鄰域 3.3.增設門限調整器增設門限調整器 2.2.引入引入gammagamma校正校正 三三 Hough變換變換 1.1.引入瞳孔粗定位引入瞳孔粗定位 四四 噪聲檢測噪聲檢測 2.2.先定位瞳孔，再定位虹膜先定位瞳孔，再定位虹膜 五五 移位補償移位補償 四 算法介紹 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 系統(tǒng)識別率系統(tǒng)識別率 五 總結 FRR 錯誤拒絕率（即合法用戶被拒絕的概率）錯誤拒絕率（即合法用戶被拒絕的概率） FAR 錯誤

15、接受率（即非法用戶被接受的概率）錯誤接受率（即非法用戶被接受的概率） CASIA 庫：庫： FRR 6% FAR 2% 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 特色與創(chuàng)新特色與創(chuàng)新 有效的改善了虹膜圖像的采集困難問題，降低了成本。有效的改善了虹膜圖像的采集困難問題，降低了成本。 改進和創(chuàng)新了虹膜識別算法，減少了運算量，提高了改進和創(chuàng)新了虹膜識別算法，減少了運算量，提高了 識別率。識別率。 提供了兩次認證機會和自動注銷功能，提高了系統(tǒng)的提供了兩次認證機會和自動注銷功能，提高了系統(tǒng)的 易用性和安全性。易用性和安全性。 虹膜身份認證卡起到了身份的雙重認證作用，也加快虹膜身份認證卡起到了身份的雙重認證作用，也加快 了模板信息的提取速度。了模板信息的提取速度。 五 總結 西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIAN UNIVERCITY 應用與展望應用與展望 我們在我們在5509A5509A評估板的開發(fā)平臺上，實現(xiàn)了虹評估板的開發(fā)平臺上，實現(xiàn)了虹 膜身份認證，達到了較高的正確率，膜身份認證，達到了較高的正確率，而且系統(tǒng)成而且系統(tǒng)成 本低廉，操作環(huán)境良好，具有較高的推廣價值和本低廉，操作環(huán)境良好，具有較高的推廣價值和 廣泛的應用前景。不但可以應用在安全級別較高