宋彥民

摘要：目前生物識(shí)別技術(shù)中比較熟悉又神秘是虹膜識(shí)別技術(shù)，虹膜識(shí)別技術(shù)是目前生物特征識(shí)別技術(shù)中最方便最安全的識(shí)別技術(shù)。本文主要從優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)兩個(gè)方面介紹虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：虹膜識(shí)別;技術(shù)特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）20-0187-03

虹膜識(shí)別技術(shù)就是利用人體眼睛中虹膜組織進(jìn)行身份鑒別的一種生物識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)與其他應(yīng)用的生物識(shí)別技術(shù)比較，虹膜識(shí)別技術(shù)具有準(zhǔn)確性高、安全性好、活體檢測(cè)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)，形成非常高的綜合安全性能優(yōu)勢(shì)。

1虹膜識(shí)別技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

歸納起來，虹膜識(shí)別技術(shù)有以下幾個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)。

1.1唯一性

是指人體眼睛中每個(gè)虹膜組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)都不相同，在人體組織中虹膜組織形態(tài)完全相同的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他，目前來講在世界范圍內(nèi)獨(dú)一無二。據(jù)有關(guān)資料介紹，英國(guó)劍橋大學(xué)John Daugman教授提出的虹膜相位特征證實(shí)了虹膜圖像有244個(gè)獨(dú)立的自由度，即平均每平方毫米的信息量是3.2比特。虹膜的纖維組織細(xì)節(jié)非常復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人體其他組織結(jié)構(gòu)數(shù)千倍，而且在胚胎發(fā)育階段該虹膜的形成受局部的物理化學(xué)條件影響，決定了虹膜形成的隨機(jī)性非常大，因而即使利用克隆技術(shù)也無法復(fù)制某個(gè)虹膜。也就是說外貌特征完全相同的同卵雙胞胎的虹膜結(jié)構(gòu)信息不同，其虹膜特征也不一樣。對(duì)一個(gè)人來講，左眼右眼的虹膜紋理都不會(huì)相互相同。有關(guān)資料顯示虹膜相同的可能性，人體虹膜完全相同的可能性是1/1078，而目前的虹膜技術(shù)采用266個(gè)特征采樣點(diǎn)，人體產(chǎn)生虹膜特征相同的可能性也只有1/1052，l/1052數(shù)量級(jí)對(duì)于身份識(shí)別技術(shù)應(yīng)用來說已經(jīng)非常滿意了。具有極高的唯一性，兩個(gè)人擁有同一虹膜的概率是10的78次方分之一，舉一個(gè)例子，一年掉落到地球表面的雪花的總片數(shù)也只有10的23次方。與雪花片數(shù)相比這個(gè)概率是極其的低，因而就保證虹膜是唯一的，如果應(yīng)用在身份生物識(shí)別方面，便成為這個(gè)人唯一的不可更改的身份標(biāo)識(shí)。正是獨(dú)一無二和不可改變特性，因而采穩(wěn)定性用虹膜識(shí)別身份具有極高的安全性。

1.2穩(wěn)定性

遺傳基因決定人體虹膜組織的形成，也就是說虹膜組織的形態(tài)、皺紋、紋理、顏色和總的外觀都是人體遺傳基因決定的。虹膜的形成是在胎兒發(fā)育階段，經(jīng)過八個(gè)月左有時(shí)間就基本上發(fā)育成型和成熟，然后進(jìn)入了相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。除非常罕見的不正常狀況、身體或精神上極大的創(chuàng)傷可能造成虹膜特征的改變外，虹膜組織結(jié)構(gòu)始終保持終生不會(huì)變化。也就是說，隨著年齡的增長(zhǎng)、環(huán)境變化、常見疾病所帶來的影響，人體的體重增減、聲音變化等都會(huì)有所變化，而虹膜組織卻不會(huì)因此而發(fā)生任何變化，一生不會(huì)變化，非常穩(wěn)定。

虹膜從胚胎期開始發(fā)育，到8個(gè)月主要紋理結(jié)構(gòu)形成。由于角膜的保護(hù)作用，發(fā)育完全的虹膜不會(huì)受到外界的傷害，外界物理傷害導(dǎo)致的虹膜改變的可能性非常小?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，除非利用危及眼睛失明外科手術(shù)，虹膜結(jié)構(gòu)特征幾乎終生不變。由于虹膜是一個(gè)外部能夠看到的內(nèi)部器官，永遠(yuǎn)處于角膜的保護(hù)作用，發(fā)育完全的虹膜不易受到外界的傷害。人體發(fā)育成熟后，此后終身不變。不會(huì)由于一般性疾病對(duì)虹膜組織造成損傷，更不會(huì)因職業(yè)等因素造成磨損，因而發(fā)育完全的虹膜不易受到外界的傷害。也就是說，一個(gè)人從出生到死亡，虹膜受到角膜的保護(hù)始終保持不變。

另外而言，人體唯一一個(gè)外部能夠看見的，但又屬于內(nèi)部器官組織是虹膜，位置處于角膜后面同時(shí)受其保護(hù)。如果要改變器官組織虹膜，就要冒著視力損傷的較大危險(xiǎn)進(jìn)行非常精細(xì)的外科手術(shù)。所以將虹膜特征識(shí)別有著更好的“長(zhǎng)期安全性”。虹膜的形成由遺傳基因決定，不會(huì)因?yàn)槟挲g的增長(zhǎng)而變化，也不會(huì)由于環(huán)境因素的影響而改變，只會(huì)受到破壞性疾病和傷害而變化。人們對(duì)于眼睛的保護(hù)是非常謹(jǐn)慎和認(rèn)真的，絕對(duì)不會(huì)輕易對(duì)眼睛進(jìn)行任何破壞性活動(dòng)，所以虹膜特征的穩(wěn)定性相當(dāng)高。因此，也就決定了虹膜識(shí)別從而也被認(rèn)為是目前世界上僅次于DNA最安全的生物識(shí)別技術(shù)。

1.3特征點(diǎn)多

生物識(shí)別技術(shù)資料顯示人體一個(gè)虹膜約有266個(gè)量化特征點(diǎn)，而其他的生物識(shí)別技術(shù)只有13個(gè)到60個(gè)量化特征點(diǎn)。266個(gè)量化特征點(diǎn)的虹膜識(shí)別算法在眾多虹膜識(shí)別技術(shù)資料中都有講述，在目前已有的虹膜識(shí)別技術(shù)算法和人類眼部特征允許的情況下，虹膜算法可獲得173個(gè)二進(jìn)制自由度的獨(dú)立特征點(diǎn)。與其他生物識(shí)別技術(shù)特征點(diǎn)相比較，虹膜技術(shù)量化特征點(diǎn)的數(shù)量與其他識(shí)別技術(shù)量化特征點(diǎn)數(shù)量不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，差別相當(dāng)大，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。從而就提高了虹膜識(shí)別技術(shù)安全性。

在眼睛結(jié)構(gòu)圖像中，鞏膜在外，瞳膜在內(nèi)，瞳孔和鞏膜與虹膜鄰近的，眼球球體形狀形成鞏膜區(qū)域、瞳膜區(qū)域與虹膜區(qū)域有著明顯的灰度變化，并且虹膜區(qū)域與瞳膜和鞏膜區(qū)域邊界都近似于同心圓，故而虹膜區(qū)域很容易擬合分割和歸一化。虹膜結(jié)構(gòu)非常吻合具有平移、縮放和旋轉(zhuǎn)不變性的模式表達(dá)方式。

1.4非接觸式

距離一定間隔空間看著鏡頭即可獲得虹膜數(shù)字圖像，不需要用戶身體直接接觸圖像設(shè)備，對(duì)人身沒有任何侵犯，因而被用戶容易接受。虹膜是一個(gè)外部能夠看見的人體內(nèi)部器官，不必與圖像采集設(shè)備物理接觸，也不需要與虹膜識(shí)別機(jī)器進(jìn)行接觸，就能獲取合格的虹膜圖像。識(shí)別過程只需要眼睛與機(jī)器保持一定距離的非接觸式識(shí)別技術(shù)。識(shí)別方式相對(duì)于其他生物識(shí)別技術(shù)需要接觸感知的生物特征一是更加干凈衛(wèi)生，二是不會(huì)污損成像裝置而影響其他人的識(shí)別。三是不會(huì)留下生物殘留，其生物特征也就難以被復(fù)制，進(jìn)一步提高可靠性。

常見的指紋識(shí)別技術(shù)，是一種接觸式識(shí)別技術(shù)，對(duì)手指指紋表面的清潔度和干燥度要求很高，手指任何臟物、濕潤(rùn)、油漬等都將可能造成機(jī)器識(shí)別出錯(cuò)。進(jìn)行指紋識(shí)別驗(yàn)證時(shí)，手指捺印角度不同、力度大小不同等因素都會(huì)造成識(shí)別出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外，指紋識(shí)別采集時(shí)，被檢測(cè)者的指紋痕跡都會(huì)在指紋采集器上遺留，這樣用戶的指紋就有被復(fù)制的可能，識(shí)別安全性降低許多。

在特定場(chǎng)景下應(yīng)用更為方便。比如在雙手沾有污物或雙手占用進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)操作時(shí)，虹膜識(shí)別只需要看一看檢測(cè)鏡頭就完成圖像采集顯然比需要其他物理接觸識(shí)別方法更方便。

虹膜識(shí)別圖像采集和識(shí)別使用的是特定波長(zhǎng)紅外線光波，光照強(qiáng)度跟自然光相差不多，對(duì)眼睛傷害可以忽略不計(jì)。而且紅外線輻射，對(duì)人體的傷害小到比打一分鐘電話還少。

1.5活體信息

虹膜組織生物活性極其強(qiáng)大。例如，光線明暗變化，瞳孔的大小也隨著變化;并有一個(gè)不斷調(diào)節(jié)過程和可達(dá)每秒十余次的縮放;瞳孔會(huì)隨著光線收縮或擴(kuò)張并牽動(dòng)虹膜的擴(kuò)張或收縮，一般情況下很難被盜取，使其具有天然的防偽性。人體死亡、昏迷不醒、眼球組織脫離眼睛時(shí)，完全收縮虹膜組織，產(chǎn)生虹膜消失現(xiàn)象。虹膜生物活性與人體生命活性共生共亡，故利用照片、錄像、尸體的虹膜代替活體的虹膜圖像都不可能產(chǎn)生相同的虹膜代碼，進(jìn)一步增強(qiáng)了生理組織的真實(shí)性。

虹膜是不可被復(fù)制的，而且當(dāng)一個(gè)人死亡后，瞳孔會(huì)白然放大，從而造成虹膜消失，也不可能產(chǎn)生虹膜圖像;當(dāng)眼球被剝離人體后，虹膜同樣會(huì)隨瞳孔放大失去活性，所以只有活體才能有虹膜。由于只有活人人體才有虹膜，因而利用照片或者視頻上的虹膜圖片都不能復(fù)制成代碼的，照片和視頻圖像的虹膜也就不能被識(shí)別。因此，虹膜識(shí)別的安全性更高。由于虹膜具有天然生物活性特征，虹膜識(shí)別技術(shù)活性特征也就決定它是新世紀(jì)最具有發(fā)展前途的生物識(shí)別技術(shù)，未來的安全防務(wù)、國(guó)防、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域的應(yīng)用，必將會(huì)成為以應(yīng)用虹膜識(shí)別技術(shù)為重點(diǎn)。

既不可能在對(duì)視力無嚴(yán)重影響的情況下利用外科手術(shù)改變虹膜特征，也不可能將一個(gè)人體的虹膜組織特征改變得到和某一個(gè)特定對(duì)象人的虹膜特征相同，更不可能利用照片、錄像、尸體的虹膜圖像代替活體的虹膜圖像，這就是虹膜不可復(fù)制性。

1.6性能指標(biāo)

在人體生物特征識(shí)別領(lǐng)域十分重要的指標(biāo)是認(rèn)假率，認(rèn)假率的數(shù)值越低，就是說識(shí)別時(shí)出錯(cuò)的概率越小，也就表示識(shí)別性能越好。一般情況下虹膜識(shí)別的認(rèn)假率為1/1500000，與指紋識(shí)別，人臉識(shí)別等技術(shù)相比較其認(rèn)假率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他識(shí)別技術(shù)。因此生物識(shí)別技術(shù)方面專家認(rèn)為，虹膜識(shí)別準(zhǔn)確度是在生物識(shí)別技術(shù)中僅次于DNA識(shí)別，而高于其他生物識(shí)別技術(shù)。

根據(jù)富士通方面的虹膜識(shí)別數(shù)據(jù)顯示，其錯(cuò)誤識(shí)別率可達(dá)1/1500000，其準(zhǔn)確率是當(dāng)前指紋準(zhǔn)確率的三十倍，加之又是非接觸式的識(shí)別方式，非常方便高效。綜合安全性能上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其誤識(shí)率（FAR，把假的認(rèn)成真的概率）約為千萬分之一，拒識(shí)率（FRR把真的當(dāng)作假的概率）約為千分之一。

根據(jù)英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果顯示：在目前實(shí)際應(yīng)用的生物識(shí)別技術(shù)中，錯(cuò)誤率最低的識(shí)別技術(shù)是虹膜識(shí)別技術(shù)。

2虹膜識(shí)別技術(shù)的缺點(diǎn)分析

2.1市場(chǎng)規(guī)模比較小

從全球生物識(shí)別市場(chǎng)占有率的調(diào)查數(shù)據(jù)來看，占有率第一是指紋識(shí)別，市場(chǎng)占有率為58%;占有率第二是人臉識(shí)別，市場(chǎng)占有率為18%，虹膜識(shí)別緊隨人臉識(shí)別，市場(chǎng)占有率份額為7%。而技術(shù)準(zhǔn)確性比較高的虹膜技術(shù)，由于應(yīng)用技術(shù)開發(fā)較晚，實(shí)際應(yīng)用速度較慢使其目前來看整體市場(chǎng)體量還是較小，未能形成規(guī)?；瘧?yīng)用，究其原因主要有以下幾點(diǎn)。

（1）虹膜圖像采集成本昂貴。相比人臉識(shí)別時(shí)只需要借助現(xiàn)存普通攝像機(jī)即可完成圖像采集，而虹膜采集需要專門的圖像采集攝像機(jī)完成。實(shí)際虹膜識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用中的主要技術(shù)問題就是獲取高質(zhì)量的虹膜圖像需要用戶高度配合的要求和虹膜采集設(shè)備性能要求，圖像采集設(shè)備成本也比較高。從而導(dǎo)致當(dāng)前虹膜設(shè)備成本仍比較昂貴。

當(dāng)前，國(guó)外相關(guān)虹膜識(shí)別設(shè)備均價(jià)在30萬元以上，而國(guó)內(nèi)相關(guān)虹膜識(shí)別機(jī)器批量售價(jià)接近萬元。虹膜設(shè)備硬件部分仍需要很長(zhǎng)時(shí)間解決造價(jià)成本，由此看來虹膜技術(shù)要規(guī)模化應(yīng)用仍需很長(zhǎng)時(shí)間。

目前，在虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用企業(yè)中，國(guó)內(nèi)有五六家做虹膜識(shí)別技術(shù)設(shè)備的廠家，基本都是做近距離識(shí)別設(shè)備;國(guó)外有三四家做虹膜技術(shù)的廠家，專做算法，不做設(shè)備。從目前了解情況來計(jì)算，國(guó)內(nèi)國(guó)外虹膜識(shí)別技術(shù)廠家總數(shù)大概不會(huì)超過20家。國(guó)內(nèi)公司中，大部分虹膜識(shí)別技術(shù)企業(yè)，基本上主要都是近距離虹膜識(shí)別技術(shù)，而要進(jìn)入到遠(yuǎn)距離虹膜識(shí)別技術(shù)層次更是不容易，投入成本和代價(jià)都將非常高，導(dǎo)致設(shè)備成本居高不下。

從軟件方面，為了提高采集圖像質(zhì)量問題，又需要采用高分辨率技術(shù)及圖像處理新技術(shù)來解決問題，還要通過各種各樣的方式提醒用戶配合圖像采集;這樣解決了采集圖像質(zhì)量問題，但也進(jìn)一步增加了設(shè)備費(fèi)用。在進(jìn)一步要求應(yīng)用環(huán)境中的安全等級(jí)提高，增加虹膜圖像的活體檢測(cè)和防止虹膜圖像盜用;對(duì)于虹膜圖像的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)接口要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享，方便人員之間的交流及虹膜識(shí)別產(chǎn)品的評(píng)測(cè)，這些需要進(jìn)一步完善虹膜識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

對(duì)用戶虹膜圖像采集時(shí)的配合要求較高，例如對(duì)圖像采集距離的要求。目前國(guó)內(nèi)最常用的技術(shù)水平可達(dá)到的范圍是40CM-60CM，有資料顯示國(guó)內(nèi)最先進(jìn)技術(shù)水平可以達(dá)到120cm，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，未來采集距離將會(huì)隨著技術(shù)發(fā)展而逐漸擴(kuò)大。同時(shí)，不同配置的鏡頭也會(huì)影響采集距離，同時(shí)不同配置的攝像鏡頭也會(huì)影響成像的結(jié)果。由于應(yīng)用需求不同、應(yīng)用場(chǎng)景不同，對(duì)鏡頭配置的要求也會(huì)不同。目前，采集的距離還無法做到更遠(yuǎn)，所以無法應(yīng)用到那種遠(yuǎn)距離大場(chǎng)景監(jiān)控領(lǐng)域識(shí)別，而是應(yīng)用在一般近距離識(shí)別通道。

（2）虹膜對(duì)環(huán)境的要求比較多，如虹膜對(duì)環(huán)境的光線要求比較多，光線亮度太亮或者太暗容易影響圖像質(zhì)量，導(dǎo)致虹膜設(shè)備在室外的識(shí)別效果相對(duì)會(huì)差一些。

2.2目前虹膜識(shí)別距離較近適應(yīng)不了遠(yuǎn)距離方面應(yīng)用

據(jù)有關(guān)資料介紹，目前人臉識(shí)別距離可以達(dá)到十米以外的區(qū)域，而虹膜識(shí)別現(xiàn)在識(shí)別距離大部分處在40Cm-60cm的識(shí)別范圍，最遠(yuǎn)距離大約是120cm。從識(shí)別距離來衡量，虹膜識(shí)別距離較近而無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離范圍監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用。

虹膜識(shí)別技術(shù)發(fā)展方向需要進(jìn)一步解決識(shí)別距離關(guān)鍵技術(shù)難題，虹膜識(shí)別能夠遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)識(shí)別，也可利用人工智能技術(shù)自動(dòng)跟蹤檢測(cè)，達(dá)到自動(dòng)、快速識(shí)別虹膜的無感識(shí)別;同時(shí)還要在較遠(yuǎn)距離大范圍的情況下仍然能精準(zhǔn)定位，并且識(shí)別距離將會(huì)隨著識(shí)別距離擴(kuò)大要求而逐漸擴(kuò)大。

2.3虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用中的安全隱患

虹膜識(shí)別技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是唯一性和穩(wěn)定性，且由于最大優(yōu)點(diǎn)具有終身不變的特性，也就是說生物特征一旦丟失，就預(yù)示著永久地丟失，無法重新修補(bǔ)來彌補(bǔ)損失。這就是虹膜識(shí)別技術(shù)存在的最大缺點(diǎn)-安全性隱患，也正是安全性隱患嚴(yán)重牽制著基于虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展。目前應(yīng)用虹膜技術(shù)過程中，造成安全性隱患主要表現(xiàn)在虹膜應(yīng)用技術(shù)中圖像的泄露和利用虹膜特征模板進(jìn)行圖像復(fù)原兩個(gè)方面，具體表現(xiàn)如下。

（1）虹膜應(yīng)用技術(shù)中圖像的泄露，虹膜技術(shù)中圖像采集、傳輸、存儲(chǔ)、鑒別等四個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)，哪一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開圖像，而圖像又是最重要的個(gè)人隱私數(shù)據(jù)。所以來講四個(gè)環(huán)節(jié)中的不管哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能引起圖像數(shù)據(jù)隱私泄露。如果一旦發(fā)生圖像數(shù)據(jù)隱私泄露，肯定會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的、無法彌補(bǔ)的損失和不可預(yù)測(cè)的負(fù)面社會(huì)影響，就是存在的圖像泄露安全隱患。

（2）利用虹膜特征模板進(jìn)行圖像復(fù)原：虹膜代碼既能進(jìn)行身份識(shí)別，也能進(jìn)行逆向算法運(yùn)算還原成虹膜圖像，即就是還原成的圖像不一定與原始圖像完全相吻合，但也包含較大部分生物特征，利用這些生物特征照樣可以應(yīng)用于虹膜識(shí)別及進(jìn)行虹膜算法，就是存在的圖像復(fù)原安全隱患。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】