虹膜识别专利技术综述
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【摘 要】虹膜识别技术是生物特征识别技术的重要研究分支。本文立足于专利文献，对国内外有关虹膜识别技术的专利申请进行统计和分析，并对主要申请人进行了统计，最后总结了虹膜识别技术的技术脉络和研究方向。
【关键词】虹膜识别;采集;定位;防伪
中图分类号： TP391.41 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0027-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.013
0 概述
生物识别技术在安全认证领域有着广泛而成熟的应用。虹膜特征发生变化的概率十分微小，且不易受到外界的伤害，因此其特征更稳定和可靠，其误识率在各种生物特征识别中也是最低，因此其在近几年的热度越来越高。
具体地，虹膜识别技术的研究主要包括以下技術环节：（1）虹膜图像采集;（2）虹膜图像的质量评价;（3）虹膜图像预处理，主要包括：虹膜定位（包括虹膜内外圆的定位、眼睑定位）、虹膜归一化、虹膜图像增强及去噪;（4）虹膜防伪，即活体虹膜的检测，检测真假虹膜;（5）虹膜特征提取与匹配，以达到虹膜识别的目的。因此，本文将虹膜识别的关键技术划分为：图像采集、质量评价、预处理、活体检测、特征提取与匹配。
本文主要基于专利检索系统平台分析虹膜识别技术的现状，在中文摘要数据库、中文全文数据库、外文数据库，分别采用关键词虹膜、采集、预处理、防伪、活体检测、识别、分类、iris、collect、locate、recognition、class等关键词检索相关专利。截至2019年5月15日，共检索到关于虹膜识别技术的申请1545件，其中国内申请为1001件，国外申请为544件，下面将对这件专利进行分析。
1 专利申请总体情况
从国内申请的申请量发展趋势来看， 2011年之前，专利申请量增长速度缓慢，2012-2013年申请量有了小幅提升，在2014年后，虹膜识别技术相关的专利申请量呈暴发式增长，2018年部分申请还没有公开，可以预见其申请总量依然可观。可见，该技术出现时间晚，且很长时间发展缓慢，但是近几年，申请量达到较高的水平，说明该项技术处于非常活跃的研究和应用时期，具备良好的应用前景。
从全球专利申请国别分布可知，申请国别主要有中国、韩国、美国、日本等。其中，中国的申请量遥遥领先，占了全球各国申请量的一半，韩国和美国的申请量次之。在中国的大量申请中，除了对虹膜识别算法的改进和研究的申请，还存在大量对该技术应用的申请，韩国主要是以大公司为代表对虹膜识别装置的研究;美国对虹膜识别技术的研究最早，其对该技术的研究以学术研究为主，因此专利申请量并不多。
虹膜识别技术专利的主要申请人中，LG电子株式会社的专利申请量较高，在全球范围内具有一定的竞争实力。武汉虹识技术有限公司是一家专门研究虹膜识别技术的一家公司，中国的广东欧珀移动通信有限公司的申请偏向于虹膜识别的应用，多为将虹膜识别技术应用于各个领域;北京天诚盛业科技有限公司的申请偏向虹膜识别技术相关的设备或装置的研究。总之，中国在虹膜识别领域的技术处于世界先进水平，且比较重视虹膜识别技术在现实中的应用。
2 技术脉络分析
通过对虹膜识别领域的了解以及对相关专利文献的分析研究，确定出本文研究的技术分支为虹膜图像采集、虹膜图像质量评价、虹膜定位、虹膜防伪、虹膜特征提取和匹配。
2.1 虹膜图像采集
虹膜图像采集是虹膜识别的基础，现有的虹膜图像采集装置主要分为接触式和非接触式的采集装置。
接触式的虹膜采集装置，需要用户将眼睛固定在采集装置的某个部件上，缺点是减弱用户的接受度。专利申请CN201210257303公开了一种接触式采集方式，使用者贴近套筒，以便采集到清晰的虹膜图片，摄像机板、光源、半透半反境以及毛塑料片等密封在外壳内，以提供恒定的采集环境。
非接触式的虹膜采集装置，又分为固定焦距采集装置和可变焦距采集装置。固定焦距采集装置需要用户自己调整眼睛的位置，专利申请CN200510024618公开了一种非接触式自反馈虹膜图像采集装置。采集单元、照明单元、反馈单元的主光轴相交于距离液晶屏几何中心25-35cm处，与定焦摄像头的成像点重合，且三者集成，构成平板状采集装置主体，该主体安装于俯仰机构上，可以快速、准确地采集虹膜图像。
可变焦距采集装置可以自动的改变焦距以聚焦用户的虹膜上。专利申请CN200710121106公开了一种自动变焦虹膜图像采集系统，通过计算机控制变焦电机控制电路，使变焦电机的转动，变焦电机连接可变焦镜头组，用于调节可变焦镜头组的成像距离在最远和最近位置之间移动，实现了变焦采集图像。
专利申请CN201811020015公开了一种虹膜图像采集方法，图像采集设备以第一焦距采集包括眼部图像的第一图像，然后通过人脸识别算法对所述第一图像计算得出第二焦距，图像采集设备将焦距调整至所述第二焦距，以所述第二焦距采集第一虹膜图像，从而使图像采集设备在较短的时间内得到一个较为清晰的虹膜图像。
2.2 虹膜图像质量评价
虹膜图像质量评价指采用一定的客观评判标准，对图像内容进行数学描述并对其质量进行计算和评价。专利申请US19990449295公开了一种通过卷积核对虹膜图像进行质量评价的方法，对原始虹膜图像进行卷积运算通过对散焦的频谱分析，评价一幅图像的聚焦程度可以通过计算该图像二维傅里叶变换高频能量，高频能量越大则图像越清晰。专利申请CN200610122528公开了一种虹膜识别方法，并公开了基于快速傅立叶变换和基于小波包分解的虹膜质量评估方法;基于快速傅立叶变换的方法，它对虹膜区域上的两个矩形块内的像素点进行二维快速傅立叶变换，然后通过对其高频、中频和低频能量的统计，分析图像是否清晰和存在睫毛遮挡。专利申请CN03117074公开了一种综合考虑图像清晰度、内外偏心度和虹膜可见度三个质量指数对虹膜图像进行质量评价方法。专利申请CN2018103118215公开了一种虹膜图像质量检测方法，综合考虑了虹膜图像序列各帧图像的整体清晰度指标、虹膜局部清晰度指标、虹膜可用度指标、虹膜邻域对比度指标，实现了对远距离移动中识别的复杂环境成像的图像质量评价。 2.3 虹膜定位
虹膜定位是虹膜图像预处理中最重要的一环。专利申请US19960727366公开了一种基于边缘检测与hough变换相结合的虹膜定位方法，首先将虹膜外边界和内边界定位，将眼睑边界定位，再用Hough变换得到虹膜参数;再将虹膜边界各部分分离出来后，将这些部分组合起来划定虹膜本身。专利申请CN200810026105公开了一种基于多分辨率分析的虹膜定位方法，首先定位出瞳孔的粗略圓心，然后在粗略圆心附近的若干行上，搜索一定范围内的灰度梯度最大值的坐标作为瞳孔边界点的坐标，经过曲线拟合可以定位出瞳孔的精确圆心和半径;接着根据取瞳孔粗略圆心附近的各行灰度序列，搜索局部最小值点的坐标，作为虹膜的外边缘边界点并进行曲线拟合得到虹膜外边缘的精确圆心和半径。专利申请CN20141050448公开了一种基于径向梯度检测的虹膜定位方法，利用径向梯度检测法定位虹膜区域的内边界和外边界，并根据邻域内的径向梯度对外边界的参考半径进行微调，实现快速而精确的虹膜定位。
2.4 虹膜防伪
虹膜防伪即活体检测，检测采集的对象是否是有生命的个体，排除假的虹膜。专利申请CN200710041711提出一种彩色隐形眼镜的防伪检测方法，使用灰度共生矩阵的对比度及角度二阶矩特征进行虹膜活体检测。专利申请CN200910079803公开了一种虹膜活体检测方法，适用于多种伪造虹膜的检测，该方法对训练图像库中的活体虹膜图像和人工伪造物虹膜图像进行预处理，在得到的感兴趣区域上进行多尺度的局部二值模式特征抽取，并利用自适应增强学习算法对得到的候选特征进行优选，同时构建用于虹膜活体检测的分类器，根据分类器输出结果判断该测试图像是否来自活体虹膜。
2.5 虹膜特征提取和匹配
专利申请US19910729638使用Gabor小波抽取虹膜纹理的二值化相位特征，并使用汉明距离度量两个特征模板的匹配程度。专利申请CN201110173764公开了一种基于边缘梯度方向金字塔直方图的虹膜识别方法。本发明第一次把用于场景分类的空间金字塔方法应用到虹膜识别系统中来，并且采用Sobel算子计算边缘点，创新性地采用特征点的梯度角作为分类特征点的依据，实现了虹膜的图像的BOW特征的建立，使得接下来的金字塔匹配核的顺利应用。
3 结论与建议
总体而言，目前针对虹膜识别技术的研究虽然已趋于成熟，但是算法精度和性能仍有待提高，且其对设备的依赖性较高，降低成本是其广泛应用的一大前提，未来还需要从多方面进一步改进和研究。随着相关技术的发展，可以预测在虹膜识别技术领域将会有更多的专利申请。
【参考文献】
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