专利名称：用于生成并使用短长度虹膜代码的系统和方法
技术领域：
本发明涉及虹膜识别，更具体地说，涉及使用减少的虹膜代码以实现更有效的虹膜比较的系统和方法。
背景技术：
已证实人类虹膜的纹理具有优良的个体独特性且因此适用于可靠识别。常规虹膜识别系统展开虹膜图像且通过量化应用于此图像的各行的选定滤波器的响应来生成二进制特征向量。虹膜可被分段且展开为矩形图像。通过应用伽柏(Gabor)滤波器组而从展开后的虹膜提取纹理。将此纹理编码为二进制图像，称为虹膜代码，其充当用于识别的特征向量。 虹膜的一些区域与其他区域相比提供更一致的纹理。例如，瞳孔扩张使得瞳孔附近的纹理特别易变，且睫毛或眼睑的存在(如果它们未经适当遮蔽(mask out))可显著更改虹膜代码的外观。此外，径向展开技术趋于对最靠近瞳孔的区域增加采样，而对虹膜与巩膜接合的区域减少采样。中间虹膜中的带提供更个人化描述。此区域映射至虹膜的睫状体区。已进行一些尝试隔离不一致(脆弱)或(反言之)稳定性较低的虹膜代码区域的工作。这些研究直接着眼于最终二进制表示。通过分析同一眼睛的若干二进制虹膜代码且对位为1或0的次数进行计数来发现不一致位。当遮蔽具有高可变性的位时，错误拒绝率降低。此工作发现图库(gallery)中每个人的脆弱位掩码(mask)。其他研究人员检查较小虹膜代码对识别的影响且自虹膜的外环及内环生成虹膜代码。这些技术依据经验展示较靠近瞳孔的纹理可比较靠近巩膜的纹理在识别方面性能较佳。类似地，调节采样率以生成较小的虹膜代码。这些方法通过调节展开虹膜的方式来减小虹膜代码的大小，但这些工作未能断言当在虹膜识别情形下处理时应偏好虹膜的任何部分。已进行一些尝试隔离不一致(脆弱)或(反言之)较具辨识力的虹膜代码区域的工作。这些研究直接着眼于最终二进制表示。通过分析同一眼睛的若干二进制虹膜代码且对位为1或0的次数进行计数来发现不一致位。调节采样率以生成较小的虹膜代码。然而，这些方法通过调节展开虹膜的方式来减小虹膜代码的大小。这些技术改变虹膜代码的格式，从而损害表示的回溯兼容性(例如，关于旋转补偿)。
发明内容
—种用于基于虹膜图像数据库生成紧凑虹膜表示的系统和方法，包括提供数据库中的虹膜图像的全长度虹膜代码，其中所述全长度虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分。针对所述全长度虹膜代码中的每个行计算真实(genuine)分数分布和虚假(imposter)分数分布，并识别具有相对于阈值提供虚假分布与真实分布之间的分离的贡献的代码部分。测量剩余代码部分之间的相关性以估计适合的采样率。生成代码部分的子集，所述代码部分在该子集内具有低相关性，以便产生紧凑虹膜表示。
一种用于基于虹膜图像数据库生成紧凑虹膜表示的系统，包括数据库，其配置为存储所有虹膜图像的全长度虹膜代码，其中每个虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分；以及处理器，其配置为针对虹膜代码的所述部分计算真实分数分布和虚假分数分布并确定所述虹膜代码中的哪些代码部分对虚假分布与真实分布之间的分离提供最高贡献，所述处理器配置为测量剩余代码部分之间的相关性以确定所述代码部分的子集，所述代码部分在该子集内具有低相关性，以便从该子集生成紧凑虹膜表示。从结合附图阅读的本发明的说明性实施例的以下详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见。
本发明将参考附图在优选实施例的以下描述中提供细节，这些附图是图1是示出虹膜代码的生成的图；图2示出两种眼睛旋转的实例；图3A示出配对虹膜及非配对虹膜的分数分布的曲线；图:3B示出配对分数及非配对分数的累积概率对分数的曲线，其还示出0.90KS距罔；图4是示出分布分离对虹膜位置且进一步描绘具有最高分离的相关区域的眼睛图像的曲线图；图5是根据一个实施例的用于产生紧凑虹膜代码的系统/方法的方块/流程图；图6是用于示出行的局部相关性的相关性测量对行偏移的曲线图；图7是示出根据一个实施例的FLIC变换为SLIC的图；图8是根据另一实施例的用于产生紧凑虹膜代码的系统/方法的方块/流程图； 以及图9是根据一个有用实施例的用于生成紧凑虹膜代码的系统的方块/流程图。
具体实施例方式根据本发明原理，通过在虹膜中定位高辨识力信息区域来减小虹膜代码。得到的变换减小虹膜代码的大小。在一个实施例中，获得比全长度虹膜代码(FLIC)小至少11. 8 倍的短长度虹膜代码(SLIC)。本发明原理寻求通过发现含有最高描述潜力(descriptive potential)的虹膜区域来缩减虹膜表示。本发明的发明者经由实验展示接近瞳孔及巩膜的区域对辨别所起作用最小且相邻径向环之间存在高相关性。使用这些观测结果，获得仅具有450个字节的短长度虹膜代码(SLIC)。SLIC比 FLIC小一个数量级且性能仍相当。大小较小的表示具有易于存储为条形码以及减少每对的匹配时间的优点。本发明原理使用统计技术减小标准矩形采样虹膜代码的大小。保持相同格式可增强表示的回溯兼容性(例如，关于旋转补偿)，而较小虹膜代码意谓系统执行较快及存储器要求降低。所属技术领域的技术人员知道，本发明可以体现为系统、方法或计算机程序产品。 因此，本发明可以具体实现为以下形式，即，可以是完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)、或者本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”的软件部分与硬件部分的组合。此外，本发明还可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该介质中包含计算机可用的程序码。可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质，计算机可读存储介质例如可以是(但不限于)电的、磁的、光的、电磁的、红外线的、或半导体的系统、装置、器件、或前述各项的任何适当的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括以下有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPR0M或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或前述各项的任何适当的组合。在本文语境中，计算机可读存储介质可以是任何含有或存储供指令执行系统、装置或器件使用的或与指令执行系统、装置或器件相联系的程序的有形介质。计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分传播的带有计算机可读程序代码的数据信号。这样一种传播信号可以采取任何适当的形式，包括-但不限于-电磁的、光的或其任何适当的组合。计算机可读信号介质可以是不同于计算机可读存储介质的、可以传达、传播或传输供指令执行系统、装置或器件使用的或与指令执行系统、装置或器件相联系的程序的任何一种计算机可读介质。包含在计算机可读介质中的程序代码可以采用任何适当的介质传输，包括-但不限于-无线、有线、光缆、射频等、或上述各项的任何适当的组合。用于执行本发明的操作的计算机程序码，可以以一种或多种程序设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如JaVa、Smalltalk、C++ 之类，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如“C”程序设计语言或类似的程序设计语言。 程序码可以完全地在用户的计算上执行、部分地在用户的计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户的计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可以通过任何种类的网络-包括局域网(LAN) 或广域网(WAN)-连接到用户的计算机，或者，可以(例如利用因特网服务提供商来通过因特网)连接到外部计算机。以下参照按照本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/ 或框图描述本发明。要明白的是，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置执行的这些指令，产生实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的装置。也可以把这些计算机程序指令存储在能指令计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读介质中，这样，存储在计算机可读介质中的指令产生一个包括实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的指令装置(instruction means) 的制造品。也可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，使得在计算机或其他可编程装置或设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而在计算机或其他可编程装置上执行的指令就提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。现在参照附图，其中相同数字表示相同或类似元素，最初参照图1，虹膜代码102 是虹膜识别系统100中的个体描述符。虹膜代码102是编码虹膜的纹理的二进制图像。生成虹膜代码的各阶段包括在方块110中展开虹膜，在方块112中计算眼睑遮蔽，及生成全长度虹膜代码102。为生成虹膜代码，首先自图像将虹膜分段并且非刚性地展开为矩形模板 (template) 113。接着，两个滤波器掩码115及117在展开后的虹膜上执行卷积(编码120) 且每一像素的响应的符号用于编码该像素。奇数滤波器115的全体响应称为虹膜代码的实部(RE)，而偶数滤波器117的响应称为虚部(IM)(例如，分别为边缘检测内核滤波器和条形检测内核滤波器)。在原始图像中眼睑遮掩一个像素(例如，“咬合口(bite)”116)的情况下，在虹膜代码中从比较移除该像素。存在关于此方案的许多变型。在识别中，如果两个虹膜代码之间的正规化汉明距离(Hamming distance)小于预定阈值，则认为两个虹膜代码匹配(对应于同一眼睛)。正规化汉明距离是在代码之间不同的未遮蔽位的数目除以未遮蔽位的总数。关于具有遮掩掩码的两个虹膜代码之间的正规化汉明距离的等式为
权利要求
1.一种用于基于虹膜图像数据库生成紧凑虹膜表示的方法，所述方法包括 针对数据库中的虹膜图像的全长度虹膜代码计算(404)真实分数分布和虚假分数分布，其中所述全长度虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分；识别并保留(406)具有相对于阈值提供虚假分布与真实分布之间的分离的贡献的代码部分；测量(408)剩余代码部分之间的相关性；以及生成(410)所述剩余代码部分的子集，所述剩余代码部分在该子集内具有低相关性， 以便产生紧凑虹膜表示。
2.如权利要求1中所述的方法，还包括通过生成一个所有已对准对集合来确定G02) 全长度虹膜代码至紧凑虹膜代码变换的参数。
3.如权利要求2中所述的方法，其中识别(406)代码部分包括计算一个已对准代码中的所有行的汉明距离，其中将最小汉明距离用作分析每个行的真实分数分布和虚假分数分布的准则。
4.如权利要求1中所述的方法，其中所述分离基于虹膜代码中的各行的辨识容量。
5.如权利要求4中所述的方法，其中通过克默果夫-史密洛夫(1( 分析来测量辨识容量。
6.如权利要求1中所述的方法，其中生成(410)子集包括选择虹膜代码中对于该子集具有最高辨识容量的行。
7.如权利要求6中所述的方法，其中通过克默果夫-史密洛夫(1( 分析来测量辨识容量。
8.如权利要求1中所述的方法，其中识别(406)代码部分包括针对一个虹膜代码的实部和虚部两者识别该虹膜代码的各行中的代码部分。
9.如权利要求1中所述的方法，其中生成(410)代码部分的子集包括对所述虹膜代码的第10行与第52行之间的相关区域中的行进行二次采样。
10.如权利要求1中所述的方法，其中生成(410)子集包括计算来自同一虹膜图像的两个部分之间的汉明距离，以及在所述数据库中的所述虹膜图像上对此距离取平均值。
11.一种计算机可读存储介质，包括用于基于虹膜图像数据库生成紧凑虹膜表示的计算机可读程序，其中当在计算机上执行时，所述计算机可读程序使所述计算机执行以下步骤针对数据库中的虹膜图像的全长度虹膜代码计算(404)真实分数分布和虚假分数分布，其中所述全长度虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分；识别并保留(406)具有相对于阈值提供虚假分布与真实分布之间的分离的贡献的代码部分；测量(408)剩余代码部分之间的相关性；以及生成(410)所述剩余代码部分的子集，所述剩余代码部分在该子集内具有低相关性， 以便产生紧凑虹膜表示。
12.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，还包括通过生成一个所有已对准对集合来确定(40 全长度虹膜代码至紧凑虹膜代码变换的参数。
13.如权利要求12中所述的计算机可读存储介质，其中识别(406)代码部分包括计算一个已对准代码中的所有行的汉明距离，其中将最小汉明距离用作分析每个行的真实分数分布和虚假分数分布的准则。
14.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，其中所述分离基于虹膜代码中的各行的辨识容量。
15.如权利要求14中所述的计算机可读存储介质，其中通过克默果夫-史密洛夫(KS) 分析来测量辨识容量。
16.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，其中生成子集包括选择虹膜代码中对于该子集具有最高辨识容量的行。
17.如权利要求16中所述的计算机可读存储介质，其中通过克默果夫-史密洛夫(KS) 分析来测量辨识容量。
18.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，其中识别(406)代码部分包括针对一个虹膜代码的实部和虚部两者识别该虹膜代码的各行中的代码部分。
19.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，其中生成(410)代码部分的子集包括对所述虹膜代码的第10行与第52行之间的相关区域中的行进行二次采样。
20.如权利要求11中所述的计算机可读存储介质，其中生成子集包括计算来自同一虹膜图像的两个部分之间的汉明距离，以及在所述数据库中的所述虹膜图像上对此距离取平均值。
21.一种用于基于虹膜图像数据库生成紧凑虹膜表示的系统，所述系统包括 数据库(502)，其配置为存储所有虹膜图像的全长度虹膜代码(504)，其中每个虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分；以及处理器(512)，其配置为针对虹膜代码(514)的所述部分计算真实分数分布和虚假分数分布并确定所述虹膜代码中的哪些代码部分对虚假分布与真实分布之间的分离提供最高贡献，所述处理器配置为测量剩余代码部分之间的相关性以确定所述代码部分的子集， 所述代码部分在该子集内具有低相关性，以便从该子集生成紧凑虹膜表示。
22.如权利要求21中所述的系统，还包括从该子集生成的变换(520)以便生成紧凑虹膜代码。
23.如权利要求21中所述的系统，其中所述处理器执行用于通过计算一个已对准代码中的所有行的汉明距离来识别最高贡献代码部分的程序代码，其中将最小汉明距离用作分析每个行的真实分数分布和虚假分数分布的准则；以及所述代码部分的子集包括虹膜代码中的各行的最高辨识容量。
24.如权利要求23中所述的系统，其中通过克默果夫-史密洛夫(KS)分析来测量所述分离。
25.如权利要求21中所述的系统，其中具有最高贡献的代码部分包括在虹膜代码的实部与虚部两者的第10行与第52行之间的该虹膜代码的行。
全文摘要
一种用于基于虹膜图像数据库(502)生成紧凑虹膜表示的系统和方法，包括提供数据库中的虹膜图像的全长度虹膜代码(504)，其中所述全长度虹膜代码包括与关联虹膜图像中的周向环对应的多个部分。使用处理器(512)针对所述全长度虹膜代码计算真实分数分布和虚假分数分布，并识别具有相对于阈值提供虚假分布与真实分布之间的分离的贡献的代码部分(514)。测量剩余代码部分之间的相关性。生成代码部分的子集，所述代码部分在该子集内具有低相关性，以便产生紧凑虹膜表示。
文档编号G06K9/00GK102549599SQ201080042229
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月30日 优先权日2009年9月25日
发明者J·E·金泰尔, J·H·康奈尔, N·K·拉坦 申请人:国际商业机器公司