從三星Note7談?wù)?，手機(jī)終端的虹膜識(shí)別是如何實(shí)現(xiàn)的？

雷鋒網(wǎng)按：本文作者系思源科安虹膜算法工程師。

最近三星Galaxy Note7正式發(fā)布，作為三星的新一代機(jī)皇，新功能虹膜識(shí)別成為其亮點(diǎn)之一，吸引了大眾的關(guān)注。

虹膜識(shí)別的作用除了廣為人知的虹膜解鎖之外，還加入了一些拓展性的應(yīng)用元素。例如：文件夾加密、手機(jī)支付、登陸三星應(yīng)用商店，并開(kāi)放了Samsung Pass功能，允許開(kāi)發(fā)者將虹膜識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用整合。

虹膜識(shí)別到底是怎樣一種技術(shù)，為何會(huì)被三星押寶于最新款的旗艦機(jī)？

要解密虹膜識(shí)別，首先要了解什么是虹膜。

虹膜是眼睛外部調(diào)節(jié)瞳孔大小、控制進(jìn)入眼睛光線數(shù)量的肌肉，它是基于褪黑素的數(shù)量形成的眼睛的有色部分。雖然虹膜的顏色和結(jié)構(gòu)與基因有聯(lián)系，但細(xì)節(jié)部分是不同的。胚胎過(guò)程中形成了緊密和折疊的虹膜組，出生前瞳孔張開(kāi)發(fā)生變質(zhì)，形成隨機(jī)的獨(dú)一無(wú)二的虹膜模式，因此雖然基因相同，每個(gè)人的虹膜結(jié)構(gòu)也是不同的，這使得它可以應(yīng)用于身份識(shí)別。虹膜識(shí)別技術(shù)是通過(guò)拍攝人眼的虹膜來(lái)進(jìn)行身份的確認(rèn)，是一項(xiàng)基于生物特征的身份認(rèn)證技術(shù)，也被稱(chēng)為生物安全技術(shù)。虹膜識(shí)別因其高安全性和便捷性成為了近年來(lái)眾多領(lǐng)域炙手可熱的身份驗(yàn)證技術(shù)。

| 那么，手機(jī)終端的虹膜識(shí)別是如何實(shí)現(xiàn)的？

首先要將微型虹膜模組集成至手機(jī)，模組主要由CMOS圖像傳感器、專(zhuān)用微型光學(xué)鏡頭、紅外濾光片及外部結(jié)構(gòu)件組成（如圖1 ）。

 

圖1

該虹膜識(shí)別模組的圖像傳感器由目前通用的彩色圖像傳感器改進(jìn)而成，提高了紅外部分的感光能力，搭載了專(zhuān)用的虹膜識(shí)別鏡頭，可以在25cm～60cm的范圍，實(shí)現(xiàn)虹膜圖像的采集。

而虹膜識(shí)別的核心在于虹膜識(shí)別算法技術(shù)。

總的來(lái)說(shuō)，虹膜識(shí)別算法通常包括虹膜圖像質(zhì)量評(píng)估，虹膜區(qū)域定位（包含粗定位和精定位），虹膜預(yù)處理，虹膜特征點(diǎn)提取，虹膜模板生成，虹膜模板匹配等算法處理過(guò)程。

圖二

圖三

當(dāng)從手機(jī)攝像頭獲取到圖像后，首先對(duì)采集到的圖像進(jìn)行初步質(zhì)量評(píng)估，評(píng)估圖像的清晰度，亮度，運(yùn)動(dòng)模糊，聚焦度等基本參數(shù)，如果圖像不滿足質(zhì)量要求，丟棄繼續(xù)獲取下一幅圖像。

圖像滿足要求則進(jìn)入虹膜區(qū)域定位，先進(jìn)行粗定位得到虹膜的大致區(qū)域，然后進(jìn)行精定位，分別獲取到瞳孔和虹膜的圓心坐標(biāo)和半徑。

得到虹膜區(qū)域后，通過(guò)預(yù)處理算法去除眼皮，睫毛，光斑等干擾因素，取出剩余可用的虹膜區(qū)域進(jìn)行歸一化。

然后進(jìn)行特征點(diǎn)提取，對(duì)虹膜歸一化圖像分析。如圖3所示，R1區(qū)域受上眼瞼和睫毛干擾較嚴(yán)重，R2區(qū)域受下眼瞼干擾，且虹膜紋理主要集中在靠近瞳孔的區(qū)域，所以選擇歸一化圖像的右上部R3區(qū)域?yàn)樘卣魈崛^(qū)域，R3區(qū)域大小一般不小于歸一化圖像大小的1/6，這里取40×200。提取特征區(qū)域后利用二維Gabor波將其篩選和繪制為相量，相量的信息包括方向和空間頻率（圖像內(nèi)容）以及圖像位置。

利用這些向量信息繪制為“虹膜碼”，最后使用虹膜碼進(jìn)行匹配認(rèn)證。

當(dāng)用戶(hù)啟動(dòng)功能后，手機(jī)點(diǎn)亮近紅外光源，將眼鏡對(duì)準(zhǔn)虹膜攝像頭，攝像頭進(jìn)行成像，手機(jī)對(duì)攝像頭的圖像進(jìn)行采集，并輸出至算法處理模塊進(jìn)行虹膜區(qū)域定位，特征點(diǎn)抽取并生成虹膜生物特征模板，首次生成的虹膜特征模板將會(huì)被存儲(chǔ)到手機(jī)上，用作身份認(rèn)證比對(duì)的特征庫(kù)。

后續(xù)實(shí)時(shí)采集的虹膜特征與存儲(chǔ)的模板進(jìn)行匹配，匹配通過(guò)即可完成手機(jī)解鎖、APP解鎖，虹膜支付等操作。手機(jī)搭載的近紅外光源照射到眼睛的光線強(qiáng)度只有IEC 62471生物安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的光強(qiáng)的1/10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于安全門(mén)限，不會(huì)對(duì)眼睛造成傷害 。

虹膜手機(jī)目前在技術(shù)上層面上，不管是攝像頭硬件，IR LED照明燈還是虹膜算法，均已成熟，滿足了產(chǎn)品級(jí)的應(yīng)用需求，市場(chǎng)上也陸續(xù)出現(xiàn)了幾款帶虹膜識(shí)別功能的手機(jī)。當(dāng)具備虹膜識(shí)別功能的手機(jī)陸續(xù)普及后，基于虹膜識(shí)別的應(yīng)用將不再局限于解鎖，APP保護(hù)等基礎(chǔ)應(yīng)用，會(huì)進(jìn)一步拓展到權(quán)限控制，網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)支付，文件數(shù)據(jù)加密，身份鑒權(quán)認(rèn)證等領(lǐng)域。

目前支付寶的安全架構(gòu)方案（IFAA2.0）已經(jīng)支持虹膜識(shí)別功能，并將其作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的亮點(diǎn)重點(diǎn)推廣。不久的將來(lái)，我們只需要看一眼，即可完成身份認(rèn)證過(guò)程，相對(duì)的，不用擔(dān)心密碼忘記，指紋被竊取這類(lèi)問(wèn)題。

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