《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種改進(jìn)的基于Hough變換的虹膜定位算法
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2014年第4期
張 林，王保強(qiáng)
（成都信息工程學(xué)院 電子工程學(xué)院,，四川 成都610225）
摘要： 為改善虹膜定位的效果,，提出一種改進(jìn)的基于Hough變換的虹膜定位算法。首先,，用一個(gè)全1的矩形窗對瞳孔中心進(jìn)行估計(jì),；然后，以該估計(jì)中心為極點(diǎn)對虹膜二值圖像進(jìn)行極坐標(biāo)變換,，通過水平邊緣點(diǎn)選擇規(guī)則剔除非水平邊緣點(diǎn),，再將圖像變換到直角坐標(biāo)；最后,，利用Hough變換以及虹膜內(nèi),、外邊界之間存在的耦合關(guān)系來求取虹膜邊界參數(shù),，并取最大和次大參數(shù)的均值作為最終的邊界參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該算法平均定位時(shí)間為0.152 s,，準(zhǔn)確率高達(dá)98.4%。
中圖分類號(hào)： TP391
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2014)04-0066-04
An improved algorithm of iris localization based on Hough transform
Zhang Lin,，Wang Baoqiang
The Department of Electronic Engineering,，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225,，China
Abstract： The purpose of this paper is to research an improved algorithm of iris localization based on Hough transform, for improving the effect of iris localization. Firstly, the pupil center is estimated by using a total of 1 rectangular window. Then, the binary edge image is transformed into rectangular region which is indicated with polar coordinates, and the rules of horizontal edge selection are used to remove the non-horizontal edge, and then the edge-selected image is transformed into cartesian coordinates. Finally,the Hough transform and the coupling relationship between the internal boundary and the external boundary are employed to determine the parameters of boundaries of the edge-selected iris image, and the mean of the biggest and the second biggest boundary parameters are chosen as the estimate of the iris boundary parameters. Experiments indicate that the proposed algorithm costs an average time of 0.152 s, and the correct rate is 98.4%.
Key words : iris recognition,；edge selection；Hough transform,；coupling relationship,；mean

    目前，已經(jīng)出現(xiàn)了多種人體生理特征識(shí)別方法,，包括對指紋,、手型、人臉,、聲音,、簽名、DNA和虹膜等生理特征進(jìn)行識(shí)別,。虹膜的生理特征具有唯一性,、穩(wěn)定性、可采集性和非侵犯性等優(yōu)點(diǎn),，在對安全性要求高的場合,，虹膜識(shí)別是一種理想的身份識(shí)別方法[1]。
    虹膜定位在于從采集到的人眼圖像中分離出虹膜在整個(gè)圖像中的有效區(qū)域,，確定虹膜的內(nèi),、外邊界的位置。虹膜定位是虹膜識(shí)別過程中關(guān)鍵的一環(huán),，是后續(xù)處理的基礎(chǔ),。在虹膜定位算法中，最具代表性的就是Daugman的微分積分算法[2]和Wildes的Hough變換法[3],，很多定位算法都是以它們?yōu)榛A(chǔ)改進(jìn)發(fā)展的[4-8],。在實(shí)際中，利用Hough變換定位虹膜邊界,，需要考慮以下問題：(1)采用二值化的灰度投影來估計(jì)瞳孔中心容易受到濃黑睫毛以及圖像對比度差的影響,，如何削弱這種影響是需要考慮的問題。(2)上、下眼皮對虹膜區(qū)域的侵入是很常見現(xiàn)象,，定位算法需保證上,、下眼皮等非虹膜邊界不被誤認(rèn)為是虹膜邊界。(3)在直角坐標(biāo)下的虹膜邊緣圖像中,，閾值的選擇會(huì)影響到真正的邊界點(diǎn)所占的比例,，為了獲得虹膜邊界點(diǎn)，窮舉出所有參數(shù)值會(huì)造成時(shí)間,、空間的開銷過大和投票結(jié)果不集中的現(xiàn)象,，當(dāng)選取一定的閾值后怎樣進(jìn)一步提高虹膜真正邊界點(diǎn)的比例也是需要考慮的問題。(4)在進(jìn)行邊界定位時(shí),，Hough變換得到的幾何模型參數(shù)域中的最大值點(diǎn)對應(yīng)著該條邊界, 算法需完成對虹膜的內(nèi),、外邊界分開定位。一般邊緣檢測得到的邊界具有一定的厚度, 因此, 不能簡單的以最大值點(diǎn)或次大值點(diǎn)作為虹膜內(nèi)外邊界的幾何模型參數(shù)點(diǎn), 因?yàn)檫@兩點(diǎn)很可能屬于同一個(gè)邊界參數(shù)模型,。
    針對以上問題, 本文給出了相應(yīng)的解決辦法,。首先，用一個(gè)全1的矩形窗對瞳孔中心進(jìn)行粗略估計(jì)[9],；然后，以粗定位的瞳孔中心為極點(diǎn),，將直角坐標(biāo)下的圖像轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)下圖像[10-13],，此時(shí)虹膜內(nèi)、外邊界近似水平,，通過一定的判別準(zhǔn)則剔除非水平邊緣點(diǎn),，以此提高真正虹膜邊界點(diǎn)的比例；其次,將經(jīng)過邊緣點(diǎn)選擇后的虹膜圖像變換到直角坐標(biāo),，再進(jìn)行Hough變換, 選取最大和次大甚至是第三大的虹膜邊界參數(shù)的均值作為虹膜邊界參數(shù),；最后，利用虹膜內(nèi),、外邊界參數(shù)之間存在的耦合關(guān)系以及對內(nèi),、外邊界的取值范圍的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)來限制Hough變換的參數(shù)取值范圍，以保證內(nèi),、外定位的準(zhǔn)確性,。
1 虹膜定位算法原理
1.1 瞳孔中心的粗略估計(jì)
    采集到的虹膜圖像包括瞳孔、虹膜,、鞏膜,、眼皮、睫毛等部分,，各部分灰度值都不一樣,，而瞳孔區(qū)域灰度值一般都小于其周圍區(qū)域的灰度值，以此可以采用灰度窗口估計(jì)瞳孔中心的方法[10]。

 

 

 

    從圖5和圖6可以看出,，本算法對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的虹膜圖像和實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場采集的虹膜圖像都是有效的,；同時(shí)該算法采用了較少的邊界點(diǎn)定位虹膜的邊界，計(jì)算量大大減小,，定位精度相對提高,。由表1的數(shù)據(jù)得出，該算法對樣本中的虹膜定位時(shí)間約為0.152 s,，僅占Wildes 方法的4.57%,，并且準(zhǔn)確率比傳統(tǒng)方法略有提高。
    本文對虹膜定位算法進(jìn)行了研究,，提出了一種改進(jìn)的虹膜邊界定位算法,。在極坐標(biāo)下，通過對非虹膜邊界點(diǎn)排除來提高虹膜邊界的比例,，利用虹膜內(nèi),、外邊界參數(shù)之間存在的耦合關(guān)系來限制Hough變換的參數(shù)取值范圍，并取最大和次大的邊界參數(shù)的均值作為虹膜邊界參數(shù),。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該算法優(yōu)于傳統(tǒng)的Hough變換定位算法，利用該虹膜定位算法取得了較好的定位效果,。
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