Gerald O. Williams著扶逸蕙譯

目前已經(jīng)有許多人體特徵應(yīng)用於生物辨識系統(tǒng)的基準(zhǔn)，包括指紋、掌紋、掌形幾何、靜脈紋路、臉部特徵及視網(wǎng)膜的微血管紋路。此外，如寫字力道、聲紋、打字力道等行為特徵也已做為辨識之用；然而，很多方法都需人身接觸而被視為具侵入或侵犯性，其馀方式不是需有人做最後仲裁，就是價(jià)格不翡、誤差率不理想。

不過，有一種自動的虹膜辨識技術(shù)(Iris Recognition Technology，IRT)卻能在不需身體接觸或仰賴外人立即仲裁下，明確地辨識身份。\r\n\r\n

虹膜的組成特色
人體的虹膜充滿可量化以明確辨別人眼的特徵，虹膜由許多膠原纖維、收縮紋、coronas、crypts、色素、蛇紋微管束、橫紋、freckles、rifts和pits所組成，藉由分析量化這些特徵的模式及彼此的空間關(guān)系，以進(jìn)行辨識。實(shí)際來說，統(tǒng)計(jì)分析資料顯示Iridian Technologies公司的IRT過程采用240度自由度(degrees-of-freedom，DOF)或獨(dú)立的比對衡量法來辨別虹膜真假，可用到這麼多自由度讓虹膜辨識的精準(zhǔn)度比其他生物辨識系統(tǒng)高上好幾倍。


虹膜的單一性
虹膜之所以獨(dú)特是由於這個(gè)器官本身復(fù)雜的組成形態(tài)。John Daugman博士表示∶「虹膜與指紋共有的優(yōu)點(diǎn)是其特徵形態(tài)。虹膜表面的錯(cuò)綜復(fù)雜結(jié)構(gòu)是因?yàn)槠錁?gòu)造組成型態(tài)取決於胚胎基因，此外，虹膜具備基因表現(xiàn)型態(tài)的局限性(不單只有形態(tài)、功能、色素及大致外觀質(zhì)地的呈現(xiàn))，即使長相一模一樣的雙胞胎，他們的虹膜特徵也大不相同。因此，無論基因體是否相同，每個(gè)人每對虹膜中的每個(gè)虹膜都有單一特殊性，與每個(gè)指紋的獨(dú)特性并無二致」。因此，統(tǒng)計(jì)上估計(jì)兩個(gè)虹膜完全一樣的或然率為1072之一。


虹膜的穩(wěn)定性
盡管虹膜的本質(zhì)脆弱，它仍受眼皮、角膜以及眼前房水保護(hù)，并常被眼鏡或隱形眼鏡保護(hù)著(這兩者對辨識過程的影響很小)。再加上虹膜不易受到外來物體污染，人們自然而然會認(rèn)為虹膜或眼睛是人體最被呵護(hù)的器官之一。一般而言，若不受老化影響，虹膜的種種特徵從人類約一歲起直到死亡，都穩(wěn)定不變。


比對過程

擷取影像

專門用於虹膜辨識用途的光學(xué)平臺設(shè)備，能從3.5寸到幾乎一公尺的距離內(nèi)擷取影像。簡單來講，光學(xué)平臺的影像擷取設(shè)備是由一個(gè)光學(xué)儀器透過一個(gè)簡單的鏡頭、一臺黑白攝影機(jī)，還有一個(gè)畫格擷取器來擷取虹膜的多重影像。并采用多重低階發(fā)光二極體(LED)在攝影機(jī)的焦距約720到850微毫米 (nanometer)處提供照明。



結(jié)合鏡像、語音指示及有時(shí)有鏡頭收縮或自動對焦鏡頭，便可協(xié)助使用者在X、Y、Z座標(biāo)軸上的定位，有些產(chǎn)品的測距儀在有人走近儀器18寸范圍內(nèi)，就會自動啟動辨識。[nextpage]



定位虹膜辨識區(qū)塊

一旦擷取到最符合系統(tǒng)焦距及細(xì)節(jié)紋路清晰的影像，系統(tǒng)便開始分析角鞏膜緣(即虹膜外圍邊界、連接眼睛白色鞏膜的部份)、常態(tài)的瞳孔邊界及瞳孔中心點(diǎn)的位置(見圖一)。目前系統(tǒng)運(yùn)作，只要確定圓形虹膜位置，就能開始辨識。



系統(tǒng)計(jì)算分析前，會先排除眼皮遮蓋處、影深(deep shadow)、倒影(specular reflection)等地方，接著快速找出虹膜合適、可用的區(qū)塊，并就此區(qū)塊擷取特徵進(jìn)行分析(圖二)。由於瞳孔至虹膜的距離大小比例因人而異，系統(tǒng)會即時(shí)地機(jī)動性自動調(diào)整瞳孔邊界到角鞏膜緣區(qū)的寬度，以獲得最大的虹膜分析區(qū)塊。



排除邊界部位的系統(tǒng)運(yùn)作過程，對分析過程幾乎不會有負(fù)面影響。因?yàn)閷?shí)際操作時(shí)只需40%，甚至更少的虹膜部位就能獲得足夠的特徵輸入與良好的分析辨識。特徵的位置與范圍則透過極座標(biāo)系統(tǒng)(polar coordinate)而非笛卡兒座標(biāo)系統(tǒng)(Cartesian, X、Y)來界定。



影像分析

經(jīng)過影像分析的虹膜特徵會被數(shù)位化為一個(gè)512位元組(4096位元)的IrisCode紀(jì)錄，紀(jì)錄中有一半描述特徵，另一半則控制比對過程。



當(dāng)?shù)卿浐缒ぬ蒯鐣r(shí)，系統(tǒng)便會以IrisCode紀(jì)錄儲存到資料庫中以利往後資料比對。當(dāng)一個(gè)虹膜呈現(xiàn)到辨識系統(tǒng)點(diǎn)上時(shí)，會重覆同樣的分析記錄過程，但不會儲存所得的IrisCode記錄，而是比對資料庫中的每個(gè)檔案。


計(jì)算漢明距離

比對IrisCode記錄的程序包括計(jì)算漢明距離(Hamming Distance，HD)，以衡量受辨識的IrisCode紀(jì)錄與資料庫中每個(gè)IrisCode紀(jì)錄間的差距。紀(jì)錄中的2048對可用位元都會被比對(圖三)，而透過采用exclusive-OR計(jì)算邏輯，每對位元會被指派一個(gè)數(shù)值。系統(tǒng)紀(jì)錄的一號位元與參考的IrisCode紀(jì)錄一號位元比對，呈現(xiàn)的IrisCode紀(jì)錄的二號位元就與參考的IrisCode紀(jì)錄的二號位元比對，以此類推；如果兩個(gè)位元相似，系統(tǒng)就會分派零的數(shù)值給那個(gè)比對，倘若兩個(gè)位元相異，系統(tǒng)則會指派一的數(shù)值給那個(gè)比對，在比對所有位元後，將相異的位元配對數(shù)除以所有比對位元配對數(shù)就得到一個(gè)十位數(shù)的數(shù)字，顯現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)紀(jì)錄有多大差異，如漢明距離.10就表示兩個(gè)IrisCode紀(jì)錄有10%的差距。



認(rèn)可或拒絕

在圖四中可以清楚地見到數(shù)以萬計(jì)的IrisCode紀(jì)錄比對的頻率分布(或然率密度)，在這里看到假冒身份的人其平均漢明距離近似0.5，這是正確的機(jī)率結(jié)果(如同多次拋擲銅板，正反面的出現(xiàn)頻率)；相對地，身份無訛時(shí)的平均數(shù)值則為0.08(或8%)。



顯然在這種辨識模式中(需極其詳盡地搜尋資料庫)，在拒絕放行某個(gè)人前，其決定過程必須應(yīng)用到所儲存的每個(gè)檔案中，唯有在拒絕所有儲存的檔案後才會拒絕放行某個(gè)人(通常這不花上兩秒鐘)。



就如其他的生物辨識技術(shù)，當(dāng)辨識門檻降低，發(fā)生誤判率的可能性就增加，但與現(xiàn)有所有生物辨識系統(tǒng)相比，發(fā)生誤判的或然率顯然較低。[nextpage]



特殊性(Caveats)

虹膜辨識技術(shù)及Iridian技術(shù)發(fā)展與視網(wǎng)膜辨識毫無關(guān)連，也毫不相似。虹膜是外表看得見、有顏色、圍繞著眼睛瞳孔、甜甜圈狀的器官；視網(wǎng)膜則是位於角膜、水晶體、瞳孔及玻璃液後方的半球體器官，且無法看見。Iridian辨識技術(shù)是先錄下眼睛角膜後方、由外看得到的虹膜的影像(換句話說就是錄下一張照片)，而視網(wǎng)膜辨識方式則是掃描中央窩(fovea, 黃斑部的中央部位)，或眼球位於最深處的表層，即視網(wǎng)膜。



Iridian Technologies的虹膜辨識系統(tǒng)確實(shí)地辨識每個(gè)人，在沒有個(gè)人辨識號碼(PIN)、密碼或金鑰指令(token)幫助下，執(zhí)行非常詳盡、整個(gè)資料庫一對多的搜尋，許多其他的生物辨識科技仰賴核對，須輸入卡片或PIN以預(yù)先選擇和適的一個(gè)輸入檔以做一對一的比對。


結(jié)論
虹膜這個(gè)獨(dú)特又復(fù)雜的器官比現(xiàn)今使用的任何一種生物辨識特徵有更多的比對面向(計(jì)量種類)，且終其一生都穩(wěn)定不變，并隨時(shí)能用非侵入性的方式取樣，過程采用簡便且不具侵脅性的影像科技來擷取虹膜的影像、將特徵數(shù)位化并得到一個(gè)512位元組的代碼，接著代碼將在兩秒內(nèi)與整個(gè)資料庫比對完成。