虹膜識(shí)別技術(shù)在考生身份驗(yàn)證中的應(yīng)用研究

□杜駿震

( 山西廣播電視大學(xué)，山西 太原 030027)

虹膜識(shí)別技術(shù)在考生身份驗(yàn)證中的應(yīng)用研究

□杜駿震

( 山西廣播電視大學(xué)，山西 太原 030027)

隨著生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，基于虹膜識(shí)別的身份認(rèn)證逐漸在越來(lái)越多的領(lǐng)域開始得到應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，考生身份驗(yàn)證一直是困擾考試管理者的一個(gè)難題，人工驗(yàn)證考生身份存在著判斷失誤或其他人為因素干擾的問(wèn)題，針對(duì)這種狀況，我們需要借助先進(jìn)的技術(shù)手段，將虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于考生身份驗(yàn)證,從而可以從技術(shù)層面上有效地提升考試的管理水平。

虹膜識(shí)別；身份驗(yàn)證；數(shù)據(jù)庫(kù)

目前考生身份驗(yàn)證的方式通常是由監(jiān)考人員對(duì)考生及其身份證、學(xué)生證、準(zhǔn)考證等證卡進(jìn)行人工目視識(shí)別來(lái)完成的。但在比對(duì)過(guò)程中，常常出現(xiàn)證件照片與考生相貌出入較大，難以確定考生身份，同時(shí)對(duì)替考人員身份的識(shí)別也非常困難，很容易出現(xiàn)判斷失誤、漏判或其他人為因素的干擾等問(wèn)題。針對(duì)這種情況,本文提出將先進(jìn)的虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于考生身份識(shí)別與驗(yàn)證，并闡述了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，旨在從技術(shù)層面上借助先進(jìn)的生物識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)考生身份的精準(zhǔn)識(shí)別，使考生身份驗(yàn)證工作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與信息化，以提高考生身份驗(yàn)證工作的管理水平和工作效率，減輕管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

一、虹膜識(shí)別技術(shù)

(一)虹膜

虹膜位于人體眼睛的角膜之后，晶狀體之前，是黑色瞳孔和白色鞏膜之間的一層環(huán)狀多色細(xì)胞組織。虹膜具有豐富的紋理，虹膜紋理由許多腺窩、皺褶、凹陷、條紋、突起和色素斑構(gòu)成，顯放射狀。

(二)虹膜的生物特性

虹膜具有唯一性、穩(wěn)定性、特征多樣性、防偽性及非接觸性，這些生物特性是用于身份鑒別的基礎(chǔ)。

特征多樣性。生物特征多樣性是生物識(shí)別精度的重要基礎(chǔ)，虹膜的紋理特征極為豐富，包含的虹膜信息量巨大，可供虹膜識(shí)別的特征點(diǎn)數(shù)量較多。

唯一性。虹膜的纖維組織復(fù)雜而豐富，紋理特征具有極大的隨機(jī)性，不同的虹膜所包含的紋理信息不同，即使同一個(gè)人左右眼，同卵雙胞胎的虹膜紋理也不相同，同一虹膜每次采集運(yùn)算后形成的特征編碼也不完全相同，兩個(gè)不同的虹膜產(chǎn)生相同虹膜特征編碼的概率極低。因此，虹膜具有唯一性。

穩(wěn)定性。虹膜在胚胎發(fā)育期形成，出生6-18個(gè)月后定型，正常情況下，在整個(gè)生命歷程中保持不變。在眼瞼的保護(hù)下，虹膜不容易受到外界侵害。一般常見的眼部疾病，如紅眼病，白內(nèi)障，青光眼，沙眼結(jié)膜炎，以及一般的眼科手術(shù)如近視眼矯正手術(shù)、白內(nèi)障手術(shù)、青光眼手術(shù)等都不會(huì)影響虹膜紋理。因此，虹膜不易磨損，其紋理特征的穩(wěn)定性很高。

防偽性。如果惡意人員復(fù)制了他人的生物特征進(jìn)行偽造后進(jìn)行身份認(rèn)證，那么生物識(shí)別用于身份驗(yàn)證的意義就失去了，因此生物識(shí)別系統(tǒng)必須具備生物活體檢測(cè)的能力。虹膜是人眼的可見部分，具有很強(qiáng)的生物活性。虹膜的活體檢測(cè)是基于睫毛和眼皮的運(yùn)動(dòng)、瞳孔對(duì)不同強(qiáng)度光照的收縮擴(kuò)張反應(yīng)等特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果眼球脫離活體，就會(huì)失去生物活性，瞳孔在光照刺激下將不再出現(xiàn)縮放反應(yīng)，這種情況下，虹膜識(shí)別儀會(huì)識(shí)別到該虹膜為非活體虹膜，驗(yàn)證必然失效。由于虹膜的這種活體檢測(cè)與識(shí)別特性，使得人工或手術(shù)仿造極為困難，因此，虹膜的防偽性極強(qiáng)。

非接觸性。虹膜具有可見外形，虹膜圖像的獲取是通過(guò)自反饋虹膜圖像采集裝置實(shí)現(xiàn)的，在輔助的紅外LED光照下，從一定距離遠(yuǎn)處即可拍攝到虹膜圖像, 虹膜圖像采集裝置不需要與人體接觸，對(duì)人體不會(huì)造成侵犯。

由于虹膜識(shí)別具有識(shí)別準(zhǔn)確性高、速度快、 防偽性和非侵犯性等優(yōu)點(diǎn),因此，將虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于考生身份識(shí)別與驗(yàn)證是非常理想與可靠的。

(三)虹膜識(shí)別步驟

虹膜識(shí)別是借助各種硬件設(shè)備及軟件通過(guò)采集、提取、分析和比較人眼虹膜圖像紋理特征之間的相似度來(lái)準(zhǔn)確地確定人員身份的。虹膜識(shí)別步驟通常包括：(1)虹膜圖像獲取：使用單色CCD照相機(jī)對(duì)人的眼睛拍照，形成虹膜圖像，然后由圖像預(yù)處理軟件進(jìn)一步處理。(2)虹膜圖像預(yù)處理：對(duì)拍照的虹膜圖像進(jìn)行虹膜定位、虹膜圖像歸一化、圖像增強(qiáng)等處理，以便于從圖像中提取出虹膜的特征值。(3)虹膜特征提?。翰捎锰囟ǖ乃惴◤念A(yù)處理過(guò)的虹膜圖像中提取出虹膜量化特征點(diǎn)，并轉(zhuǎn)換成虹膜特征編碼，從而形成供識(shí)別使用的虹膜識(shí)別模板。(4)虹膜特征匹配：利用特殊的匹配算法，將特征編碼與虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的虹膜圖像特征編碼進(jìn)行相似度匹配，判斷是否為同一虹膜，從而完成人員身份的識(shí)別與驗(yàn)證。

二、虹膜識(shí)別在考生身份驗(yàn)證中的應(yīng)用

(一)系統(tǒng)組成

考生虹膜識(shí)別與身份驗(yàn)證系統(tǒng)由虹膜采集終端、虹膜識(shí)別終端、虹膜驗(yàn)證服務(wù)器、虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、考試管理服務(wù)器、考試數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、管理終端與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成,如圖所示。

考生虹膜識(shí)別身份驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

虹膜采集終端：實(shí)現(xiàn)考生虹膜信息的采集，生成虹膜圖像，經(jīng)圖像預(yù)處理后生成虹膜特征編碼并上傳到虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，為日后的虹膜識(shí)別提供比對(duì)基礎(chǔ)。

虹膜識(shí)別終端：用虹膜識(shí)別儀拍照考生的眼睛，生成虹膜圖像，經(jīng)圖像預(yù)處理后生成虹膜特征編碼并發(fā)送給虹膜驗(yàn)證服務(wù)器，根據(jù)虹膜驗(yàn)證服務(wù)器返回的識(shí)別結(jié)果判斷考生身份真?zhèn)巍?/p>

虹膜驗(yàn)證服務(wù)器：將虹膜識(shí)別終端發(fā)來(lái)的待驗(yàn)證虹膜特征編碼與虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的虹膜特征編碼進(jìn)行比對(duì)并將比對(duì)結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給虹膜識(shí)別終端，由虹膜識(shí)別終端給出驗(yàn)證的結(jié)果提示。

虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：集中存儲(chǔ)考生的身份證號(hào)與虹膜特征編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，供虹膜驗(yàn)證服務(wù)器查詢比對(duì)。

考試管理服務(wù)器：提供考生、考場(chǎng)、考試科目、考試時(shí)間等管理。

考試數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：提供考點(diǎn)考場(chǎng)、考試科目、考試時(shí)間、考生等管理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

管理終端：用于考試管理人員進(jìn)行考生身份驗(yàn)證情況，各門課考試情況的查詢統(tǒng)計(jì)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：用以連接虹膜采集終端、虹膜識(shí)別終端、虹膜驗(yàn)證服務(wù)器、虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、考試管理服務(wù)器、考試數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及管理終端的網(wǎng)絡(luò)，可以是局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。

(二)虹膜識(shí)別身份驗(yàn)證工作原理

考生虹膜識(shí)別與身份驗(yàn)證的總思路是先對(duì)參加考試的所有考生進(jìn)行虹膜信息的采集，創(chuàng)建起考生身份證、學(xué)號(hào)與考生虹膜特征編碼的對(duì)應(yīng)信息庫(kù)，建立起每一考場(chǎng)教室與虹膜識(shí)別設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系用來(lái)約束每一考場(chǎng)考生只能用與該考場(chǎng)教室建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系的虹膜識(shí)別設(shè)備來(lái)識(shí)別虹膜，然后將上述的兩種關(guān)系與考試時(shí)間、考試科目、考點(diǎn)等數(shù)據(jù)建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而當(dāng)考生進(jìn)行虹膜識(shí)別后，虹膜識(shí)別系統(tǒng)可判斷出該考生是否是在規(guī)定的時(shí)間段，在規(guī)定的考場(chǎng)教室參加規(guī)定的科目考試。

虹膜采集?？荚嚽?，由管理人員用虹膜采集終端對(duì)學(xué)生眼睛進(jìn)行拍照形成虹膜圖像，經(jīng)圖像預(yù)處理后轉(zhuǎn)變成虹膜特征編碼并發(fā)送到虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立考生身份證與虹膜特征編碼的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，為日后的虹膜識(shí)別提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

考場(chǎng)機(jī)器碼初始化?？荚嚽?，在每個(gè)考場(chǎng)教室預(yù)設(shè)一臺(tái)虹膜識(shí)別終端，系統(tǒng)管理員利用考場(chǎng)主機(jī)檢測(cè)軟件對(duì)各考場(chǎng)虹膜識(shí)別終端進(jìn)行掃描，提取每臺(tái)虹膜識(shí)別終端CPU、主板、硬盤、網(wǎng)卡等多種硬件部件的序列號(hào)，然后進(jìn)行一系列的加密、散列運(yùn)算形成一串由二進(jìn)制編碼組成的機(jī)器碼，然后建立虹膜識(shí)別終端機(jī)器碼與考場(chǎng)教室編號(hào)的一對(duì)一關(guān)系，存入考試管理數(shù)據(jù)庫(kù)中。這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系再與《考試安排表》及《考點(diǎn)座位表》中的有關(guān)信息字段建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而可確定出考生是否是在規(guī)定的時(shí)間段，在規(guī)定的考場(chǎng)教室參加規(guī)定的科目考試。

考場(chǎng)數(shù)據(jù)初始化。目前，各教育考試機(jī)構(gòu)已經(jīng)有自己的考試管理系統(tǒng)，為便于實(shí)現(xiàn)與這些考試管理系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，通常，在考試前由系統(tǒng)管理員將原考試管理系統(tǒng)導(dǎo)出的EXCEL格式的《考試安排表》及《考點(diǎn)座位表》等考試數(shù)據(jù)導(dǎo)入本系統(tǒng)的考試管理數(shù)據(jù)庫(kù)中。導(dǎo)入后的考場(chǎng)數(shù)據(jù)將與考生虹膜信息、考場(chǎng)虹膜設(shè)備等數(shù)據(jù)共同構(gòu)成考生身份驗(yàn)證的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，《考試安排表》中關(guān)鍵的信息字段有：考試時(shí)間、考試科目、考場(chǎng)號(hào)及考試教室。《考點(diǎn)座位表》中關(guān)鍵的信息字段有：學(xué)號(hào)、身份證號(hào)、考場(chǎng)號(hào)、考試時(shí)間、試卷號(hào)、試卷名稱與考點(diǎn)代碼。

考生虹膜識(shí)別與身份驗(yàn)證?？荚嚬芾碚咄ㄟ^(guò)虹膜識(shí)別終端掃描考生的虹膜，將采集轉(zhuǎn)換后的虹膜特征碼發(fā)送到虹膜驗(yàn)證服務(wù)器的服務(wù)程序，該程序?qū)⒋?yàn)證的虹膜特征編碼與虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的虹膜特征編碼進(jìn)行高速查詢比對(duì)，然后返回虹膜識(shí)別終端比對(duì)結(jié)果。如果虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)中存在該考生虹膜編碼，則取得考生身份證號(hào)，然后獲取本考場(chǎng)教室的虹膜識(shí)別終端機(jī)器碼，通過(guò)查詢《考場(chǎng)機(jī)器碼》表得到考試教室編號(hào)，進(jìn)一步關(guān)聯(lián)考試數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的《考試安排表》與《考點(diǎn)座位表》，查詢是否存在該考生的身份證號(hào)，若存在，則考生身份識(shí)別驗(yàn)證通過(guò)，虹膜識(shí)別終端上顯示出考生相關(guān)信息并給出識(shí)別通過(guò)的語(yǔ)音提示，同時(shí)記錄下該考生識(shí)別簽到的時(shí)間。如果查詢不到該考生的身份證號(hào)，則說(shuō)明該考生在當(dāng)前時(shí)間段不應(yīng)該在本教室參加考試，考生身份驗(yàn)證不通過(guò)，虹膜識(shí)別終端上給出識(shí)別失敗的語(yǔ)音提示。如果虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)中不存在該考生虹膜特征碼，則考生身份識(shí)別驗(yàn)證不通過(guò)，虹膜識(shí)別終端上給出識(shí)別失敗的語(yǔ)音提示，此時(shí)可由監(jiān)考教師對(duì)其進(jìn)行人工處理。

(三)軟件功能

考生虹膜識(shí)別身份驗(yàn)證系統(tǒng)的軟件功能分別通過(guò)虹膜采集、考生信息、考場(chǎng)機(jī)器碼、考場(chǎng)安排、考點(diǎn)座位、虹膜識(shí)別、虹膜驗(yàn)證、系統(tǒng)管理以及查詢統(tǒng)計(jì)等模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

虹膜采集:實(shí)現(xiàn)虹膜圖像獲取、虹膜定位、圖像歸一化、圖像增強(qiáng)，虹膜特征點(diǎn)提取以及虹膜特征編碼功能?？忌畔⒐芾恚簩?shí)現(xiàn)考生基本信息的管理?？紙?chǎng)機(jī)器碼管理：實(shí)現(xiàn)考場(chǎng)虹膜識(shí)別終端與考場(chǎng)教室的管理功能?？紙?chǎng)安排管理：實(shí)現(xiàn)考試時(shí)間、考試科目、考場(chǎng)號(hào)及考試教室的管理功能?？键c(diǎn)座位管理：實(shí)現(xiàn)考生學(xué)號(hào)、身份證號(hào)、考場(chǎng)號(hào)、考試時(shí)間、試卷號(hào)、試卷名稱與考點(diǎn)代碼的管理功能。虹膜識(shí)別：在虹膜采集功能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與虹膜驗(yàn)證服務(wù)程序的交互。虹膜驗(yàn)證：將請(qǐng)求驗(yàn)證的虹膜特征編碼與虹膜數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存儲(chǔ)的虹膜特征編碼進(jìn)行比較并返回比較結(jié)果。查詢統(tǒng)計(jì)：實(shí)現(xiàn)組合條件查詢與統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段內(nèi)參加考試或缺考考生信息。系統(tǒng)管理：實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)、人員、角色、權(quán)限、菜單的管理。

三、結(jié)語(yǔ)

考試管理是教育的重要一環(huán)，考試信息化對(duì)于確?？荚嚨墓焦?提高管理人員的工作效率具有重要的作用。將當(dāng)今先進(jìn)的虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于考生的身份認(rèn)證是考試信息化的一項(xiàng)重要技術(shù)革新，是提升考生身份驗(yàn)證工作管理水平的技術(shù)保障。

[1]J.Daugman.Iris Recognition[J]. American Scientist, 2001(4).

[2]J.Daugman. How Iris Recognition Works[J]. IEEE Transactions on Circuits & System for Video Technology,2004(1).

[3]張亞濤，魏凱斌.基于虹膜的網(wǎng)絡(luò)身份驗(yàn)證系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2008(9).

本文責(zé)編：趙鳳媛

Research on the Application of Iris Recognition Technology in the Examinee Identification

Du Junzhen

(Shanxi TV University, Taiyuan, Shanxi, 030027)

With the development of biological recognition technology, the identification based on iris recognition has gradually begun to be applied in more and more areas. For a long time, the examinee identification has always been a problem in the examination management, there are errors in judgment or other interference of human factors in artificial examinee identification. In view of this situation, we need to use the advanced technology and apply the iris recognition technology to the examinee identification in order to effectively improve the level of management work of examinee identification from the technical aspect.

iris recognition; identification; databases

2016—10—18

杜駿震(1963—)，男，山西太原人，山西廣播電視大學(xué)，副教授。

G728

B

1008—8350(2017)01—0006—03