[论文解读] A New IRIS Normalization Process For Recognition System With Cryptographic Techniques

S. Nithyanandam, K. Gayathri+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 22, 2011

Biometric Identification and Security参考文献 4被引用 13

一句话总结

本文提出了一种用于生物识别系统的新颖虹膜归一化方法，结合基于相位相关性的图像配准与二维Gabor滤波进行特征提取，并通过Reed-Solomon加密提升准确率与安全性。该系统利用Canny边缘检测与圆形霍夫变换实现虹膜边界检测，实验结果表明，通过汉明距离比较可有效实现用户身份认证。

ABSTRACT

Biometric technologies are the foundation of personal identification systems. It provides an identification based on a unique feature possessed by the individual. This paper provides a walkthrough for image acquisition, segmentation, normalization, feature extraction and matching based on the Human Iris imaging. A Canny Edge Detection scheme and a Circular Hough Transform, is used to detect the iris boundaries in the eye's digital image. The extracted IRIS region was normalized by using Image Registration technique. A phase correlation base method is used for this iris image registration purpose. The features of the iris region is encoded by convolving the normalized iris region with 2D Gabor filter. Hamming distance measurement is used to compare the quantized vectors and authenticate the users. To improve the security, Reed-Solomon technique is employed directly to encrypt and decrypt the data. Experimental results show that our system is quite effective and provides encouraging performance. Keywords: Biometric, Iris Recognition, Phase correlation, cryptography, Reed-Solomon

研究动机与目标

• 开发一种鲁棒的虹膜归一化技术，以提升生物识别系统中的识别准确率。
• 通过将Reed-Solomon编码等密码学技术直接集成到生物特征数据处理流程中，增强系统安全性。
• 解决因眼位变化与图像质量差异导致的虹膜图像配准挑战。
• 通过相位相关性与二维Gabor滤波提升特征提取与匹配性能。
• 通过在虹膜识别准确率与安全性方面的实验评估，验证系统的有效性。

提出的方法

• 使用Canny边缘检测结合圆形霍夫变换进行虹膜边界检测，以定位瞳孔与虹膜区域。
• 通过基于相位相关性的方法实现图像配准，将虹膜图像对齐至标准坐标系。
• 利用二维Gabor滤波对归一化后的虹膜区域进行编码，以提取纹理特征。
• 通过汉明距离比较量化后的特征向量实现用户身份认证。
• 直接对生物特征数据应用Reed-Solomon编码以实现加密与解密，提升系统安全性。
• 整个流程在统一框架中集成图像采集、分割、归一化、特征提取与匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 相位相关性在虹膜图像归一化中如何提升图像配准的准确率？
• RQ2 在存在噪声与变异的情况下，Gabor滤波在多大程度上增强了虹膜特征的判别能力？
• RQ3 Reed-Solomon编码的集成在不损害识别性能的前提下，对保护生物特征数据的有效性如何？
• RQ4 结合边缘检测与霍夫变换对虹膜边界检测准确率的影响如何？
• RQ5 与传统虹膜识别方法相比，所提出的系统在识别率与安全性方面表现如何？

主要发现

• 采用相位相关性的归一化方法显著提升了虹膜图像的对齐准确率，有效降低了误配准误差。
• Canny边缘检测与圆形霍夫变换的结合实现了高精度的虹膜边界可靠检测。
• 对归一化虹膜区域进行Gabor滤波可生成鲁棒的特征向量，具有高度的匹配判别能力。
• 对量化后的Gabor特征进行汉明距离比较，可实现低误码率的精确用户身份认证。
• Reed-Solomon编码有效保护了生物特征数据，表现出对篡改与未授权访问的强大抵抗力。
• 实验结果证实了系统的有效性，在识别准确率与安全性方面均表现出令人鼓舞的性能。