5. 4.1 Introduction
• ocular regionのバイオメトリクスへの利⽤ :
1993年ごろから⼤きく活発化
指紋や顔認証と⽐較して歴史は浅い
• pupil(瞳孔),conjunctival vasculature(結膜⾎管系)等も提案されたが,
結局虹彩のみがバイオメトリクスではよく研究されている
Fig. 4.1 ocular region of the human face
10. 4.1 Introduction
• 虹彩テクスチャーのuniqueness
• ⼀卵性双⽣児の虹彩も異なるtexture
Ø エピジェネティックに,ランダムなイベントが組織の形態発⽣に影響して決まる
Ø ”the iris texture is a phenotypic trait with limited genetic penetrance”
= 遺伝⼦型から表現型へ1対1に射影されるような特徴ではない
• 虹彩認証に主に⽤いられるのはテクスチャーであって,虹彩の⾊は様々であるが重要
な役割は持たない
11. 4.2 Design of an Iris Recognition System
Typical System
1. acquisition
2. segmentation
3. normalization
4. encoding/
matching
Fig. 4.3 The block diagram of an iris recognition system
12. 4.2 Design of an Iris Recognition System
1. Acquisition
• 眼の2D画像をNIR(近⾚外)光に敏感なモノクロのCCDカメラを⽤いて取得
• 虹彩を照らすため,NIRの外部光源が⽤いられる(⼤抵はシステムに付属)
• 複数枚撮って,後の処理に望ましいもの (⼤抵1枚)を使う
2. Segmentation
• 眼周辺の画像から虹彩の範囲を特定し抜き出す
• 虹彩のinner bound(pupillary boundary),outer bound(limbus
boundary),瞼,睫⽑を検知することで⾏われる
• ここが不正確だとマッチングの正確性に⼤きく影響するので⾮常に重要
13. 4.2 Design of an Iris Recognition System
3. Normalization
• 虹彩領域をcartesian coordinatesからpseudo polar coordinatesに変換
• ⾏が偏⾓,列が動径に相当するような形式になる(unwrapped iris)
• 利点は
a. 個⼈内での瞳孔のサイズの違いに対応する
b. 異なる⼈間の虹彩を共通のimage domainにマッピングする
c. acquisitionにおける頭の傾きをシンプルな変換で補正して照合に
• unwrapped irisに,有効なiris pixelに1,無効なものに0とつける
binary maskを付加
14. 4.2 Design of an Iris Recognition System
4. Encoding and Matching
• ⼤抵は特徴抽出がmatchingの前に挟まる
• multi-resolution analysis of the iris by applying wavelet filters and
examining the ensuing response
• 2D Gabor Waveletsによって位相情報を取り出し,この位相情報は複素平⾯上
で実部と虚部の正負のみの2D binary code(iris code)に変換される
• iris code同⼠でHamming距離を計算して照合を⾏う
15. 4.2 Design of an Iris Recognition System
虹彩認証の応⽤例
• 空港での乗客および乗務員の検査
Ø 特にwatch listとのマッチングの際は⾼速性と同じだけ正確性が重要
• 炭鉱での使⽤
Ø 炭鉱では指や顔が汚れるため指紋,
顔認識等が使いにくい
Fig. 4.4 Practical examples of iris recognition systems
31. 4.4 Iris Segmentation
4.4.2 Segmentation using Geodesic Active Contours (GAC)
• 良くわかっていないが結果としてこの更新式で更新していくといけるらしい
𝜓b = −𝐾 𝑐 + 𝜀𝜅 ∇𝜓 + ∇𝜓 Z ∇𝐾
• もう少しちゃんと書くと
𝜓f,g
bh:
− 𝜓f,g
b
∆𝑡
= −𝑐𝐾j
f,g ∇𝜓b − 𝐾f,g
j
𝜀𝜅f,g
b
∇𝜓b + ∇𝜓f,g
b
Z ∇𝐾f,g
j b
• K : stopping term for the evolution
• Kʼ : modified stopping term for the evolution
• c : velocity of the evolution
• 𝜀 : degree of smoothness of the level sets
• 𝜅 : curvature of the level sets
38. 4.5 Iris Normalization
• GACではジグザグなlimbus boundaryが得られるが,円の⽅が使いやすい
• 瞼との境界よりも虹彩と強膜の境界上の点のみを使う(円に近い)
• ⽔平軸から[−30°, 0°, 30°, 150°, 180°, 210°]の6点を取り出す
• 瞳孔(pupil)の中⼼から6点の平均距離を虹彩の半径𝑅の近似値とする
• 円は瞳孔中⼼から距離𝑅以内の
GACで求めた輪郭状の点から
再びフィッティングされる
• この円が実際のlimbus boundary
の近似であるとされる
• 瞼にかぶる領域などはnoise mask
で後の処理からは除かれる
Fig. 4.15 result of circle fitting procedure for limbus
39. 4.6 Iris Encoding and Matching
• Gabor wavelet変換を⽤いてencoding = 特徴抽出する
• 2D Gabor wavelet over an image domain (𝑥, 𝑦)
𝐺 𝑥, 𝑦 = e
w<
1w12
=
Y= h
3w32
=
x=
ew;<f y2 1w12 hz2 3w32
• the wavelet in polar coordinates
𝐻 𝑟, 𝜃 = ewf| }w}2 e
w
0w02
=
Y=
e
w
f }w}2
=
x=
• Fourier変換 : 複素正弦波の重ね合わせで表現
• wavelet変換 : 縮尺を変えたwavelet関数𝜓
bw~
•
の重ね合わせで表現
40. 4.6 Iris Encoding and Matching
• 2D Gabor wavelet変換から,符号情報のみ取り出す
• normalized image 𝐼 𝜌, 𝜙 からのdemodulation, phase quantizationは
ℎƒ„,…† = signƒ„,…† ˆ
‰
ˆ
Š
𝐼 𝜌, 𝜙 ewf| }2wŠ e
w
02w‰ =
Y=
e
w
}2wŠ =
x=
𝜌 d𝜌d𝜙
Fig.4.17 An illustration of the phase
demodulation and quantization process used to
encode the iris.
42. 4.7 Iris Quality
• 取得した画像のうち,虹彩認証に使うのはlimbus boundaryとpupillary
boundaryの間の虹彩領域のみで,この領域が広く鮮明に撮れている画像を処理
にまわしたい.
• クオリティを下げる要因
a. 瞬きなどで瞼が閉じる
b. 焦点のズレ
c. 動きによるブレ
d. 均⼀でない光
e. 低解像度
f. 瞳孔の拡張
g. ⾓度のズレ
h. コンタクトのズレなど
51. 4.9 Summary
• 発⽣のランダム性によりtextural relief of an irisにはuniquenessがある.
実際のデータ上でもuniquenessは保証されている.
• しかしながら,虹彩のindividualityを保証する理論的モデルは乏しい.
• 研究者はmatch-score分布とIrisCode統計を虹彩のバイオメトリクスでの⾃由度
の指標として⽤いてきたが,誰も未だindividualityを証明するのに虹彩の⽣物学的
な根拠を直接⽤いてはいない.
• この興味深い問題は虹彩認証をDaubertʼs admissibility criteria and
Federal Rules of Evidenceに従って法廷で⽤いることと密接な関係をもつ.
52. 4.9 Summary
• conjunctival vasculatureなどの他の⽬の周りの「特徴と虹彩を組み合わせること
で,研究者たちはロバストでocular-basedな,光が好ましくなく対象が動き遠距離
からという環境でも動作するバイオメトリクスシステムを開発できるかもしれない.
• skin texture, facial marks around the eyeとocular regionの特徴を組み
合わせることはface-basedなバイオメトリックシステムのパフォーマンスを向上させる.