بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله جزئیات طراحی یک سیستم شناسایی اتوماتیک افراد بـا اسـتفاده از مشخصـات یکتـای عنبیـه مـورد بررسی قرار می گیرد. در این سیستم ابتدا مرز های درونی و بیرونی عنبیه بـا اسـتفاده از اعمـال اپراتـور هـای لبـه یـاب حلقوی استخراج شده و سپس برای جلوگیری از وابستگی الگوریتم به تغییرات اندازه، که امـری اجتنـاب ناپـذیر مـی باشد، ناحیه عنبیه به فضای قطبی بدون بعد نگاشته می شود. برای افزایش سرعت اجرای مدول لبه یاب از تصاویری بـا تفکیک مکانی متفاوت استفاده شده است. پس از نگاشت به فضای قطبی، کیفیت تصویر حاصل با استفاده از تکنیک های پردازش تصویر بهبود یافته و در مرحله بعد با استفاده از تبدیل موجک گابور مشخصات یکتای موجود در بافـت عنبیه استخراج شده و کد می گردد. با توجه به درجه آزادی بسیار بالای بافت عنبیه، سیستم بـا احتمـال بسـیار بـالایی قادر به تفکیک اشخاص خواهد بود. در این مقاله برای آزمایش کـارایی الگـوریتم از پایگـاه داده ای متشـکل از 756
عنبیه استفاده شده که نتایج بدست آمده نشاندهنده کارآیی بسیار بالای الگوریتم می باشد.
کلمات کلیدی: سیستم شناسایی عنبیه، تبدیل موجک گابور، فضای قطبی بدون بعد.
-1 مقدمه
امروزه با گسترش روز افزون سیستم های الکترونیکی و تکنولوژی اطلاعـات، مبحـث شناسـایی اتوماتیـک افـراد از اهمیـت بـه سزایی برخوردار است. استفاده از کارت های هوشمند و کلمات رمز به عنوان راه حلی مد نظر می باشند که علی رغـم مزایـای زیاد مشکلاتی را برای کاربران ایجاد می کنند. از جمله این مشکلات می توان به احتمال گـم شـدن کـارت هـا و یـا فراموشـی کلمه رمز اشاره کرد. برای رفع اینگونه مشکلات، استفاده از مشخصه های یکتای بیولوژیکی اشـخاص راه حـل قابـل قبـولی بـه نظر می رسد. این مشخصه ها از تنوع زیادی برخوردار بوده و هر کدام برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قـرار مـی گیرنـد.
در میان این مشخصه ها، عنبیه به علت برخوردار بودن از بافتی یکتا و قابلیت اسـتخراج اطلاعـات از آن بـدون ایجـاد مزاحمـت برای افراد برای استفاده در مکان های بسیار امن، انتخاب بسیار خوبی می باشد.
در یک سیستم شناسایی افراد از روی مشخصه های یکتای عنبیه، ابتدا باید از عنبیه شـخص مـورد نظـر تصـویر بـرداری نمـود.
برای این منظور روش های مختلفی وجود دارد، ولی ساده ترین روش استفاده از سیستمی اپتیکـی بـا قابلیـت تفکیـک مکـانی و بزرگنمایی قابل قبول بوده که با استفاده از آن می توان از فاصله ای حدود 50 سانتیمتر تصویری واضـح از عنبیـه تهیـه کـرد.[3]
پس از تصویر برداری پیش پردازش هایی برای بهبود کیفیـت تصـویر و حـذف نـویز انجـام گرفتـه و بـا اسـتفاده از آنهـا بافـت
عنبیه با کیفیت بسیار بالایی مشخص می گردد. سپس مرزهای درونی و بیرونـی عنبیـه بـا اسـتفاده از اپراتـور لبـه یـاب حلقـوی مشخص می شوند.[2],[1] در این قسمت الگوریتم بر روی تصاویری با تفکیک مکانی کمتر از تصویر اصـلی اعمـال شـده کـه این امر باعث افزایش سرعت اجرای برنامه می شود. در مرحله بعدی تصویر عنبیـه بـه فضـای قطبـی بـدون بعـد نگاشـته شـده و قسمت هایی از آن که اطلاعات زیادی در رابطه با بافت عنبیه ندارند، حذف می شود.
سپس با استفاده از تبدیل موجک گابور کد مربوطه استخراج می گردد. پس از استخراج با استفاده از عملگر "یای انحصاری"1
به سادگی می توان رشته بیت بدست آمده را با رشته های بیت موجود در پایگاه داده مقایسه نمـود و بـر اسـاس آن شناسـایی را انجام داد. شایان ذکر است که در این مقاله بدلیل استفاده از پایگـاه داده CASIA_IrisDatabase از سیسـتم تصـویر بـرداری اپتیکی استفاده نشده است.[5]
در ادامه، ابتدا در قسمت دوم مراحل مختلف تعیین محل دقیق عنبیه بیان شده و در بخش سوم الگوریتم نگاشت به فضای بدون بعد شرح داده می شود. بخش چهارم به تشریح مراحل مختلف کد کردن عنبیه اختصاص دارد و در بخـش پـنجم، مشخصـات سیستم شبیه سازی شده و نتایج حاصل از آزمایش آن بیان می شود. بخش آخر هـم بـه جمـع بنـدی و نتیجـه گیـری اختصـاص دارد.
-2 تعیین محل عنبیه
در این مرحله هدف تعیین مرز های بیرونی و درونی عنبیه می باشد. برای این منظور اپراتور لبه یاب حلقوی با فرمول زیر مـورد استفاده قرار می گیرد[1]،:[2]
I ( x , y ) ds ∂ r , x 0 , y 0 ) G σ ( r ) ∗ max(
(1) ∫r , x0 , y 0 2πr ∂r
در این معادله x0 و y0 مراکز و r شعاع دایره های مورد آزمایش را مشخص می کند. Gσ ( r) نشان دهنـده تـابع گوسـی بـا پارامتر σ بوده و I هم تصویر عنبیه می باشد. در عبارت انتگرال، تصویر بـرای نرمـال شـدن بـر عبـارت 2πr تقسـیم شـده و سپس حاصل انتگرال محاسبه می شود. بطور خلاصه این اپراتور کمان هـایی از تصـویر کـه در آنهـا بیشـترین تغییـر در مقـادیر سطوح خاکستری صورت گرفته است را مشخص می کند. برای پیاده سازی بهینه این اپراتور بهتر است جای عملگر کانولوشن با عملگر مشتق گیر عوض شده و ابتدا مرز های داخلی عنبیه با مردمک که دارای کنتراست بیشتری است، جستجو شود. سـپس با تغییر پارامتر تابع گوسی، نواحی بیرونی مرز مشخص شده برای یافتن مرز خارجی عنبیه با صلبیه مورد جستجو قرار می گیـرد.
برای تعیین مرز های عنبیه باید به این نکته توجه کرد که در هنگام جستجو بعضی از نقاط عنبیه حذف می شوند. بعبـارت دقیـق تر کمان 90 درجه پایینی مرز عنبیه با مردمک بدلیل بازتاب نور منبع روشنایی و کمان های 90 درجـه ای بـالایی و پـایینی مـرز خارجی عنبیه بدلیل پوشیده شدن توسط پلک های چشم قابل استفاده نمی باشند. لذا در هنگام استفاده از اپراتور لبه یـاب بـرای تعیین مرز داخلی از کمان 270 درجه بالایی و برای تعیین مرز خارجی از دو کمان 90 درجه ای در چپ و راست عنبیه اسـتفاده می شود. شایان ذکر است که مرز های عنبیه کاملاً دایره ای شکل نیستند ولی در این روش با دو دایره که مراکـز آنهـا نزدیـک به هم می باشد، تخمین زده می شوند. برای پیاده سازی اپراتور لبه یاب، معادله بالا باید به فرم گسسته بازنویسی شود. برای ایـن منظور می توان از معادلات زیر استفاده کرد.
