Human iris biometry

Abstract

This project exposes the implementation of an iris based biometric system, from the theoretical basis to the implementation of it by examining different types of methods described in other documents. The human iris structure remains invariant over the time containing several easily identifiable structures, believed to be unique to each person. This information is extracted by using mathematical pattern-recognition techniques to obtain a characteristic iris code which can be used in identification systems. The recognition principle is the failure of a test of statistical independence on the iris codes since two different iris codes should not agree in more than a half of their bits. The operating principle is as follows: first the system has to localize the inner and outer boundaries of the iris (pupil and limbus) in an image of an eye. Further subroutines detect and exclude eyelids, eyelashes, and specular reflections that often occlude parts of the iris. The set of pixels containing only the iris, normalized by a rubber-sheet model to compensate for pupil dilation or constriction, is then analyzed to extract an iris code encoding the information needed to compare two iris images. The code generated by imaging an iris is compared to stored template(s) in a database. If the Hamming distance is below the decision threshold, a positive identification outcomes due to the statistical improbability that two different persons could agree by chance in so many bits, given the high entropy of iris templates. The iris segmentation and normalization process is challenging due to the presence of eyelashes, eyelids, and reflections that may occlude regions of the iris. Furthermore, the dilation of pupils due to different light illuminations and the inconvenient that the iris and the pupil are not concentric cause this type of biometry to be quite complex.

Este proyecto expone la implementación de un sistema biométrico basado en el iris, desde la base teórica hasta la implementación del mismo por mediante el estudio de diferentes metodos descritos en otros documentos. La estructura del iris humano permanece estable a lo largo del tiempo conteniendo esta varias estructuras fáciles de identificar, las cuales son consideradas únicas en cada persona. Dicha información es extraida mediante técnicas matemáticas de reconocimiento de patrones para obtener así un código asociado al iris que puede ser utilizado en sistemas de autenticación biométrica. El principio de funcionamiento es el siguiente: primero el sistema tiene que localizar los límites interior y exterior del iris (la pupila y el limbo) en una imagen de un ojo. Posteriores subrutinas detectan y excluyen los párpados, las pestañas y las reflexiones especulares que a menudo obstruyen partes del iris. El conjunto de píxeles que contienen únicamente el iris, normalizado por un modelo conocido como ``rubber sheet model'' que compensa la dilatación o constricción de la pupila, es analizado posteriormente para extraer un código del iris que codifica la información necesaria para comparar dos imágenes del iris. El código generado mediante las imágenes de un iris se compara con una o varias plantillas almacenadas en la base de datos. Si la distancia de Hamming está por debajo del umbral de decisión, se valida la identidad de cierto individuo debido a la improbabilidad estadística de que dos personas diferentes puedan coincidir por casualidad en tantos bits del código, dada la alta entropía de las plantillas del iris. El proceso de segmentación y normalización del iris supone un reto debido a la presencia de pestañas, párpados y reflexiones que pueden obstruir las regiones del iris. Además, la dilatación de la pupila debido a los diferentes niveles de iluminación y el inconveniente que el iris y la pupila no son concéntricas conllevan que este tipo de biometría sea bastante compleja.

Aquest projecte exposa la implementació d'un sistema biomètric basat en l'iris, des de la base teòrica fins a la implementació del mateix per mitjà de l'estudi de diferents mètodes descrits en altres documents. L'estructura de l'iris humà roman estable al llarg del temps contenint aquesta diverses estructures fàcils d'identificar, les quals són considerades úniques en cada persona. Tal informació és extreta mitjançant tècniques matemàtiques de reconeixement de patrons per obtenir així un codi associat a l'iris que pot ser emprat en sistemes d'autenticació biomètrica. El principi de funcionament és el següent: primer el sistema ha de localitzar els límits interior i exterior de l'iris (la pupil·la i el limb) en una imatge d'un ull. Posteriors subrutines detecten i exclouen les parpelles, les pestanyes i les reflexions especulars que sovint obstrueixen parts de l'iris. El conjunt de píxels que contenen únicament l'iris, normalitzat per un model conegut com ''rubber sheet model'' que compensa la dilatació o constricció de la pupil·la, és analitzat posteriorment per extreure un codi de l'iris que codifica la informació necessària per comparar dues imatges de l'iris. El codi generat mitjançant les imatges d'un iris es compara amb una o diverses plantilles emmagatzemades en la base de dades. Si la distància de Hamming es troba per sota del llindar de decisió, es valida la identitat de cert individu a causa de la improbabilitat estadística que dues persones diferents puguin coincidir per casualitat en tants bits del codi, donada l'alta entropia de les plantilles de l'iris. El procés de segmentació i normalització de l'iris suposa un repte a causa de la presència de pestanyes, parpelles i reflexions que poden obstruir les regions de l'iris. A més, la dilatació de la pupil·la a causa dels diferents nivells d'il·luminació i l'inconvenient que l'iris i la pupil·la no són concèntriques comporten que aquest tipus de biometria sigui bastant complexa.