當(dāng)采集到一幅虹膜圖像后，首先要進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，再根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定其是否可用于虹膜識(shí)別" title="虹膜識(shí)別">虹膜識(shí)別。對(duì)虹膜圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)可分為4個(gè)方面：(1)對(duì)圖像總體質(zhì)量評(píng)定。判斷圖像是否聚焦清晰、亮度是否過(guò)高或過(guò)低。(2)判斷虹膜是否位于圖像中心。在采集瞬間，如果處于閉眼狀態(tài)，則虹膜不在圖像中。如果眼珠突然偏離，則采集到的圖像中虹膜因嚴(yán)重偏離圖像中心可能會(huì)引起很大的形變。(3)判斷圖像中虹膜部分是否清晰并判斷圖像中虹膜部分的大小。一方面，眼皮一般會(huì)遮蓋一部分虹膜；另一方面，由于虹膜圖像采集要求的對(duì)準(zhǔn)較嚴(yán)格，很難保證每次采集時(shí)，虹膜都完全位于圖像之中。因此，如果眼皮遮蓋過(guò)多或者位于圖像之外的虹膜面積太大，就會(huì)嚴(yán)重影響虹膜識(shí)別的效果。(4)對(duì)虹膜中有效點(diǎn)的判斷。由于存在各種干擾，在虹膜中會(huì)有一些無(wú)效的點(diǎn)。它會(huì)隨著環(huán)境的變化而變化，因此必須去除。
　　在虹膜圖像清晰度評(píng)價(jià)方面，文獻(xiàn)^[1]中提出根據(jù)聚焦因子F來(lái)判斷。其基本思想是：計(jì)算瞳孔邊緣最大" title="最大">最大梯度的平均值S，以及虹膜灰度均值與瞳孔灰度均值之差H，得到聚焦因子F=S/H。但在實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)對(duì)虹膜圖像清晰度不太敏感。通常，圖像清晰時(shí)，S變大，H也變大；圖像模糊時(shí)，S變小，H也變小。另外，McHugh等提出一種頻譜的方法^[2]，其基本思想是：計(jì)算虹膜圖像在高頻域的能量，該域能量越高，圖像清晰度越好。
　　本文從4個(gè)方面對(duì)虹膜圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)" title="圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)">圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)圖像亮度和清晰度對(duì)圖像總體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)；通過(guò)檢測(cè)瞳孔是否位于中心來(lái)判斷虹膜是否位于圖像中心；確定虹膜不可用部分并評(píng)價(jià)虹膜清晰度，以剔除不能用于識(shí)別的虹膜圖像；通過(guò)判斷虹膜中有效點(diǎn)的方法去除虹膜中的各種噪聲，采用灰度差分評(píng)價(jià)虹膜的聚焦?fàn)顟B(tài)和清晰度。在虹膜檢測(cè)方面，選用Daugman提出的一種非常穩(wěn)健的圓形輪廓算子^[3]來(lái)定位可能的虹膜，并利用圓形邊緣梯度、虹膜半徑、虹膜半徑的上下限、瞳孔半徑與虹膜半徑之比的上下限、瞳孔相對(duì)于虹膜的偏心率的上下限、瞳孔區(qū)域的平均灰度值以及瞳孔區(qū)域的灰度方差與平均灰度值的比值等特征來(lái)校驗(yàn)其可信度。
1 對(duì)圖像總體質(zhì)量評(píng)定
　　在進(jìn)行虹膜定位前，先對(duì)采集到的虹膜圖像進(jìn)行總體質(zhì)量評(píng)定。主要是對(duì)圖像亮度與圖像總體清晰度進(jìn)行判斷。
1.1 圖像亮度判斷
　　設(shè)圖像的平均灰度為DC，則要求DC滿足：L₁＜DC＜L₂，其中L₁和L₂為門限值。若DC＜L₁，表明圖像亮度過(guò)低；若DC>L₂表明圖像亮度過(guò)高。
1.2 圖像總體清晰度判斷
　　設(shè)圖像的灰度公布為I(x，y)，則灰度的微分算子為：
　　
　　要求△I滿足△I>L₃，L₃為設(shè)定的門限值，否則表示圖像不夠清晰。
2 虹膜是否嚴(yán)重偏離圖像中心的檢測(cè)
　　在實(shí)際采集中，經(jīng)常會(huì)有人在瞬間眨眼而無(wú)法采到虹膜，或因眼球轉(zhuǎn)動(dòng)而使采集角度發(fā)生大的變化，采得的虹膜圖像也發(fā)生很大的形變，因此在定位虹膜前必須對(duì)虹膜離中心的偏離程度進(jìn)行檢測(cè)。
　　要檢測(cè)虹膜是否位于圖像中心，其實(shí)就是看瞳孔是否位于圖像的中心范圍，而瞳孔的的灰度很低，可以通過(guò)灰度判斷哪些點(diǎn)是瞳孔中的像素。在圖像的中心區(qū)域S中如果滿足：I(x，y)＜L₄的像素總數(shù)N滿足：N>L₅，則認(rèn)為虹膜是處于圖像的中心，L₄為瞳孔灰度門限值，L₅為設(shè)定的像素?cái)?shù)量門限值。
3 虹膜質(zhì)量檢測(cè)
　　虹膜與瞳孔近似于圓形，因此可以用圓形模板來(lái)提取可能的虹膜邊界和瞳孔邊界(即虹膜內(nèi)邊界)。由于可能的虹膜邊界和瞳孔邊界所界定的部分不一定是虹膜，因此，有必要根據(jù)虹膜的某些其他特征進(jìn)一步檢驗(yàn)，以增強(qiáng)虹膜檢測(cè)的可信度。
3.1 虹膜定位
　　Daugman曾提出一種圓形輪廓算子來(lái)定位可能的虹膜^[3]，其圓形輪廓算子如下：
　　
　　其中，I(x，y)為圖像灰度分布，Gσ(r)是尺度為σ的高斯函數(shù)，ds是一段以(x₀，y₀)為圓心、以r為半徑的圓弧。公式(2)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)圓形邊界探測(cè)器，它通過(guò)不斷迭代求解以(x₀，y₀)為圓心的、弧在半徑r方向的最大梯度來(lái)確定(r，x₀，y₀) 3個(gè)參數(shù)。
　　為快速有效地定位可能的虹膜， 對(duì)瞳孔和虹膜的定位都采用粗細(xì)二步定位。具體采取以下措施：
　　(1)通過(guò)判斷是否是瞳孔中的像素點(diǎn)對(duì)瞳孔進(jìn)行粗定位。
　　(2)利用光斑灰度大的特點(diǎn)，去除瞳孔中的光斑。
　　(3)利用式(2)在粗定位的基礎(chǔ)上對(duì)瞳孔精確定位。
　　(4)直接利用粗定位瞳孔的圓心為中心對(duì)虹膜外沿進(jìn)行粗定位。在實(shí)現(xiàn)中由于眼皮有時(shí)會(huì)遮蓋部分虹膜，甚至?xí)谏w部分瞳孔，為盡量減小眼皮對(duì)虹膜定位的影響，把積分域限定在-π/4～π/4及5π/4～7π/4內(nèi)。
　　(5)在粗定位出的虹膜外沿基礎(chǔ)上利用式(2)對(duì)其進(jìn)行精確定位。
　　對(duì)搜索范圍可以進(jìn)行限定。設(shè)虹膜參數(shù)為(R，X₀，Y₀)，瞳孔參數(shù)為(r，x₀，y₀)。對(duì)于一個(gè)虹膜采集系統(tǒng)" title="采集系統(tǒng)">采集系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，圖像中瞳孔半徑的上下限、虹膜外沿半徑的上下限、瞳孔半徑與虹膜半徑之比的上下限以及瞳孔相對(duì)于虹膜的偏心率的上下限可以由統(tǒng)計(jì)預(yù)先得到。即R、r的范圍可以限定，虹膜中心坐標(biāo)(X₀，Y₀)的大致范圍在瞳孔中心坐標(biāo)(x₀，y₀)確定后也可以限定。
　　瞳孔中心坐標(biāo)(x₀，y₀)的近似位置可以由圖像的水平投影量曲線和垂直投影量曲線得到。如果圖像中存在虹膜部分，則水平投影量曲線和垂直投影量曲線的最小值處將分別近似對(duì)應(yīng)于瞳孔中心坐標(biāo)(x₀，y₀)^[4]。
3.2 對(duì)定位出的虹膜質(zhì)量判定
　　在定位出的虹膜圖像中取如下的2個(gè)區(qū)域，其區(qū)域選取圖如圖1所示。

　　(1)從r到R的整個(gè)圓環(huán)區(qū)域。
　　(2)圖1中的黑色區(qū)域。
　　去除上下眼皮對(duì)虹膜的干擾噪聲，取較純凈的虹膜圖像。在區(qū)域(2)中，求出各像素的灰度值與整個(gè)區(qū)域(2)中的平均灰度值E之差的絕對(duì)值△2，設(shè)△2的平均值為，則要求L₆＜＜L₇，其中，L₆和L₇分別為設(shè)定的上、下門限值。同時(shí)要求區(qū)域(2)中的每個(gè)像素由(1)式求得的△I值滿足：L₈<△I＜L₉，L₈和L₉為門限值。
　　在區(qū)域(1)中，統(tǒng)計(jì)灰度滿足L₁₀＜I＜L₁₁的像素?cái)?shù)量S₁，其中
　　L₁₀=2+E　　　　(4)
　　L₁₁=E-2　　　　(5)
　　設(shè)區(qū)域(1)中總的像素?cái)?shù)量為S₀，則要求：S₁/S₀>3/5，從而保證了虹膜圖像中有60%以上的虹膜存在。
4 虹膜中有效點(diǎn)的判斷
　　在定位出的虹膜區(qū)域中，利用求S₁的方法進(jìn)行判斷，其中與E分別為在整個(gè)虹膜區(qū)域中算出的與E。對(duì)不滿足L₁₀＜I＜L₁₁的點(diǎn)加上無(wú)效標(biāo)志，并要求無(wú)效點(diǎn)的數(shù)量S₂滿足S₂＜L12。在進(jìn)行虹膜匹配時(shí)只對(duì)有效點(diǎn)操作。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　圖2是用紅外光源通過(guò)CCD攝像頭從距眼睛35cm處攝得640×480的眼部" title="眼部">眼部圖。