前言：本文作者团员seventy，有10年智能硬件相关工作经验，最近两年从智能卡切换到虹膜识别领域，负责移动虹膜终端产品项目。本文以如何做一个虹膜识别手机为例，跟大家分享一下虹膜识别的原理、典型设计方案和虹膜识别终端项目常规的实施过程。

01

—

启蒙篇

古人云：知人知面不知心。是真的吗？

古人又云：眼睛是心灵的窗户。是真的吗？

古人还说了：虹膜是身份的象征。是真的吗？ 

你是谁？

虹膜即是你，你即是虹膜。

你从哪里来？

虹膜随你来。

你要去哪里？

虹膜伴你行。

02

—

原理篇

2.1 什么是虹膜？

虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状区域，在红外光下呈现出丰富的纹理信息，如斑点、条纹、细丝、冠状、隐窝等细节特征。

2.2 虹膜识别的原理是什么？

虹膜识别技术通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份，其核心步骤是使用模式识别、图像处理等方法对人眼睛的虹膜特征进行描述、匹配和分类，从而实现自动的个人身份认证。

2.3 虹膜作为身份标识具有哪些先天优势？

唯一性：虹膜的形态由DNA以及胚胎发育过程的随机干扰而定，所以每个人都具有独一无二的虹膜纹理，自然界不可能出现完全相同的两个虹膜，即使是同一个人的左右眼或者是同卵双胞胎，其虹膜纹理也有显著差异。

稳定性：

虹膜从婴儿胚胎期的第3个月起开始发育，到第8个月虹膜的主要纹理结构已经成形。除非经历危及眼睛的外科手术，此后几乎终生不变。由于角膜的保护作用，发育完全的虹膜不易受到外界的伤害。

非接触式采集：

虹膜是一个外部可见的器官，不必紧贴采集装置就能获取合格的虹膜图像，识别方式相对于指纹、手形等需要接触感知的生物特征更加干净卫生，不会污损成像装置，影响其他人的识别。

2.4 虹膜图像怎么获得？

“小孔成像”的原理还记得吗？

两大核心部件：虹膜摄像头&红外LED灯。

虹膜摄像头的作用是什么？

虹膜成像系统的一部分。由传感器（Sensor）、镜头（Lens）和其它组件构成，通常称作“虹膜模组”。

传感器的作用是什么？

收集、记录光线信息，并将光线信息转换成电流信号。

镜头的作用是什么？

相当于“小孔成像”里的“挡板”。实际上，镜头涉及焦距、视场角（FOV）、光圈等一系列概念，这里不做过多说明，有兴趣的可自行了解。

红外LED灯的作用是什么？

虹膜在810nm红外光下呈现出丰富的纹理信息，红外灯作为成像系统的一部分，为获得虹膜图像提供光源。

2.5 虹膜摄像头与常规拍照摄像头有什么区别？

两者从外观和物理结构上是非常接近的，而且都需要驱动程序，都需要一定的图像效果参数设置。最大的区别在于虹膜摄像头是黑白的，没有其它颜色，做图像效果参数调试时，不需要考虑颜色值。

2.6 偏光片有什么用？

在虹膜识别解决方案中，红外灯光束的光学中心线与虹膜摄像头光学中心线要有一定的角度，红外灯与PCB本身没有角度，或者角度无法达到要求的时候，需要设计偏光片。

2.7 滤光片有什么用？

过滤掉不需要的光。在虹膜识别解决方案中，通常用于过滤可见光，避免对虹膜成像干扰。

03

—

算法篇

3.1 虹膜识别技术

虹膜识别技术通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份，其核心步骤是虹膜图像获取、虹膜图像处理、虹膜特征比对（如下图）。

1）虹膜图像的获取：虹膜图像需要在红外光照环境下，通过专业的虹膜摄像头采集。

2）虹膜图像的处理：通过虹膜定位把有效的虹膜区域分割出来，然后进行归一化处理，把圆环状的图像归一化为矩形的图像，便于后续的特征提取或者比对识别操作。

3）虹膜图像特征比对：这一步包含特征提取和比对两部分。特征提取及编码与算法对应，在算法确定后，特征提取和编码操作将对虹膜标准化区域进行特征提取和产生虹膜代码，并且将产生的代码以文件形式保存起来，可以用作比对识别。

3.2 关键性能指标

可以采用三个不同的百分比率度量、表示性能指标：

1）误识率FAR（Fault Accept Rate）：在某一阈值下，将来自不同虹膜的图像误识为来自相同的虹膜的个数占整个测试个数的比例；FAR=（误识的数目／测试的总数目）×100%。

2）拒真率FRR（Fault Reject Rate）：在某一阈值下，将相同的虹膜误认为是不同的，而加以拒绝的出错的个数占整个测试个数的比例；FRR=（拒识的数目／测试的总数目）×100%。

3）等错误率EER（Equal Error Rate）：FAR曲线和FRR曲线的交点，表示FAR和FRR相等时的错误率。

虹膜识别系统对于高度安全的场合是最理想的身份认证系统，在零误识率下，拒真率也很小。

04

—

方案篇

4.1 虹膜解决方案包含哪些硬件？ 

在虹膜识别解决方案中，关键的硬件主要包括：虹膜摄像头模组、红外灯、偏光片等。

1）虹膜摄像头模组，通常由模组厂提供。包括：欧菲、舜宇、信利、大凌、金康等。

2）红外灯，通常由红外灯厂提供。包括：欧司朗、亿光等。

3）偏光片，通常由偏光片厂商根据实际应用要求，做光学评估，建模制作。

4.2 典型设计方案

参看下图：

4.3 虹膜解决方案包含哪些软件？

在虹膜识别解决方案中，软件主要涉及传感器（Sensor）驱动软件、红外灯控制接口、虹膜注册识别应用软件。

1）Sensor驱动软件，点亮模组，使模组可以正常输出图像。不同的Sensor，同一型号的Sensor在不同的平台上，驱动软件是不同的，通常由Sensor厂或模组厂提供，也可与方案公司协商，由方案公司提供。

2）红外灯控制接口，由手机方案商提供可以通过软件独立控制红外灯的接口，虹膜应用软件可以通过此接口独立控制红外灯的开关。

3）虹膜应用软件，基于虹膜识别算法公司提供的SDK软件开发包和算法，由手机方案商做最终虹膜应用软件开发，比如，虹膜解锁软件。

05

—

实施篇

5.1 处理器选型

5.1.1 对处理器性能和内存有什么要求？

根据以往的项目实施经验，4个ARM Cortex-A9内核的平台，每个内核运行频率1.2 GHz 左右；双核的平台，每个内核运行频率1.6 GHz 左右，基本是最低限了。内存不应少于512M。

5.1.2 帧率有什么要求？

为了能够保证虹膜算法的可靠运行和虹膜注册识别用户体验，预览图像帧率要求大于15帧（fps），24-30帧最佳。

5.2 堆叠、样机

按照虹膜成像方案要求（如4.2布局图）做虹膜模组及红外灯堆叠，水平居中对齐、中心间距符合要求，使红外灯光照强度最强的光轴与模组光学中心在最佳使用距离处相交。

虹膜模组摆放方向，以2M虹膜模组为例，以Sensor的1920像素的长边与使用者双眼水平方向平行为准，目的是使双眼占用更多的分辨率。

红外灯及配套偏光片摆放方向，使红外灯出光方向偏向虹膜模组一侧。

5.3 虹膜图像调试

这个阶段的主要工作内容包括：

1.虹膜模组点亮出图；

2.红外灯开关控制正常，在最佳使用距离处的光照强度符合应用要求（大于400lux）；

3.虹膜图像质量符合要求，影像工程师从清晰度、对比度、噪声等维度，调试虹膜图像质量，以满足虹膜识别应用要求。

虹膜图像质量标准包括：

1.MTF评测，最佳使用距离处拍摄2lp/mm的MTF标卡图像，MTF值大于50%。

2.FRR评测，基于算法做类内比对，FRR<1%。

3.专家评测，以历史项目经验为基础，主观判断图像质量符合质量标准。

5.4 虹膜应用开发

以虹膜解锁应用为例，基于算法公司提供的SDK，在设置手机解锁方式时，选择“虹膜解锁”，调用虹膜注册接口实现虹膜特征数据录入功能；手机触发解锁时，调用虹膜识别接口，做虹膜实时比对，比对成功，即解锁，否则，解锁失败。

5.5 功能/性能测试

围绕注册距离、识别距离、注册速度、识别速度、识别角度、不同光照环境下的应用性，展开功能\性能测试。

5.6 产线测试模块开发

在手机生产线需要增加两个测试机台，分别对虹膜模组清晰度和红外灯光照情况做验收测试。

模组清晰度测试，通过MTF测试软件，在最佳使用距离处拍摄2lp/mm的MTF标卡图像，根据MTF值是否符合测试要求做结果断定。

红外灯光照情况测试，通过光照测试软件，在最佳使用距离处拍摄反光板，根据光强值判断光强是否符合应用要求，是否存在光偏问题。

结语

以上是我结合多个虹膜识别终端产品的项目实施过程，提取出来的一些通用性信息，希望能够对你有用。如果有未能解释清楚的问题，或是，你有更好的实施建议补充，欢迎你留言分享，一起交流成长。

-END-

以上内容，来自饭团“AI产品经理大本营”，点击这里可关注：http://fantuan.guokr.net/groups/219/ （如果遇到支付问题，请先关注饭团的官方微信服务号“fantuan-app”）

---------------------

作者：黄钊hanniman，图灵机器人-人才战略官，前腾讯产品经理，6年AI实战经验，9年互联网背景，微信公众号/知乎/在行ID“hanniman”，饭团“AI产品经理大本营”，分享人工智能相关原创干货，200页PPT《人工智能产品经理的新起点》被业内广泛好评，下载量1万+。