于光照强度及虹膜震颤的变化，瞳孔的大小会发生变化，而且在虹膜纹理中发 生的弹性变形也会影响虹膜模式匹配，因此，为了实现精确的匹配，必须对定位后的虹膜 图像进行归一化，补偿大小和瞳孔缩放引起的变异。归一化虹膜图像，虹膜内外边界都为 圆形，可以使用极坐标方法进行归一化，以瞳孔中心为起点，以虹膜内外边界的交点坐标 分别为（xi(H)，yi(H))和（xO(H)，y0 (H))，则利用式（1)，即
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[0068] 可将虹膜图像中的每个点一一映射到极坐标（r，H)中。由于上下眼皮会遮挡虹 膜的顶端，为了排除这部分，以瞳孔为中心，逆时针截取的虹膜区域，然后将截取135度-360度的虹膜区域在极坐标中展成矩形大小为40 *256像素，使矩形的行对应虹膜的半 径，列对应所取的角度。
[0069]Haar小波变换的虹膜识别算法，包括以下步骤，
[0080] 这里选择Haar小波的原因是它具有正交性、紧致性及广义线性相位。本项目提 出的基于Haar小波变换的虹膜识别算法无论从速度和识别准确率上都可以满足识别的要 求.这种算法由于缩短了编码长度，从而减少了计算量，提高了编码速度，有利于实时 识别，实验结果表明算法具有良好的鲁棒性。
[0081] 多尺度二维Gabor滤波技术，人眼的虹膜从形状到纹理结构具有许多可供区分、 鉴定的特征，为了提取这些特征信息，需对虹膜图像进行分解，对从中提取的信息编码。现 在最常用的特征提取算法为利用Gabor函数对图像滤波，提取相位信息编码。
[0082] 二维Gabor函数是一维Gabor函数的二维拓展形式，引入高斯函数作为其窗函数。 在窗形区域内，该函数与人眼视觉细胞的二维接受域波形极其相似，适合分析图像不同频 率的细节信息，而通过参数调整，可以使Gabor函数具有不同的空间局部化特征，如方向选 择性、频率选择性和二次相位关联性。
[0083] 在提取了虹膜图像的特征信息后，要对其进行分类，以达到识别图像的目的。本 文提出了两种匹配方法对虹膜图像进行识别，一种是计算图像特征值之间的加权欧式距离 (WED)的方法，另一种是利用学习了足够特征信息的BP神经网络对图像进行识别的方法。
[0084] 计算图像特征值之间的加权欧式距离（WED)的方法，包括以下步骤：先将参考图 片的特征向量编译成.mat文件保存，再对测试图片提取特征向量并分别载入，用算法计算 待测图像特征值与每幅标准图像特征值间的WED值，将结果一一对比，通过算法得到最小 TOD值的序号和数值；若待测虹膜特征值的WED在k时最小，并且此WED值小于设定的阈 值，则认为待测虹膜是第k个虹膜，从而识别出虹膜，达到身份鉴定的目的；加权欧式距离 (WED)的定义，其中Ai代表第i个子图的加权系数，BN和N分别代表子图的数目和从每个 子图提取的特征总数。f(i，j)和fk(i，j)分别代表未知虹膜和第k个虹膜中第i个子图的 第j个特征分量。
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[0086] 新工器具采购完成准备入库时，需要将每个工器具都贴上RFID标签。在向数据 库录入工器具的信息时，还需要将其置于RFID读写器处，让读写器将写入系统为该工器 具分配的ID号写入标签条形码中。此后，当有工器具需要变更状态时，如借出、报修、归还 等，都需要持工器具从RFID读写器前通过，RFID读到标签，传给系统，系统根据功能需求 自动进行相关处理。
[0087] 试验结果表明，用两种方法对虹膜图像进行识别的效果都比较理想，WED法的计算 结果清楚明了，便于比较，准确率高，但判断耗费的时间较BP神经网络长；神经网络需要训 练特征，对样本数量的需求比WED法大，但判断时间短，输出结果简单直观，便于分析。若改 进神经网络的输入样本特征类型，有望提高神经网络识别虹膜图像的准确率；而WED法受 图像的拍摄角度和拍摄距离的影响较大，若要减弱这种影响，提高识别的准确率，需要对提 取特征的算法作进一步的改善。在图像预处理方面，选用灰度阈值和Haar小波变换的方法 分别对虹膜内外边界定位，并实现预期功能；通过算法实现对虹膜图像归一化以及直方图 均衡的处理以突出其纹理特征。在特征提取方面，选取了多尺度二维Gabor滤波器方法对 虹膜图像滤波，编程实现提取滤波后图像的信息；选择滤波后图像的平均绝对偏差作为特 征值，利用算法将其编译成特征向量保存，进而对虹膜图像识别，鉴别效果达到预期。系统 的先进性；1)该项目首次采用了基于Haar小波变换与WED法相结合的高速智能虹膜身份 识别技术，使生物识别的安全性、唯一性和识别速度都有了较大提高；2)该项目将虹膜身份 识别技术、RFID条形码技术及无线网络技术一体化设计，接线简单、安装方便，降低了成本， 便于推广。3)该项目将人员身份识别系统和设备、工器具管理系统有机结合，使用方便、减 少投资，增加了经济效益，提高企业的安全管理效率。该项目研制的"基于虹膜算法的智能 安全管理系统"将最新的虹膜生物识别技术、RFID条形码技术，并结合无线网络应用，为用 户提供准确快捷的人员、资产设备数据收集、统计、管理，实现对重要场所的人员出入管理 及整个资产设备生命周期包括对资产设备的跟踪、定位、维修保养等进行实时跟踪管理，提 高了生产管理水平。采用基于Haar小波变换与WED法相结合的高速智能虹膜身份识别技 术为基础算法，并将虹膜身份识别技术、RFID技术及无线网络技术相结合，研制出基于虹膜 算法的智能安全管理系统，为用户提供准确快捷的对人员信息、设备工具数据进行收集、管 理，同时实现人员和设备双重安全。该系统采用模块化硬件结构，使系统可靠性、准确性、识 别速度都有明显提高，该成果体现的高安全性和非接触性，是其他生物识别系统无法比拟 的。本系统设计新颖合理，可靠性高、准确性高，功能完备，操作简单，灵活性强，可扩 展性强，使用效果好，便于推广使用。
【主权项】
1. 一种基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：包括门禁、与门禁连接 的可编程控制器、粘贴于工具上RFID标签、安装于工器具室外与可编程控制器连接的室外 虹膜测试仪和安装于工器具室内与可编程控制器连接的室内虹膜测试仪。2. 如权利要求1所述的基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：所述可 编程控制器连接有虹膜存储模块、标签信息存储模块、人员及工具记录存储模块，所述标签 信息存储模块连接有RFID标签阅读模块，所述门禁连接有时钟模块。3.如权利要求1所述的基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：所述可 编程控制器连接有室内光源和室外光源，所述RFID标签内置gps定位模块。4.如权利要求2所述的基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：工器具 室内设有电磁波防盗系统；所述RFID标签设置在工器具的凹槽内，所述凹槽内设有与之相 匹配的密封透镜。5.如权利要求3所述的基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：工器具 室外的地面设有按压开关，所述按压开关与光源连接，所述RFID标签阅读模块前设有限位 转盘。6. 如权利要求1所述的基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，其特征在于：旋转盘 下设有控制限位转盘转动的刹车机构；所述刹车机构包括设置于限位转盘底座内伸缩端 与限位转盘转轴相对应的电动推杆，所述电动推杆的伸缩端固设有转轴相匹配的弧形刹车 片，所述刹车机构与可编程控制器连接。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于虹膜算法的电力智能安全管理装置，包括门禁、与门禁连接的可编程控制器、粘贴于工具上RFID标签、安装于工器具室外与可编程控制器连接的室外虹膜测试仪和安装于工器具室内与可编程控制器连接的室内虹膜测试仪，所述可编程控制器连接有虹膜存储模块、标签信息存储模块、人员及工具记录存储模块，所述标签信息存储模块连接有RFID标签阅读模块，所述门禁连接有时钟模块。为电力部门提供准确快捷的对人员信息、设备工具数据进行收集、管理，实现对每个作业人员每次领取的物品进行准确登记，防止工具丢失，同时实现人员和设备双重安全。
【IPC分类】G06K9/00, G07C9/00, G06K17/00
【公开号】CN204791051
【申请号】CN201520243058
【发明人】王瑞琦, 王柳, 王东, 刘娅, 郭锐, 万涛, 赵毅
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司驻马店供电公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年4月21日