基于自適應神經模糊分形網絡(ANFFractalNet)的虹膜識別技術研究及其在生物安全領域的應用

《Biomedical Signal Processing and Control》:ANFFractalNet: Adaptive neuro-fuzzy FractalNet for iris recognition

【字體: 時間:2025年05月06日 來源:Biomedical Signal Processing and Control 4.9

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  針對虹膜識別技術在實際應用中存在的圖像質量敏感、噪聲干擾及非理想條件性能下降等問題,研究人員提出融合自適應神經模糊推理系統(ANFIS)與分形網絡(FractalNet)的ANFFractalNet模型。通過Kuwahara濾波、RoI提取預處理及Daugman橡皮片模型分割,結合LDPV/FREAK特征提取,最終實現91.594%準確率與0.084%損失值,顯著提升復雜場景下的識別魯棒性,為邊境安檢、移動支付等生物識別應用提供新方案。

  

虹膜識別作為生物特征識別領域的核心技術,因其獨特的紋理穩定性和高安全性,被廣泛應用于邊境管控、金融支付等領域。然而,現有技術面臨非合作環境下圖像質量差、噪聲干擾(如睫毛遮擋、離軸旋轉)等挑戰,導致識別準確率下降。傳統卷積神經網絡(CNN)雖能自動提取特征,但對復雜虹膜紋理的適應性不足。針對這一瓶頸,研究人員開發了ANFFractalNet模型,通過融合自適應神經模糊推理系統(ANFIS)與分形網絡(FractalNet),結合多階段預處理與特征優化,顯著提升識別性能。該成果發表于《Biomedical Signal Processing and Control》,為生物安全領域提供了更可靠的解決方案。

研究采用Kuwahara濾波消除圖像噪聲,通過感興趣區域(RoI)提取定位虹膜,并利用Daugman橡皮片模型完成幾何歸一化分割。特征提取階段整合局部差分模式向量(LDPV)、快速視網膜關鍵點(FREAK)及統計特征,最終通過ANFFractalNet實現分類。模型在測試中達到91.594%準確率,錯誤接受率(FAR)和錯誤拒絕率(FRR)分別低至0.537%和2.482%。

Proposed ANFFractalNet for iris recognition
研究提出ANFFractalNet通過分層結構處理虹膜紋理復雜性:ANFIS模塊優化模糊規則以應對光照變化,FractalNet的殘差連接增強深層特征表達能力。實驗表明,該模型在CASIA-IrisV4等數據集上優于MobileNet v2等基線方法。

Results and Discussions
對比分析顯示,ANFFractalNet的損失值(0.084%)較傳統CNN降低32%,且對離軸旋轉圖像的魯棒性提升顯著。消融實驗證實,聯合LDPV與FREAK特征可使FAR降低1.8個百分點。

Conclusion
該研究突破了非理想條件下虹膜識別的技術瓶頸,ANFFractalNet的透明決策機制(通過ANFIS規則可視化)增強了模型可解釋性。未來可擴展至多模態生物識別系統,推動機場安檢等場景的自動化升級。

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