7/28/2019 An Implementation-Oriented Iris Recognition1

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ISPRC 2 0 0 6 I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n I n t e l l i g e n t S i g n a lP r o c e s s i n g a n d C o m m u n i c a t i o n S y s t e m s ( I S P A C S 2 0 0 6 )20 Db 3 1 Y o n a g o C o n v e n t i o n C e n t e r , T o t t o r i , J a p a nAn I m p l e m e n t a t i o n - O r i e n t e d I r i s R e c o g n i t i o n

A l g o r i t h m U s i n g P h a s e - B a s e d I m a g e M a t c h i n gK a z u y u k i M i y a z a w a * , K o i c h i I t o * , T a k a f u m i A o k i * , K o j i K o b a y a s h i t a n d H i r o s h i N a k a j i m a t

* G r a d u a t e S c h o o l o f I n f o r ma t io n S c i e n c e s , T o h o k u U n i v e r s i t yS e nd a i 9 8 0 - 8 5 7 9 J a p a nT e l : + 8 1 - 2 2 - 7 9 5 - 7 1 6 9 , F a x : + 8 1 - 2 2 - 2 6 3 - 9 3 0 8E - m a i l : m i y a z a w a g a o k i . e c e i . t o h o k u . a c j pt Y a m a t a k e C o r p o r a t i o n , T o k y o , 1 4 0 - 0 0 0 2 , J a p a nT e l : + 8 1 - 3 - 6 8 1 0 - 1 3 2 4 , E - m a i l : k o b a y a s h i - k o j i g j p . y a m a t a k e . c o mA b s t r a c t - T h i s p a p e r p r e s e n t s a p h a s e - b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n u n d e s i r a b l e v i s i b i l i t y o f i r i s i m a g e . I n o r d e r t o r e d u c e t h ea l g o r i t h m w h i c h i s s p e c i a l l y d e s i g n e d f o r s y s t e m i m p l e m e n t a t i o n . s i z e o f i r i s d a t a a n d t o p r e v e n t t h e v i s i b i l i t y o f i n d i v i d u a l i r i sI n o r d e r t o r e d u c e t h e s i z e o f r e g i s t r a t i o n i r i s d a t a a n d t o p r e v e n t i m a g e s we i n t r o d u c e 2D F o u r i e r P h a s e C o d e ( 2 D F P C ) f o rt h e v i s i b i l i t y o f i r i s i m a g e s , w e i n t r o d u c e t h e i d e a o f 2D F o u r i e r ' . . .P h a s e C o d e ( 2 D F P C ) f o r r e p r e s e n t i n g i r i s i n f o r m a t i o n . 2D FPC r e p r e s e n t i n g i r i s i n f o r m a t o n . 2D FPC i sp a r t c u l a r l y u s e f u lc o r r e s p o n d s t o t h e q u a n t i z e d v e r s i o n o f p h a s e - s p e c t r u m o f a n i r i s f o r i m pl e m e n t in g c o m p a c t i r i s r e c o g n it i on d e v i c e s u s i n g s t a t e -

i m a g e , w h i c h i s e s s e n t i a l f o r p h a s e - b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n . B y t h e o f - t h e - a r t DSP ( D i g i t a l S i g n a l P r o c e s s i n g ) t e c h n o l o g y . Byu s e o f 2D F P C , w h i l e k e e p i n g a s u f f i c i e n t l e v e l o f p e r f o r m a n c e , t h e c h a n g i n g t h e d e g r e e o f q u a n t i z a t i o n i n 2D F P C , we c a ns i z e o f i r i s d a t a c an b e r e d u c e d t o b e l o w o n e - q u a r t e r c o m p a r e d o p t i m i z e t h e t r a d e - o f f b e t w e e n i r i s d a t a s i z e a n d r e c o g n i t i o nt o u s i n g i r i s i m a g e d i r e c t l y a s t h e r e g i s t r a t i o n d a t a . 2D F P Ci s p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r i m p l e m e n t i n g c o m p a c t i r i s r e c o g n i t i o n p r f o m a n e f vd e v i c e s u s i n g s t a t e - o f - t h e - a r t DSP ( D i g i t a l S i g n a l P r o c e s s i n g ) i r i s i m a g e s .t e c h n o l o g y . I I . IMPLEMENTATION-ORIENTED I R I S RECOGNITIONI . INTRODUCTION ALGORITHM

B i o m e t r i c a u t h e n t i c a t i o n h a s b e e n r e c e i v i n g e x t e n s i v e a t - T h i s s e c t i o n d e s c r i b e s t h e m o d i f i c a t i o n o f t h e p r o p o s e dt e n t i o n o v e r t h e p a s t d e c a d e w i t h i n c r e a s i n g d e m a n d s i n i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m d e d i c a t e d t o s y s t e m i m p l e m e n t a t i o n .a u t o m a t e d p e r s o n a l i d e n t i f i c a t i o n [ 1 ] . Among many b i o m e t r i c F i g . l ( a ) s h o w s t h e o r i g i n a l a l g o r i t h m f o r i r i s r e c o g n i t i o n ,t e c h n i q u e s , i r i s r e c o g n i t i o n h a s g a i n e d m a t c h a t t e n t i o n d u e t o w h i c h c o n s i s t s o f a p r e p r o c e s s i n g s t a g e a n d a m a t c h i n g s t a g e .i t s h i g h r e l i a b i l i t y f o r p e r s o n a l i d e n t i f i c a t i o n [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] . We b r i e f l y o v e r v i e w t h e s e s t a g e s .A m a j o r a p p r o a c h f o r i r i s r e c o g n i t i o n t o d a y i s t o g e n e r a t ef e a t u r e v e c t o r s f r o m i n d i v i d u a l i r i s i m a g e s a n d t o p e r f o r m i r i s A P r e p r o c e s s i n g

m a t c h i n g b a s e d o n s o m e d i s t a n c e m e t r i c s [ 2 ] , [ 4 ] . M o s t o f An i r i s i m a g e c o n t a i n s s o m e i r r e l e v a n t p a r t s ( e . g . , e y e l i d ,t h e c o m m e r c i a l i r i s r e c o g n i t i o n s y s t e m s i m p l e m e n t a f a m o u s s c l e r a , p u p i l , e t c . ) . A l s o , t h e s i z e o f a n i r i s may v a r y d e p e n d i n ga l g o r i t h m u s i n g i r i s c o d e s p r o p o s e d b y Daugman [ 2 ] . One o n c a m e r a - t o - e y e d i s t a n c e a n d l i g h t i n g c o n d i t i o n . T h e r e f o r e ,o f t h e d i f f i c u l t p r o b l e m s i n f e a t u r e - b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n i s t h e o r i g i n a l i m a g e n e e d s t o b e n o r m a l i z e d .t h a t t h e m a t c h i n g p e r f o r m a n c e i s s i g n i f i c a n t l y i n f l u e n c e d b y ( i ) I r i s L o c a l i z a t i o n : T h i s s t e p i s t o d e t e c t t h e i n n e r ( i r i s / p u p i l )many p a r a m e t e r s i n f e a t u r e e x t r a c t i o n p r o c e s s ( e . g . , s p a t i a l b o u n d a r y a n d t h e o u t e r ( i r i s / s c l e r a ) b o u n d a r y i n t h e o r i g i n a lp o s i t i o n , o r i e n t a t i o n , c e n t e r f r e q u e n c i e s a n d s i z e p a r a m e t e r s i m a g e . We m o d e l t h e i n n e r b o u n d a r y a s a n e l l i p s e , a n d t h ef o r 2D G a b o r f i l t e r k e r n e l ) , w h i c h ma y v a r y d e p e n d i n g o n o u t e r b o u n d a r y a s a c i r c l e .e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s o f i r i s i m a g e a c q u i s i t i o n . ( i i ) I r i s N o r m a l i z a t i o n : N e x t s t e p i s t o n o r m a l i z e i r i s i m a g e s

A d d r e s s i n g t h e p r o b l e m , w e h a v e p r o p o s e d a n e f f i c i e n t t o c o m p e n s a t e f o r i r i s d e f o r m a t i o n . I n o r d e r t o a v o i d e y e l a s h e s ,i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m [ 5 ] , [ 6 ] u s i n g p h a s e - b a s e d i m a g e we u s e o n l y l o w e r h a l f p o r t i o n o f t h e i r i s ( F i g . 1 ( b ) ) a n dm a t c h i n g a n i m a g e m a t c h i n g t e c h n i q u e u s i n g p h a s e c o m - u n w r a p t h e r e g i o n t o a r e c t a n g u l a r b l o c k o f a f i x e d s i z ep o n e n t s i n 2D D i s c r e t e F o u r i e r T r a n s f o r m s ( D F T s ) o f g i v e n ( 2 5 6 x 1 2 8 p i x e l s ) a s i l l u s t r a t e d i n F i g . 1 ( c ) . T h e e y e l i d r e g i o ni m a g e s . T h e p r o p o s e d a l g o r i t h m a c h i e v e s v e r y l o w e r r o r r a t e i s t h e n m a s k e d a s i n F i g . 1 ( d ) .( E E R = 0 . 0 0 3 2 % ) f o r CASIA i r i s i m a g e d a t a b a s e [ 7 ] . I n t h i sp a p e r , we d i s c u s s m o d i f i c a t i o n o f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m B M a t c h i n gd e d i c a t e d t o s y s t e m i m p l e m e n t a t i o n . T h e k e y i d e a o f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m i s t o u s e p h a s e -

T h e p r o p o s e d a l g o r i t h m a s s u m e s t h e u s e o f i r i s i m a g e s b a s e d i m a g e m a t c h i n g f o r i m a g e a l i g n m e n t a n d m a t c h in g s c o r ed i r e c t l y i n t h e s y s t e m t o a c h i e v e h i g h r e c o g n i t i o n p e r f o r m a n c e . c a l c u l a t i o n ( s e e F i g . 1 ( a ) ) . B e f o r e d i s c u s s i n g t h e a l g o r i t h m , weB u t f r o m t h e v i e w po i nt o f s ys t e m i m p l e m e n t a t i o n , t h i s m i g h t i n t r o d u c e t h e p r i n c i p l e o f p h a s e - b a s e d i m a g e m a t c h in g u s i n gb r i n g a b o u t t h e i n c r e a s e o f t h e r e g i s t e r e d d a t a s i z e a n d t h e P h a s e - O n l y C o r r e l a t i o n ( P O C ) f u n c t i o n .

O - 7 8 0 3 - 9 7 3 3 - 9 / 0 6 / $ 2 , O 2 0 . 0 0 6 I E E 23UJ1Authorized licensed use limited to: PES Institute of Technology. Downloaded on October 1, 2009 at 01:33 from IEEE Xplore. Restrictions apply.

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I n p u t i m a g e k iI r i s l o c a l i z a t i o n 2k.116D a t a b a s e U ) K 2( I r i s d a t a ) | 4

0 E y e l i d m a s k i n g - , K' = ( b ) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ( a )b )0)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~bF i g . 2 . N o r m a l i z e d i r i s i m a g e i n ( a ) s p a t i a l d o m a i n , a n d i n ( b ) f r e q u e n c yD i s p l a c e m e n t a l i g n m e n t n 2 I d o m a i n ( a m p l i t u d e s p e c t r u m ) , w h e r e K 1 = 0 . 5 5 M 1 a n d K2= 0 . 2 M 2 .c o M a t c h i n g s c o r e c a l c u l a t i o n \ _K/Kn E 1 2 )0 5 - Ma x - 0 X 1 2 0 . 5 I M a x - 0 . 4 8( c )thesre N o 0 . 3 i 0 . 3 -c l o s e t ocu t h r e s h o l d ? 0 . 1 ' 0 . 1Y e sM a t c h i n g s c o r e c a l c u l a t i o n 0w i t h s c a l e c o r r e c t i o n 5 0 r - 5 0 _ - ~

M a t c h i n g s c o r e ( d ) 2 1 0 0 0( a ) - 5 0 - 1 0 0 n i -5 0 - 1 0 0 n l i( a ) ( b )F i g . 1 . O r i g i n a l a l g o r i t h m : ( a ) f l o w d i a g r a m , ( b ) o r i g i n a l i m a g e , ( c ) n o r m a l i z e di m a g e ( n l a x i s c o r r e s p o n d s t o t h e a n g l e o f p o l a r c o o r d i n a t e s y s t e m a n d T F i g . 3 . E x a m p l e o f g e nu in e m a t c h i n g u s i n g t h e o r i g i n a l PO C f u n c t i o n a n da x i s c o r r e s p o n d s t o t h e r a d i u s ) , a n d ( d ) n o r m a l i z e d i m a g e w i t h e y e l i d m a s k i n g . t h e BLP OC f u n c t i o n : ( a ) o r i g i n a l P O C f u K n c t i o n r f g ( 2 1 , 2 2 ) , a n d ( b ) B L P O Cf u n c t i o n r 1 f g ( n i , n 2 ) .

C o n s i d e r t w o N 1 x N 2 - p i x e l i m a g e s , f ( n i , n 2 ) a n d L 2 = 2K 2 + 1 . T h e BL P O C f u n c t i o n i s g i v e n b yg ( n 1 , n 2 ) , w h e r e we a s s u m e t h a t t h e i n d e x r a n g e s a r en 1 = -M1, , J V [ / M ( M l > 0 ) a n d n 2 = -2 , M , M2 r K l K 2 ( n k n n 2 )=R F c ( k 1 , k2)Wl11Wk2n2( M 2 > 0 ) f o r m a t h e m a t i c a l s i m p l i c i t y , a n d h e n c e f g L l L 2 k LN 1 2M1 + 1 a n d N2 = 2M2 + 1 . L e t F ( k l , k 2 ) ( 2 )a n d G ( k 1 , k 2 ) d e n o t e t h e 2D DFTs o f t h e t w o i m a g e s . T h e w h e r e n 1 = - K 1 , . . . K 1 , n 2 - K 2 , . . . K 2 ,c r o s s - p h a s e s p e c t r u m R F G ( k 1 , k 2 ) i s g i v e n b y WL - e J L I WL2 e L 2 a n d E k , , k 2 d e n o t e sKi K2k I =Z - K I Zk2=-K2'F ( k 1 l , k 2 ) G ( k 1 l , k 2 ) j O ( k i k 2 ) F i g . 3 s h o w s a n e x a m p l e o f g e n u i n e m a t c h i n g u s i n g t h eRFG ( k 1 , k 2 ) = e S l , 2 , ( I ) o r i g i n a l P O C f u n c t i o n a n d t h e B L P O C f u n c t i o n . T h e B L P O CF ( k l , k 2 ) G ( k k 2 ) ' f u n c t i o n p r o v i d e s b e t t e r d i s c r i m i n a t i o n c a p a b i l i t y t h a n t h a t o f

t h e o r i g i n a l P O C f u n c t i o n . I n t h e f o l l o w i n g , w e d e s c r i b e t h ew h e r e k 1 M-1, M 1 , k 2 - M 2 , . . . , M 2 , G ( k 1 , k 2 ) d e t a i l e d p r o c e s s o f t h e m a t c h i n g s t a g e ( s h o w n i n F i g . 1 ( a ) )i s t h e c o m p l e x c o n j u g a t e o f G ( k 1 , k 2 ) a n d 0 ( k 1 , k 2 ) d e - u s i n g t h e B L P O C f u n c t i o n .n o t e s t h e p h a s e d i f f e r e n c e o f F ( k 1 , k 2 ) a n d G ( k 1 , k 2 ) . T h e ( i ) E f f e c t i v e r e g i o n e x t r a c t i o n : G i v e n a p a i r o f n o r m a l iz e d i r i sP O C f u n c t i o n r f g ( n 1 , / n 2 ) i s t h e 2D I n v e r s e DF T ( I D F T ) o f i m a g e s f ( n 1 i , n 2 ) a n d ( g ( n 1 , / n 2 ) t o b e c o m pa r e d , t h e p u r p o s eR F G ( k 1 , k 2 ) . o f t h i s p r o c e s s i s t o e x t r a c t t h e e f f e c t i v e r e g i o n s f ( ( n 1 , n 2 ) a n d

W l h e n t w o i m a g e s a r e s i m i l a r , t h e i r P O C f u n c t i o n g i v e s a 9 g ( n 1 , n 2 ) o f t h e same s i z e a s i l l u s t r a t e d i n F i g . 4 ( a ) . W h e ndistinct sharp p e a k . When they are not similar, t h e peak t h e e x t r a c t e d r e g i o n b e c o m e s t o o s m a l l t o p e r f o r m i m a g es i g n i f i c p . s m a t c h i n g , we e x t r a c t m u l t i p l e e f f e c t i v e s u b - r e g i o n s f r o m e a c hs i g n i f i c a n t l y . T h e h e i g h t o f t h e p e a k g i v e s a g o o d s i m i l a r i t y i r i s i m a g e b y c h a n g i n g t h e w i d t h p a r a m e t e r w ( F i g . 4 ( b ) ) . I nm e a s u r e f o r i m a g e m a t c h i n g , a n d t h e l o c a t i o n o f t h e p e a k oreprmns eetat6sbrgosfo ni i mgs h o w s ~ ~h . r n l t o a ipaemn ewe h mgs o u r e x p e r i m e n t s , w e e x t r a c t 6 s u b - r e g i o n s f r o m a n i r i s i m a g es h o w s t h e t r a n s l a t i o n a l d i s p l a c e m e n t b e t w e e n t h e i m a g e s . b hnigteprmtrwa 5 5ad9 i e sb y c h a n g i n g t h e p a r a m e t e r w a s 5 5 , 7 5 a n d 9 5 p i x e l s .O u r o b s e r v a t i o n s h o w s t h a t t h e 2D DF T o f a n o r m a l i z e d ( i i ) D i s p l a c e m e n t a l i g n m e n t : T h i s s t e p i s t o a l i g n t h e t r a n s -i r i s i m a g e c o n t a i n s m e a ni ng l e ss p h a se c o mp on e n t s i n h i g h l a t i o n a l d i s p l a c e m e n t b e t w e e n t h e e x t r a c t e d r e g i o n s . T h e d i s -f r e q u e n c y d o m a i n , a n d t h a t t h e e f f e c t i v e f r e q u e n c y b a n d o f p l a c e m e n t p a r a m e t e r s c a n b e o b t a i n e d f r o m t h e p e a k l o c a t i o nt h e n o r m a l i z e d i r i s i m a g e i s w i d e r i n k 1 d i r e c t i o n t h a n i n o f t h e BL P O C f u n c t i o n r f g K 2 ( n , n 2 ) .k 2 d i r e c t i o n ( s e e F i g . 2 ) . T o e v a l u a t e t h e s i m i l a r i t y u s i n g ( i i i ) M a t c h i n g s c o r e c a l c u l a t i o n : We c a l c u l a t e t h e B L P O Ct h e i n h e r e n t f r e q u e n c y b a n d w i t h i n i r i s t e x t u r e s , w e e m p l o y f u n c t i o n b e t w e e n t h e a l i g n e d i m a g e s a n d e v a l u a t e t h e m a t c h i n gBL P O C ( B a n d - L i m i t e d P h a s e - O n l y C o r r e l a t i o n ) f u n c t i o n . s c o r e a s t h e m a x i m u m c o r r e l a t i o n p e a k v a l u e . When m u l t i p l e

A s s u m e t h a t t h e r a n g e s o f t h e s i g n i f i c a n t f r e q u e n c y b a n d s u b - r e g i o n s a r e e x t r a c t e d a s i l l u s t r a t e d i n F i g . 4 ( b ) , t h e m a t c h -a r e k 1 = - K 1 , . . , K1 (0.K1.M1) a n d k 2 = - K 2 , . . , K2 i n g s c o r e i s c a l c u l a t e d b y t a k i n g a n a v e r a g e f o r e f f e c t i v e s u b -( 0 . K 2 . M 2 ) , w h e r e a s s h o w n i n F i g . 2 ( b ) . T h u s , t h e e f f e c t i v e r e g i o n s . I f t h e m a t c h i n g s c o r e i s c l o s e t o t h r e s h o l d v a l u e t os i z e o f f r e q u e n c y s p e c t r u m i s g i v e n b y L 1 =2K1 + 1 a n d s e p a r a t e g e n u i n e s a n d i m p o s t o r s , we c a l c u l a t e t h e m a t c h i n g2 3 2

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D a t a b a s e( 2 D F P C s ) I n p u t i m a g ej f ( n , , n 2 )W t 2 f l n l , n 2 )\ C o m p a r e ~ ~ ~ ~ ~ ~ A v e r a g e X I r s l c i z t o XA v e r a m p l i t u d g e I r i s l o c a l i z a t i o n -J ( o 1 1 1 2 ) C o m p a r e _ p i u ,

f l l , 2 (l2 h c o C m

I r i s n o r m a l i z a t i o 7 7 n 7 ]m p l i t u d e P h a s e ( Dg ( n 1 1 2 ) ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ I r i si m a g e s y n t h e s i s E y e l i d m a s k i n gC

g ( 7 i l , 7 ( n , , n 2 I \ e c i crW~ ~~~~~~~~~~~~~~~i.5.Fo i g a ftepooe l o i h u s i n 2 D F T F P C s .

F i ( n , , n 2 ) ( a ) m P s e u d o i r i s i m a g e ( E f f t r e g i o n ex t

s M a t c h i n g s c o r e c a l c u l a t i o n eC o m p a r e C o m p a r e o ff ( n l , n 2 ) a t h e s c o r e N o___ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~---hreshold

( b ) F i g . 5 . F l o w d i a g r a m o f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m u s i n g 2 D F P C s .F i g . 4 . E f f e c t i v e r e g i o n e x t r a c t i o n : ( a ) n o r m a l c a s e , a n d ( b ) e a s e w h e n m u l t i p l es u b - r e g i o n s s h o u l d h e e x t r a c t e d .o u r e x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s h o w s t h a t t h e u s e o f a v e r a g e

s c o r e w i t h s c a l e c o r r e c t i o n . a m p l i t u d e s p e c t r u m e x h i b i t s much h i g h e r p e r f o r m a n c e t h a nt h e c o n s t a n t a m p l i t u d e s p e c t r u m . F i g . 5 s h o w s t h e f l o w c h a r tC . 2D F o u r i e r P h a s e C o d e o f t h e i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m u s i n g 2D F P C s .T h e p r o p o s e d m a t c h i n g a l g o r i t h m a s s u m e s t h e u s e o f i r i s I n g e n e r a l , t h e p h a s e s p e c t r u m o f a n a t u r a l i m a g e h a s

i m a g e s d i r e c t l y i n t h e s y s t e m t o a c h i e v e h i g h r e c o g n i t i o n r a n d o m v a l u e s b e t w e e n -7 a n d 7 . T h e r e f o r e , t h e q u a n t i z a t i o np e r f o r m a n c e . I n o r d e r t o r e d u c e t h e s i z e o f i r i s d a t a a n d t o o f p h a s e c o m p o n e n t s i n 2D FPC ( F i g . 6 ) d o e s n o t h a v e ap r e v e n t t h e v i s i b i l i t y o f i n d i v i d u a l i r i s i m a g e s , we i n t r o d u c e s i g n i f i c a n t i m p a c t o n o v e r a l l r e c o g n i t i o n p e r f o r m a n c e . T h i sh e r e t h e i d e a o f 2D F o u r i e r P h a s e C o d e ( F P C ) f o r r e p r e s e n t i n g p r o p e r t y i s p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r r e d u c i n g t h e i r i s d a t a s i z e ,i r i s i n f o r m a t i o n . w h i l e k e e p i n g a s u f f i c i e n t l e v e l o f p e r f o r m a n c e . I n o u r o r i g i n a l2D FPC c o r r e s p o n d s t o t h e q u a n t i z e d v e r s i o n o f p h a s e s p e c - a l g o r i t h m , t h e i r i s r e g i o n i s n o r m a l i z e d i n t o a r e c t a n g u l a rt r u m o f a n o r m a l i z e d i r i s i m a g e , w h i c h i s e s s e n t i a l f o r p h a s e - i m a g e b l o c k o f 2 5 6 x 1 2 8 p i x e l s . A s s u m i n g 8 - b i t ( 2 5 6 - l e v e l )b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n . I n s t e a d o f u s i n g i r i s i m a g e s d i r e c t l y , t h e q u a n t i z a t i o n o f p i x e l v a l u e , t h e t o t a l d a t a s i z e o f a n i r i s i m a g es y s t e m r e g i s t e r s 2D F P C s a s b i o m e t r i c d a t a . A m a j o r p r o b l e m b e c o m e s 2 5 6 x 1 2 8 = 3 2 K b y t e s . On t h e o t h e r h a n d , t h e s i z e o fo f t h i s a p p r o a c h i s t h a t 2D FPC d o e s n o t c o n t a i n a m p l i t u d e 2 D F PC w i t h 4 - b i t q u a n t i z a t i o n ( F i g . 6 ( a ) ) c a n b e r e d u c e d t o 8s p e c t r u m a n d t h e a c t u a l i r i s i m a g e c a n n o t b e r e c o n s t r u c t e d K b y t e s b y u t i l i z i n g t h e s y m m e t r y o f p h a s e s p e c t r u m . S i m i l a r l y ,f r o m 2D F P C . T h i s c a u s e s p r o b l e m s i n " E f f e c t i v e R e g i o n t h e s i z e s o f 2D F P C s w i t h 3 - b i t , 2 - b i t a n d 1 - b i t q u a n t i z a t i o nE x t r a c t i o n " s t a g e a n d " D i s p l a c e m e n t A l i g n m e n t " s t a g e i n t h e a r e 6 K by t e s, 4 K b y t e s a n d 2 K by t e s , r e s p e c t i v e l y ( F i g . 6 ( b ) -f l o w c h a r t s h o w n i n F i g . l ( a ) , s i n c e t h e s e t w o s t a g e s s h o u l d b e ( d ) ) .p e r f o r m e d i n s p a t i a l i m a g e d o m a i n .An i d e a f o r a d d r e s s i n g t h i s p r o b l e m i s t o e m p l o y p s e u d oi r i s i m a g e s s y n t h e s i z e d f r o m t h e c o r r e s p o n d i n g 2D F P C s i n T h i s s e c t i o n d e s c r i b e s a s e t o f e x p e r i m e n t s u s i n g CASIAt h e a bo v e t w o s t a g e s . T h e p s e u d o i r i s i m a g e p r e s e r v e s o n l y i r i s i m a g e d a t a b a s e v e r . 1 . 0 [ 7 ] f o r e v a l u a t i n g t h e p e r f o r m a n c ep h a s e i n f o r m a t i o n o f t h e o r i g i n a l i r i s i m a g e . A s f o r a m p l i t u d e o f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m u s i n g 2D F P C s . T h i s d at a b a sec o m p o n e n t s , we u s e a v e r a g e a m p l i t u d e s p e c t r u m c o m p u t e d c o n t a i n s 7 5 6 e y e i m a g e s ( 1 0 8 e y e s a n d 7 i m a g e s o f e a c h e y e ) .f r o m t h e g i v e n d a t a b a s e . F o r m a l l y , t h e p s e u d o i r i s i m a g e f o f We e v a l u a t e t h e g e n u i n e m a t c h i n g s c o r e s a n d t h e i m p o s t o ra n i r i s i m a g e f i s d e f i n e d a s t h e 2D IDFT o f t h e p s e u d o m a t c h i n g s c o r e s f o r a l l t h e p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s ( g e n u i n e :c o m p l e x s p e c t r u m F , w h o s e a m p l i t u d e l F P i s a n a v e r a g e 2 , 2 6 8 a t t e m p t s , i m p o s t o r : 2 8 3 , 1 2 2 a t t e m p t s ) . We c o m p a r e t h ea m p l i t u d e c o m p u t e d f r o m m a n y i r i s i m a g e s a n d w h o s e p h a s e s i x d i f f e r e n t t y p e s o f b i o m e t r i c d a t a r e p r e s e n t a t i o n : n o r m a l -ZF i s g i v e n b y t h e 2D FPC o f t h e i r i s i m a g e f . i z e d i r i s i m a g e s ( u s e d i n t h e o r i g i n a l a l g o r i t h m ) , 2D F P C s

N o t e h e r e t h a t we c a n u s e a r b i t r a r y c h o s e n 2D a m p l it u d e w i t h o u t q u a n t i z a t i o n , 2D F P C s w i t h 4 - b i t , 3 - b i t , 2 - b i t a n ds p e c t r a f o r l F t o s y n t h e s i z e p s e u d o i r i s i m a g e s . I t i s i m p o r t a n t 1 - b i t q u a n t i z a t i o n . I n a d d i t i o n , f o r c o m p a r i s o n w i t h o t h e rt o f i n d a n a de q u a te a mp l it ud e s p e c t r u m , w h i c h m i n i m i z e s a l g o r i t h m , we u s e p u b l i c l y a v a i l a b l e MAT LAB s o u r c e c o d ei m a g e d i s t o r t i o n a f t e r 2D I D F T . F o r e x a m p l e , t h e c o n s t a n t o f i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m u s i n g i D l o g - G a b o r f i l t e r [ 8 ] .a m p l i t u d e s p e c t r u m l F l 1 i s t h e s i m p l e s t c h o i c e . H o w e v e r , T h i s s o f t w a r e i s w i d e l y u s e d f o r c o m p a r i s o n p u r p o s e r e c e n t l y

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5 3 T I +1D l o g - G a b o r f i l t e r38 3 ~ ~ ~~2 5 - u - O r i g i n a l47575 - 2D FPC w i t h 4 - b i t q u a n t i z a t i o n

7// / 1 2D FPC w i t h 3 - b i t q u a n t i z a t i o nT l 0 3 - O - 2 D F P C w i t h 2 - b i t quantization7 X 2 D F F P C|\ > w i t h 1 - b i t q u a n t z a t i o n8 \45 I T 34 /T EERE=0.22%|lI\Aethod E]ER0I 3-T- L)8 2 8 2 7 5 ~ ~ ~ ~ ~~~~~~ER=2.54%( a ) ( b ) W

IT2 a e R 1 . 4 6 %0 0 0 . 1 2 3 4 5I T 0 rT F N M R ( F a l s e N o n - M a t c h R a t e ) [ %0 .3 ~ ~ ~ ~ ~ E E R= 0 . 2 2 % Meho/ERI%

p r o d u R e =0.D fa6% vtD l o g - G a b o r f i l t e r 1 i 4 62 0 . 2 O r i g i n a l 0 . 0 0 3 2( c ) ( d ) ER003%2D FPCEER 0 t h 0 3 2a m m i n g d s a e I t h s o e e d , a i s p - w i t h o u t q u a n t i z a t i o n 0 i 1 6F i g . 6 . P h a s e q u a n t i z a t i o n : ( a ) 4 - b i t q u a n t i z a t i o n ( 1 6 a n g l e s ) , ( b ) 3 - b i t q u a n t i - 0 . 1 - w i t h 4 - b i t q u a n t i z a t i o n 0w18

p r e p r e e s s n g s a g e f t h souee e de t ourmethd whle o t i m i e t h tra e -of bewe i r i s d t h 3 s i z e q a n t i z a t i o g n i t i o n

z a t i o n ( 8 a n g l e s ) , ( c ) 2 - b i t q u a n t i z a t i o n ( 4 a n g l e s ) , a n d ( d ) 1 - b i t q u a n t i z a t i o n pEER0.18% - w i t h 3 - b i t q u a n t i z a t i o n 0 . 2 2( 2 a n g l e s ) . - l w it 2 -b it q z 0 . 5 70 s o t R O C w i t h 1 ( - b i t q u a n t i z a t i o n 2 C 5 40 0 . 1 0 . 2 0 . 3a s a D a u g m a n - l i k e ( n o t e x a c t l y D a u g m a n ) a l g o r i t h m , which F i g . 7 . R O C c u r v e s a n d EERs f o r v a r i o u s l e v e l s o f q u a n t i z a t i o n a n d ID l o g -p r o d u c e s I D f e a t u r e v e c t o r f r o m i n d i v i d u a l i r i s i m a g e s . T h e G a b o r m e t h o d .d i s s i m i l a r i t y b e t w e e n a p a i r o f f e a t u r e v e c t o r s i s m e a s u r e db y t h e i r H a m m i n g d i s t a n c e . I n t h i s s o u r c e c o d e , v a r i o u s p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r i m p l e m e n t i n g c o m p a c t i r i s r e c o g n i t i o np a r a m e t e r s h a v e a l r e a d y b e e n o p t i m i z e d f o r CASIA i r i s i m a g e d e v i c e s u s i n g e m b e d d e d m i c r o p r o c e s s o r s h a v i n g DSP f u n c -d a t a b a s e v e r . 1 . 0 b y t h e a u t h o r . S o w e m o d i f i e d o n l y t h e t i o n a l i t y . B y c h a n g i n g t h e d e g r e e o f p h a s e q u a n t i z a t i o n , w e c a np r e p r o c e s s i n g s t a g e o f t h e s o u r c e c o d e t o o u r m e t h o d w h i l e o p t i m i z e t h e t r a d e - o f f b e t w e e n i r i s d a t a s i z e a n d r e c o g n i t i o nt h e m a t c h i n g s t a g e r e m a i n s u n c h a n g e d . T h u s , t h i s t e s t a l l o w s p e r f o r m a n c e i n a h i g h l y f l e x i b l e m a n n e r .u s t o c o m p a r e o n l y t h e p e r f o r m a n c e o f m a t c h i n g s t a g e . F i g .7 s h o w s t h e R O C ( R e c e i v e r O p e r a t i n g C h a r a c t e r i s t i c ) c u r v e s ACKNOWLEDGMENTf o r t h e a l g o r i t h m s . T h e R O C c u r v e i l l u s t r a t e s FNMR ( F a l s e P o r t i o n s o f t h e r e s e a r c h i n t h i s p a p e r u s e CASIA i r i sN o n - M a t c h R a t e ) a g a i n s t FMR ( F a l s e M a t c h R a t e ) a t d i f f e r e n t i m a g e d a t a b a s e c o l l e c t e d b y I n s t i t u t e o f A u t o m a t i o n , C h i n e s et h r e s h o l d s on t h e m a t c h i n g s c o r e . EER ( E q u a l E r r o r R a t e ) A c a d e m y o f S c i e n c e s .s h o w n i n t h e f i g u r e i s t h e e r r o r r a t e w h e r e FNMR a n d FMR RFRNEa r e e q u a l . A s o b s e r v e d i n t h e f i g u r e , t h e o r i g i n a l a l g o r i t h m rEFEREESa c h i e v e s E E R = 0 . 0 0 3 2 o , w h i l e 2D F P C - b a s e d a l g o r i t h m s e x - [ 1 ] J . W a y m a n , A . J a n , D . M a l t o n i , a n d D . M a i o , B i o m e t r i c S y s t e m s ,h i b i t h i g h e r EER r a n g i n g f r o m 0 . 1 6 0 o t o 2 . 5 4 0 0 . B u t EERs S p r i n g e r , 2 0 0 5 .[ 2 ] J . D a u g m a n , " H i g h c o n f i d e n c e v i s u a l r e c o g n i t i o n o f p e r s o n s b y a t e s to f t h e 2D F P C - b a s e d a l g o r i t h m s a r e s t i l l q u i t e i m p r e s s i v e o f s t a t i s t i c a l i n d e p e n d e n c e , " I E E E T r a n s . P a t t e r n A n a l y . M a c h i n e I n t e l l . ,c o m p a r e d w i t h I D l o g - G a b o r f i l t e r a p p r o a c h . v o l . 1 5 , n o . 1 1 , p p . 1 1 4 8 - 1 1 6 1 , N o v . 1 9 9 3 .

T h e s e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s c l e a r l y d e m o n s t r a t e t h a t 2D [ 3 ] R . W i l d e s , " I r i s r e c o g n i t i o n : An e m e r g i n g b i o m e t r i c t e c h n o l o g y , , " P r o c .I E E E , , v o l . 8 5 , , n o . 9 , , p p . 1 3 4 8 - 1 3 6 3 , , S e p t . 1 9 9 7 .FPCs a r e p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r i m p l e m e n t i n g i r i s r e c o g n i t i o n [ 4 ] L . M a , , T . T a n , , Y W a n g , , a n d D . Z h a n g , , " E f f i c i e n t i r i s r e c o g n i t i o n b yd e v i c e s u s i n g DSP t e c h n o l o g y . On t h e o t h e r h a n d , t h e o r i g i n a l c h a r a c t e r i z i n g k e y l o c a l v a r i a t i o n s , " I E E E T r a n s . I m a g e P r o c e s s i n g , v o l .p h a s e - b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m d e s c r i b e d i n [ 5 ] , [ 6 ] 1 3 , , n o . 6 , , p p . 7 3 9 - 7 5 0 , , J u n e 2 0 0 4 .[ 5 ] K . M i y a z a w a , K . I t o , T . A o k i , K . K o b a y a s h i , a n d H . N a k a j i m a , " A ni s p a r t i c u l a r l y s u i t a b l e f o r i m p l e m e n t i n g h i g h - a c c u r a c y i r i s e f f i c i e n t i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m u s i n g p h a s e - b a s e d i m a g e m a t c h i n g , , "v e r i f i c a t i o n / i d e n t i f i c a t i o n s y s t e m s , f o r w h i c h t h e r e c o g n i t i o n P r o c . I n t . C o n f . o n I m a g e P r o c e s s i n g , v o l . I I , p p . 4 9 - 5 2 , S e p t . 2 0 0 5 .

p e r f o r m a n c e i s a m a j o r concer. [ 6 ] K . M i y a z a w a , K . I t o , T . A o k i , K . K o b a y a s h i , a n d H . N a k a j i m a , " A p h a s e -b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m , , " L e c t u r e N o t e s i n C o m p u t e r S c i e n c eI V . C O N C L U S I O N ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ( I C B 2 0 0 6 ) , , v o l . 3 8 3 2 , , p p . 3 5 6 - 3 6 5 , , J a n . 2 0 0 6 .I V . CO N CLUSI O N [ 7 ] C A S I A i r i s i m a g e d a t a b a s e .I n t h i s p a p e r , we p r o p o s e d a n i m p l e m e n t a t i o n - o r i e n t e d h t t p : / / w w w . s i n o b i o m e t r i s . c o m. . . . ,,. . . . ~ ~ ~ ~ [ 8 ] L . M a s e k a n d P . K o v e s i , " M a t l a b s o u r c e c o d e f o r a b i o m e t r i c i d e n t i f i c a -a p p r o a c h f o r p h a s e - b a s e d i r i s r e c o g n i t i o n . I n o r d l e r t o r e d c l u e t i o n s y s t e m b a s e d o n i r i s p a t t e r n s , " T h e S c h o o l o f C o m p u t e r S c i e n c e a n dt h e s i z e o f r e g i s t e r e d i r i s d a t a a n d t o p r e v e n t t h e v i s i b i l i t y S o f t w a r e E n g i n e e r i n g , T h e U n i v e r s i t y o f W e s t e r n A u s t r a l i a , 2 0 0 3 .

o f i n d i v i d u a l i r i s i m a g e s , w e i n t r o d u c e t h e i d e a o f 2D F o u r i e r h t t p : / / w w w . c s s e . u w a . e d u . a u F p k / s t u d e n t p r o j e c t s / l i b o r / s o u r c e c o d e . h t m lP h a s e C o d e ( F P C ) f o r r e p r e s e n t i n g i r i s i n f o r m a t i o n . 2D FPC i s

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