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點(diǎn)擊次數(shù)：4886 次 發(fā)布時(shí)間：2013年10月18日
生物識(shí)別技術(shù)亦稱為模式識(shí)別、特征識(shí)別或人體自動(dòng)識(shí)別技術(shù) ( PIA)，是指利用人體的某些生理特 征識(shí)別的技術(shù)。例如利用人的指紋、 掌形、語音、眼紋和簽字等獨(dú)特的相異性、不變性和再現(xiàn)性來進(jìn)行識(shí)別。 由于每個(gè)人的這些特征都不相同，因 此利用人體的這些獨(dú)特的生理特征 可以準(zhǔn)確地識(shí)別每個(gè)人的身份。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們開發(fā)出了指紋識(shí)別、掌形識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、簽名識(shí)別、聲 紋識(shí)別、面像識(shí)別等多種生物識(shí)別技 術(shù)。生物識(shí)別技術(shù)是目前最為方便與安全的識(shí)別技術(shù)，因此， 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，近年來，生物識(shí)別技術(shù)越 來越多地被應(yīng)用到門禁控制，考勤管 理等安全防范和保安領(lǐng)域。這里，介紹幾種目前在安防領(lǐng)域中應(yīng)用較廣泛的生物識(shí)別技術(shù)。
指紋是手指皮膚上特有的花紋， 由皮膚上的隆起線構(gòu)成。這些隆起線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉、結(jié)合稱為細(xì) 節(jié)特征。隆起線的這種細(xì)節(jié)特征有 無數(shù)種排列， 因此，每個(gè)人的指紋甚 至一個(gè)指紋的每條隆起線都是獨(dú)特的， 并且一生都不會(huì)改變。人體指紋 的獨(dú)特性和穩(wěn)定性使其在鑒定罪犯、 識(shí)別個(gè)人身份和出入口控制（門禁系 統(tǒng)） 等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
指紋識(shí)別技術(shù)是最早的通過計(jì) 算機(jī)實(shí)現(xiàn)的身份識(shí)別手段，它在今天也是應(yīng)用最為廣泛的生物特征識(shí)別 技術(shù)。過去，它主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)。
近幾年來， 它逐漸走向市場更為廣泛 的民用領(lǐng)域。
指紋識(shí)別技術(shù)涉及到許多高新 技術(shù)，如指紋樣本的采集和存儲(chǔ)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。指紋的識(shí)別屬于“模式識(shí)別”，該系統(tǒng)的 核心是OCR（ 光學(xué)字符識(shí)別）技術(shù)。 通過CCD攝像頭提取指紋， 然后輸入計(jì)算機(jī)， 再通過一系列復(fù)雜的指紋識(shí)別算法， 現(xiàn)代技術(shù)就能在極短的時(shí) 間內(nèi)完成任何人的身份識(shí)別認(rèn)證。
可以說，指紋識(shí)別實(shí)現(xiàn)了身份鑒定領(lǐng)域的世紀(jì)革命。
指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的 算法的研究。盡管指紋只是人體皮 膚的一小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量 相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使 用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算 法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我 們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取 設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn) 算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上 可以進(jìn)行兩個(gè)指紋比對(duì)運(yùn)算的可能。 另外，匹配算法可靠性也不斷提高， 指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)非常實(shí)用。
指紋識(shí)別技術(shù)是國際公認(rèn)的應(yīng)用最廣泛、價(jià)格最低廉、易用性極高 的生物認(rèn)證技術(shù)之一，目前已經(jīng)在筆 記本電腦、手機(jī)等消費(fèi)電子領(lǐng)域以及 金融銀行、公安刑偵、門禁管理等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在安防領(lǐng)域， 指紋的主要應(yīng)用為指紋門禁和指紋 電子鎖。
指紋門禁的應(yīng)用場合十分廣泛，凡是需要打開門的地方，都可以采用 指紋門禁進(jìn)行進(jìn)出管理。目前，在國
安企業(yè)發(fā)展論壇內(nèi)主要應(yīng)用的場合是銀行金庫、銀行 二道門禁、監(jiān)獄門禁、重要商務(wù)會(huì)所 等高級(jí)場所以及其他重要的出入口。 指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)成熟、可選產(chǎn)品豐富；誤識(shí)率低，安全程 度高。缺點(diǎn)是： 拒識(shí)率高，手指受傷 或有油污時(shí)不易識(shí)別。
手掌識(shí)別技術(shù)是較早采用的生物特征識(shí)別技術(shù)之一。手掌識(shí)別技術(shù)是利用人的手掌掌形及掌紋（指關(guān) 節(jié)的間距）差異性的幾何圖形作比對(duì) 識(shí)別， 很類似于指紋識(shí)別系統(tǒng)。 手掌識(shí)別產(chǎn)品是在20世紀(jì)80年代末期推出的，最早由美國加利福尼亞的生物識(shí)別系統(tǒng)公司Rsi生產(chǎn)， 之后在20世紀(jì)90年代早期， 瑞士 出現(xiàn)了一家名叫Biomet Partners of Mutren的掌形識(shí)別公司。
手掌識(shí)別技術(shù)最早由美國 Garrett博士研究提出，它通過辨認(rèn) 人的獨(dú)一無二的手掌特征來確認(rèn)其 身份。手掌特征含手和手指的大小 和形狀，包括長度、寬度、厚度以及 手掌和除大拇指之外的其余四個(gè)手 指的表面特征。掌形采集的原理是通過紅外、CCD成像等方法獲得手 掌的三維圖像，作為掌形特征處理 的輸入數(shù)據(jù)。特征讀取裝置將其采 集下來，并生成特征的綜合數(shù)據(jù)（特征值），然后與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的用 戶模板進(jìn)行比對(duì)，來判定識(shí)別對(duì)象的 曳馀。
與指紋識(shí)別系統(tǒng)相比，掌形識(shí)別 系統(tǒng)具有價(jià)格便宜，污物和傷疤不影響測量，手很容易放入掃描器的正確 位置等優(yōu)勢， 使用者很容易接受。其主要缺點(diǎn)是由于手的相似性不是太 容易區(qū)分，掌型識(shí)別技術(shù)不能像指紋、虹膜掃描技術(shù)那樣容易獲得內(nèi)容 豐富的數(shù)據(jù)，其可靠性稍差，另外掌 形識(shí)別系統(tǒng)的使用者必須與識(shí)別設(shè) 備直接接觸，可能會(huì)帶來衛(wèi)生方面的問題。
目前，已達(dá)到實(shí)用階段的眼紋識(shí)別技術(shù)有兩種：視網(wǎng)膜識(shí)別和虹膜識(shí)別。 視網(wǎng)膜是一些位于眼球后部十 分細(xì)小的神經(jīng)（一英寸的1/50），它是 人眼感受光線并將信息通過視神經(jīng)傳給大腦的重要器官，它同膠片的功 能有些類似，用于生物識(shí)別的血管分 布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍，即視網(wǎng)膜四層 細(xì)胞的最遠(yuǎn)處。和指紋一樣， 每個(gè)人 的視網(wǎng)膜血管分布都不完全相同，且 具有較好的穩(wěn)定性。因此，視網(wǎng)膜可 以用來可靠地鑒別個(gè)人身份。據(jù)報(bào) 道， 美國在1992年曾首次運(yùn)用紅外 成像技術(shù)檢驗(yàn)眼底血管分布特征確 定人的身份。
視網(wǎng)膜識(shí)別系統(tǒng)類似一臺(tái)視網(wǎng)膜血管分布掃描器。在采集視網(wǎng)膜 的數(shù)據(jù)時(shí)， 掃描器發(fā)出一束光射入使 用者的眼睛，并反射回掃描器，系統(tǒng) 會(huì)迅速描繪出眼睛的血管圖案并錄 入一個(gè)數(shù)據(jù)庫中。眼睛對(duì)光的自然 反射和吸收被用來描繪一部分特殊 的視網(wǎng)膜血管結(jié)構(gòu)。這個(gè)描繪的過 程是由裝有旋轉(zhuǎn)式掃描鏡頭裝置的 設(shè)備來完成的，鏡頭的轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)／秒，每轉(zhuǎn)可收集視網(wǎng)膜上700個(gè)特征 點(diǎn)。數(shù)據(jù)一旦被收集，就被數(shù)字化并 存儲(chǔ)為一個(gè)96字節(jié)的模板。
視網(wǎng)膜識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是具有 相當(dāng)高的可靠性。即使是孿生子女， 這種血管分布也是具有唯一性的，除 了患有眼疾或者嚴(yán)重的腦外傷外，視 網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)形式在人的一生當(dāng)中都 相當(dāng)穩(wěn)定。視網(wǎng)膜識(shí)別系統(tǒng)認(rèn)假率 低。錄入設(shè)備從視網(wǎng)膜上可以獲得700個(gè)特征點(diǎn)，同指紋錄入比較， 指 紋只能提供30到40個(gè)特征點(diǎn)， 這使 得視網(wǎng)膜掃描技術(shù)的錄入設(shè)備的認(rèn) 假率低于一百萬分之一。視網(wǎng)膜是 不可見的， 因此也不可能被偽造。視 網(wǎng)膜識(shí)別系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要是：由于視 網(wǎng)膜在眼底，需要用戶的眼睛很靠近 設(shè)備， 甚至相互接觸，并且在錄入設(shè) 備讀取圖像時(shí)，眼睛必須處于靜止?fàn)?態(tài)，使用不方便， 使用者的接受程度 較低； 視網(wǎng)膜識(shí)別系統(tǒng)的拒真率相對(duì) 較高。拒真率是指系統(tǒng)不正確地拒 絕一個(gè)已經(jīng)獲得權(quán)限的用戶，視網(wǎng)膜 識(shí)別系統(tǒng)的拒真率通常在10%左右。 虹膜即為人們所稱的黑眼珠部 分，是眼球前一層圓盤狀的薄膜，中 央部分是瞳孔。通過紅外光對(duì)虹膜 上的紋絡(luò)進(jìn)行識(shí)別，發(fā)現(xiàn)60%左右的 紋絡(luò)， 人與人是相同的，40%的紋絡(luò)人各不同。經(jīng)計(jì)算兩個(gè)人同一只眼 虹膜特征相同的概率是十萬分之一， 兩眼相同的概率是一千億分之一。
眼睛虹膜紋絡(luò)識(shí)別技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與成像技術(shù)的結(jié)晶， 采用的是 紅外成像技術(shù)，將人眼中的虹膜紋絡(luò) 特征圖信息輸入計(jì)算機(jī)，成為特殊的 可供自動(dòng)識(shí)別的人體身份證。
在識(shí)別時(shí)，將虹膜依瞳孔中心順時(shí)針分成八個(gè)象限區(qū)，每個(gè)象限區(qū)呈 45度扇形， 紅外光照射后， 可在屏幕 上看到虹膜自瞳孔邊緣向外，等距離 擴(kuò)大有八道同心線（白線狀），這就是 經(jīng)數(shù)字化后的虹膜紋絡(luò)特征圖。該 同心圓線極細(xì)，肉眼看幾乎看不出差 別，但經(jīng)計(jì)算機(jī)識(shí)別，則變化無窮。 在紅外光照射下，反映其圖像特 征的模擬信號(hào)為高分辨率的攝像機(jī) 所接收（采樣），經(jīng)數(shù)字化后存入計(jì)算 機(jī)， 每個(gè)虹膜數(shù)據(jù)長度為256字節(jié)，整個(gè)過程在系統(tǒng)中瞬間完成，這就是 虹膜紋絡(luò)識(shí)別的原理。
虹膜接近眼睛的表面， 方便攝像，虹膜紋絡(luò)纖細(xì)無比，不可偽造。 建庫無需增刪改等人工干預(yù)，準(zhǔn)確性高、速度快、較指紋自動(dòng)識(shí)別更有長 處， 是一項(xiàng)值得研究和推廣的新技 術(shù)。在應(yīng)用方面，除了可以在金融、保密、保衛(wèi)、保安等系統(tǒng)、單位發(fā)揮 作用外，假如技術(shù)再加以改進(jìn)，價(jià)格 更為低廉的話，其應(yīng)用范圍可大為擴(kuò)展。例如， 在辦理出入境手續(xù)時(shí)，可 作為身份證件使用。在簽證時(shí)采集 好虹膜紋絡(luò)，傳輸?shù)礁鞒鋈刖酬P(guān)口，就可達(dá)到憑目光進(jìn)出境。在汽車上安裝虹膜識(shí)別專用卡，就可能大大提 高汽車的防盜性能。只要價(jià)格許可， 甚至一幢樓、一個(gè)單元的居民住宅安全也可應(yīng)用這種技術(shù)，普通居民用目光開門將不再是夢。
聲音識(shí)別是一項(xiàng)很吸引人的出入口控制系統(tǒng)， 原因是用戶樂于接受。當(dāng)前從事聲音識(shí)別系統(tǒng)開發(fā)和 研究的公司很多， 許多發(fā)達(dá)國家和 公司如美國、日本、韓國以及IBIVI、 Apple、AT＆T、NTT等著名公司都 為聲音識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)用化開發(fā)研究 投以巨資。
聲音識(shí)別系統(tǒng)又稱作聲紋特征識(shí)別系統(tǒng)。聲音通過話筒進(jìn)入計(jì)算機(jī)，再通過數(shù)字信號(hào)處理器被數(shù)字化和軟件壓縮。并提取出聲音特征信 息與識(shí)別，就是把不同說話人說話時(shí)變化很大而同一說話人說話時(shí)變化 很小的那些特征提取出來進(jìn)行分析、 對(duì)比、識(shí)別，以此決定聲音的真假。 聲音識(shí)別技術(shù)主要包括特征提 取技術(shù)、模式匹配準(zhǔn)則及模型訓(xùn)練技 術(shù)三個(gè)方面。此外， 還涉及到聲音識(shí) 別單元的選取。
聲音識(shí)別系統(tǒng)的成本非常低廉， 現(xiàn)代多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，聲音采集 設(shè)備已經(jīng)逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置，要在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別只需增加軟件 成本。對(duì)使用者來說，不需要與硬件 直接接觸，而且說話是一件很自然的 事情，所以聲音識(shí)別可能是最自然的手段，使用者很容易接受， 最適于通 過電話來進(jìn)行身份識(shí)別。
聲音識(shí)別系統(tǒng)最大的問題是可能假冒，但這并不嚴(yán)重，因?yàn)檠b置比 人們說話會(huì)更有目的地集中注意力于說話的不同特征，而假冒身份者，通常只是專心于模仿同一特征上，且說話形式是由生理因素和行為因素相結(jié)合而構(gòu)成的， 系統(tǒng)能比較容易識(shí)別假冒者。另外， 目前聲音識(shí)別準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步提高，同一個(gè)人由于音量、語速、語氣、音質(zhì)的變化或其他很多原因容易造成系統(tǒng)的誤識(shí)。當(dāng)使用者患感冒或扁桃體發(fā)炎時(shí)，系統(tǒng)可能無法正確比對(duì)，產(chǎn)生錯(cuò)誤拒讀。
筆跡是人的一種穩(wěn)定的行為特征， 具有一定的不變性和獨(dú)特性。每 個(gè)人的書寫特征都不近相同， 因此可以利用人的簽名來識(shí)別個(gè)人身份。 手寫簽名識(shí)別技術(shù)， 是通過計(jì)算機(jī)把手寫簽名的圖像、筆順、速度和壓力 等信息與真實(shí)簽名樣本進(jìn)行比對(duì)，以 實(shí)時(shí)鑒別手寫簽名真?zhèn)蔚募夹g(shù)。
簽字比對(duì)技術(shù)有兩種不同的方法： 一是根據(jù)書寫的物理特征進(jìn)行比 對(duì)， 因?yàn)槿说臅鴮懳锢硖卣魅菀妆凰四７拢虼诉@種比對(duì)方法可靠性存 在一定問題， 有可能讓假冒者混入， 因此此種識(shí)別技術(shù)基本被淘汰； 二 是通過比對(duì)簽字時(shí)的壓力曲線變化來進(jìn)行識(shí)別， 也被稱為簽名力學(xué)辨 識(shí)( Danamic Signature Verificatlon, DSV)， 它分析的是筆的移動(dòng)，例如加 速度、壓力、方向以及筆劃的長度，而非簽名的圖像本身。簽名力學(xué)的關(guān) 鍵在于區(qū)分出不同的簽名部分， 由于假冒者很難做到能與真正簽字者一 樣以完全相同的力量再顯簽名， 因此 這種比對(duì)方法可靠性比前一種方法 高得多。
簽字識(shí)別技術(shù)裝置一般使用有線筆、靈敏的圖形輸入板或二者相互結(jié)合使用，其過程分為簽名采集和簽名識(shí)別： 簽名采集提取了簽名中的百 余種生物特性（如圖像、筆順、速度和壓力）， 對(duì)每個(gè)人的簽名建立一個(gè)唯一模板。簽名識(shí)別系統(tǒng)通過簽名識(shí) 別，完成用戶合法身份的確認(rèn)，它與 傳統(tǒng)的口令相比，更安全、更有效，而口令容易忘記， 也容易被盜，但簽名 極難模仿。用手寫簽名識(shí)別作為確 認(rèn)用戶身份的手段極大地增加了系 統(tǒng)中信息安全性。人類在很久以前就開始使用簽名來鑒別身份，因此簽 名識(shí)別對(duì)于使用者來說有著良好的 心理基礎(chǔ)，手寫簽名識(shí)別技術(shù)是公認(rèn) 的更容易被大眾接受的一種身份認(rèn)證方式， 也是目前計(jì)算機(jī)模式識(shí)別領(lǐng)域的前沿課題。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于 電子政務(wù)、電子商務(wù)、金融機(jī)構(gòu)、安全 防范等領(lǐng)域，針對(duì)不同的用戶，提供各類具體解決方案。簽字識(shí)別技術(shù)的主要缺點(diǎn)是識(shí)別速度較慢。
臉形識(shí)別技術(shù)研究出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末、90年代初的一些大學(xué)學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，它是隨著計(jì)算機(jī)視覺技 術(shù)發(fā)展而來。1996年， 美國政府作了 臉形識(shí)別技術(shù)的試驗(yàn)， 之后到20世紀(jì)末才開始把這一技術(shù)產(chǎn)品化。
臉形識(shí)別技術(shù)是目前已經(jīng)產(chǎn)品化的技術(shù)中相對(duì)較為復(fù)雜的一項(xiàng)技術(shù)，主要是因?yàn)槟樞巫R(shí)別，不僅僅是 比對(duì)，還包括捕捉，需要從一堆移動(dòng) 著的影像中，識(shí)別出哪里是人像，并且把人像分離出來，再進(jìn)行臉形成像。用于捕捉面部圖像的兩項(xiàng)技術(shù) 分別是視頻技術(shù)和熱成像技術(shù)。視 頻技術(shù)通過一個(gè)攝像頭攝取面部的圖像或者一系列圖像， 在面部被捕捉 之后，一些核心特征點(diǎn)被記錄，例如， 眼睛、鼻子和嘴的位置以及它們之間 的相對(duì)位置。熱成像技術(shù)是通過分析由面部的毛細(xì)血管的血液產(chǎn)生的 熱線來勾畫出面部圖像的。
視頻成像受可見光線和角度的影響較大， 尤其是光線，所以光線補(bǔ)償技術(shù)是臉形識(shí)別中關(guān)鍵優(yōu)化技術(shù) 之一。而熱成像技術(shù)不依賴于光源 條件， 因此即使在較暗情況下也可以使用。臉形成像之后， 再進(jìn)行基于面 部特征或者基于統(tǒng)計(jì)方法的匹配， 來 實(shí)現(xiàn)辨識(shí)的過程。
臉形識(shí)別產(chǎn)品是生物識(shí)別產(chǎn)品中僅次于指紋識(shí)別，而被廣泛使用的生物識(shí)別產(chǎn)品。臉形識(shí)別中的“捕捉” 功能可以用于許多通道監(jiān)控場所， 單 獨(dú)的臉形識(shí)別功能可以用于門禁控制、照片比對(duì)（ 含人與照片之間的互相比對(duì)） 等業(yè)務(wù)場合。把個(gè)人照片 傳送到網(wǎng)站服務(wù)系統(tǒng)， 然后通過照片 比對(duì)， 找出與個(gè)人臉形相似的一個(gè)明星人物照片，這是目前為止臉形識(shí)別技術(shù)的最新應(yīng)用。由于臉形識(shí)別對(duì) 采集設(shè)備沒有特殊要求， 一般30萬 象素的攝像頭就能滿足要求。所以， 預(yù)計(jì)將來，臉形識(shí)別在某些安全性要 求不高的場合， 甚至?xí)Y(jié)合一些娛樂 要素， 成為生物識(shí)別一個(gè)新的應(yīng)用方 向。
可以說，看面相是人類最常用的識(shí)別他人的方法，它用目視方法， 通過現(xiàn)代信息技術(shù)， 將攝像機(jī)捕捉到的 人臉圖像進(jìn)行分析，提取其特征進(jìn)行 身份識(shí)別， 這一直是圖像技術(shù)研究的課題。與其他生物特征識(shí)別方法相比， 它具有較突出的優(yōu)點(diǎn)： 非侵犯性。應(yīng)用時(shí)不要求人的 主動(dòng)配合， 只要建立一個(gè)稍加限制的環(huán)境（人并沒有強(qiáng)迫感）就可以快速、簡便地進(jìn)行特征采集。因此，系統(tǒng)友 好性高。
良好的防偽性。特別最新的一 些面像攝取技術(shù)，可以防止化妝、眼鏡、表情變化的干擾， 消除光照、背 景、角度等因素產(chǎn)生的像差。 從目前的應(yīng)用情況看， 其經(jīng)濟(jì)性有較大的可改善空間。 （ 作者系山東警察學(xué)院教授）
