常見(jiàn)生物特征識(shí)別分析

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【摘要】生物特征識(shí)別技術(shù)采用不同于傳統(tǒng)身份識(shí)別技術(shù)的口令、密碼等，而是利用人體自身所攜帶的生理特征或后天習(xí)慣使然的行為特征來(lái)進(jìn)行鑒別，目前這一技術(shù)已逐漸成為身份鑒別領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文主要分析一些常見(jiàn)生物特征的特點(diǎn)、區(qū)別與聯(lián)系。

【關(guān)鍵詞】生理特征；行為特征；鑒定

隨著越來(lái)越多的電子設(shè)備不斷進(jìn)入日常生活，傳統(tǒng)使用口令、密碼或身份證號(hào)等來(lái)辨識(shí)身份的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)安全性和便利性的渴求。生物特征識(shí)別技術(shù)不再需要身份證號(hào)或密碼，也免去隨身攜帶智能卡之類物件的煩惱，它是根據(jù)人自身所擁有的東西，是人的個(gè)體特性，目前生物識(shí)別市場(chǎng)正處于快速增長(zhǎng)當(dāng)中。

1生物特征識(shí)別技術(shù)的歷史

最早采用生物特征來(lái)鑒定人的身份可追溯到古埃及人采用測(cè)量人的尺寸來(lái)鑒定身份。指紋識(shí)別起源于古代的中國(guó)，而在美國(guó)和西歐，指紋識(shí)別技術(shù)也使用了有一百多年。1986年從事掌紋識(shí)別的RecognitionSystem,Inc.成立。1987年Drs.Flom&Safir研究虹膜獲得專利。1990年從事簽字識(shí)別的PenOp，Inc.在英國(guó)成立。1994年Drs.Atick,Griffin成立了從事人臉識(shí)別的Vi⁃sionicsCorp。

2生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展

每種生物特征識(shí)別技術(shù)不一定適合所有場(chǎng)合。例如有些人的指紋是很難提取特征的，患白內(nèi)障的人虹膜會(huì)發(fā)生變化等。在對(duì)安全級(jí)別要求較高的領(lǐng)域中，人們往往需要結(jié)合多種生物特征來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的系統(tǒng)識(shí)別，提高鑒別系統(tǒng)的精確度和可靠性是未來(lái)身份鑒別領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3生物特征識(shí)別系統(tǒng)的內(nèi)容

生物特征識(shí)別系統(tǒng)一般包括“生物特征采集子系統(tǒng)”“圖像預(yù)處理子系統(tǒng)”“生物特征提取子系統(tǒng)”“生物特征鑒定子系統(tǒng)”和“生物特征數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)”，以及系統(tǒng)識(shí)別的對(duì)象——人。在“生物特征數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)”中建立了生物特征與相關(guān)身份信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和可靠性。“生物特征鑒定子系統(tǒng)”通過(guò)模式識(shí)別方法，把待識(shí)別的生物特征與數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)中生物特征進(jìn)行比對(duì)，按照事先確定的篩選條件（閾值）決策來(lái)確定是否匹配成功。

4生物特征識(shí)別技術(shù)的種類

生物特征包括生理特征和行為特征，生理特征有指紋、人臉、手形、虹膜、人體氣味和DNA等；行為特征有簽名、聲音、步態(tài)、擊打鍵盤(pán)的力度等。

5基于生理特征的生物識(shí)別技術(shù)

5.1指紋識(shí)別

指紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì)是該技術(shù)是較早被開(kāi)發(fā)應(yīng)用的，作為研發(fā)歷史最為長(zhǎng)久的生物識(shí)別技術(shù)是比較成熟的。提取指紋設(shè)備小巧方便，相應(yīng)的價(jià)格成本也比較低。其缺點(diǎn)是指紋的采集是接觸式的，人工操作比較耗時(shí)，可接受性較差，而且指紋也可以通過(guò)手術(shù)或者一些有創(chuàng)手段得以改變或者破壞，因此不是最穩(wěn)定和可靠的身份識(shí)別手段。

5.2人臉識(shí)別

人臉識(shí)別與其它生物特征識(shí)別相比具有以下特點(diǎn)：（1）方便高效，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，人臉識(shí)別可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷以及識(shí)別。（2）非接觸的，用戶不需要和設(shè)備直接接觸。（3）由于人臉臉部存在相似性，不同個(gè)體的區(qū)別不大，所有人臉的結(jié)構(gòu)都相似。再加上現(xiàn)代妝容技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別還是有很大的識(shí)別難度。（4）人臉的易變性，人臉的外形其實(shí)并不穩(wěn)定，可以通過(guò)臉部變化產(chǎn)生很多表情，而在不同的觀察角度，人臉的視覺(jué)圖像差別也較大。此外，人臉識(shí)別還受光照條件等多種因素的影響。

5.3虹膜識(shí)別

虹膜識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)有：虹膜本身具有穩(wěn)定性和唯一性，基本不會(huì)隨著人年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生變化；另外同一個(gè)人雙眼的虹膜，包括雙胞胎的虹膜特征都不會(huì)一樣，相似概率為億萬(wàn)分之一，所以虹膜識(shí)別最大的優(yōu)點(diǎn)就是安全性高。在各項(xiàng)生物識(shí)別技術(shù)中，僅次于DNA。當(dāng)然虹膜也有缺點(diǎn)：獲取圖像不是很方便，一般人眼和設(shè)備要保持在20cm-40cm，鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低，用戶交互效果并不很好。另外虹膜識(shí)別技術(shù)依賴光學(xué)設(shè)備，需要紅外燈配合紅外鏡頭才能取到用于身份識(shí)別的虹膜圖像。不同種族人的虹膜顏色不同，比如亞洲人和非洲人的虹膜是黑色或者棕色。由于很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化，設(shè)備造價(jià)高，所以無(wú)法大范圍推廣。

5.4視網(wǎng)膜識(shí)別

有人認(rèn)為視網(wǎng)膜技術(shù)識(shí)別的可靠性和準(zhǔn)確率要高于虹膜識(shí)別，所以基于視網(wǎng)膜的身份識(shí)別技術(shù)也是非常可靠、值得信賴的。視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)相似于虹膜技術(shù)，比如無(wú)法偽造，不會(huì)磨損，更不會(huì)老化，也不受疾病影響。缺點(diǎn)是到目前為止還無(wú)法證明在使用視網(wǎng)膜技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，是否對(duì)用戶的健康有影響還需進(jìn)一步確實(shí)。

5.5掌靜脈識(shí)別

用掌靜脈進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，獲取的是手掌內(nèi)部的靜脈圖像特征，而不是手掌表面的圖像特征。因此，掌靜脈識(shí)別不同于指紋識(shí)別，它不存在因?yàn)槭终票砻娴膿p傷、磨損、干燥或太濕等帶來(lái)的識(shí)別障礙。另外，和人臉識(shí)別技術(shù)相比，掌靜脈識(shí)別時(shí)攝像機(jī)應(yīng)對(duì)不同光照環(huán)境、雙胞胎和化妝等問(wèn)題時(shí)人工智能算法更加容易自我學(xué)習(xí)和調(diào)整。但它也存在一些缺點(diǎn)：（1）手背靜脈的永久性尚未得到證實(shí)。（2）存在無(wú)法成功注冊(cè)登記的可能。（3）采集設(shè)備要求特殊，相關(guān)設(shè)計(jì)比其它生物特征獲取設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高，難于推廣。（4）由于優(yōu)秀的人工智能算法不多，只有極少數(shù)廠商能應(yīng)對(duì)海量掌靜脈數(shù)據(jù)的瞬時(shí)比對(duì)。

5.6人耳識(shí)別

人耳識(shí)別有基于二維圖像的人耳識(shí)別、基于3D的人耳識(shí)別和耳紋識(shí)別。人耳識(shí)別和常用的幾種生理特征識(shí)別技術(shù)相比有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）人耳識(shí)別相比于虹膜識(shí)別方法其人耳圖像的獲取更加便捷。（2）和人臉識(shí)別方法比較，人耳獲取的圖像要小很多，相應(yīng)顏色也比較一致，因此對(duì)數(shù)據(jù)的處理量更小，更方便。另外，人耳識(shí)別方法不像人臉識(shí)別會(huì)因臉部化妝、表情等變化而受到影響。（3）相比指紋識(shí)別接觸式的獲取方式，人耳圖像非接觸式的采集方法更容易讓人接受。

5.7紅外溫譜圖

由紅外設(shè)備獲取能夠反映人身體各個(gè)部位熱量值的圖像稱為溫譜圖。獲取溫譜圖的方法和拍攝普通照片的方法類似，它的采集是非接觸式的，非常隱蔽的，更不具侵犯性，所以它的可接受性是比較高的。然而人體的溫譜值不是恒定不變的，它會(huì)受外界環(huán)境的變化而發(fā)生變化。

5.8基因識(shí)別

基因識(shí)別的特點(diǎn)簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)就是唯一性、強(qiáng)識(shí)別性和防偽。但是它最大的優(yōu)點(diǎn)也是最讓人擔(dān)憂的，因?yàn)樵谥谱鳌盎蛏矸葑C”時(shí)可以測(cè)出這個(gè)人基因有哪些缺陷，有哪些疾病易感基因等，這些都涉及到個(gè)人隱私和倫理上的問(wèn)題。所以基因識(shí)別的可接受性還有待商榷。目前基因識(shí)別是在特定實(shí)驗(yàn)室完成的，耗時(shí)較長(zhǎng)，和其它生物特征識(shí)別技術(shù)比起來(lái)在便利性和及時(shí)性方面是處于劣勢(shì)的。

6基于行為特征的生物特征識(shí)別技術(shù)

6.1簽名識(shí)別

簽名被認(rèn)為是身份識(shí)別的最廣泛的行為特征之一，是人類最常見(jiàn)的確認(rèn)他們的身份的社會(huì)和法律認(rèn)可的方式之一。相關(guān)的寫(xiě)作習(xí)慣是在兒童時(shí)期養(yǎng)成的，它們主要受視覺(jué)知覺(jué)、協(xié)調(diào)、靈巧、成長(zhǎng)、寫(xiě)作系統(tǒng)、社會(huì)關(guān)系、寫(xiě)作頻率、教育和民俗等幾個(gè)參數(shù)的影響[1]。因此一個(gè)人的簽名不是一生中都固定不變的，這為簽名識(shí)別的準(zhǔn)確率提高了難度。

6.2步態(tài)識(shí)別

步態(tài)識(shí)別在生物特征識(shí)別技術(shù)研究中算是起步較晚的，目前基于步態(tài)的身份識(shí)別還只是起步階段。和人臉識(shí)別不同的是，步態(tài)識(shí)別不只是采集到人臉圖像就行，它是要采集到步態(tài)圖像的序列，因此它處理的數(shù)據(jù)量比人臉識(shí)別要大很多，應(yīng)用到的算法也復(fù)雜許多。步態(tài)識(shí)別的采集裝置只需要一個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭就行，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。它對(duì)采集的距離要求比人臉識(shí)別低，只要能看清走路的姿態(tài)就行，甚至可以背離攝像機(jī)，這是人臉識(shí)別所不能的；另外它也不需要像人臉識(shí)別那樣具備較好的光照條件，因此使用起來(lái)較為方便。

6.3聲音識(shí)別

聲音識(shí)別與其他生物特征相比優(yōu)勢(shì)在于：（1）聲音提取方便，可在不知不覺(jué)中完成，可接受性強(qiáng)。（2）獲取聲音的設(shè)備簡(jiǎn)單方便，比如麥克風(fēng)，價(jià)格相對(duì)比較低廉。（3）和其它生物特征身份識(shí)別相比可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程身份辨認(rèn)，比如通過(guò)手機(jī)或麥克風(fēng)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄。當(dāng)然聲音識(shí)別也有一些缺點(diǎn)：（1）聲音在人不同的年齡或是身體狀況、情緒等情況下獲取會(huì)有所差別。（2）不同的采集設(shè)備或采用不同的信道對(duì)聲音識(shí)別也會(huì)有影響。（3）環(huán)境噪音對(duì)識(shí)別有于擾。（4）混合說(shuō)話情形下，人的聲音特征不易提取。（5）同一個(gè)人的磁帶錄音也能欺騙語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。

7總結(jié)

在上述生物特征識(shí)別技術(shù)中，每種識(shí)別技術(shù)都各自有優(yōu)缺點(diǎn)，在應(yīng)用上難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。所以，在一些安全等級(jí)要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中，往往會(huì)采用兩種甚至多種生物特征識(shí)別技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證[2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，生物識(shí)別將擁有更為廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]曾曉云.基于探測(cè)網(wǎng)格的離線簽名認(rèn)證方法[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(23):90-92.

[2]李徐周.生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].山東省青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2004(1):141-143.

作者：曾曉云 焦?jié)?單位：揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)