常見生物特征識別分析

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【摘要】生物特征識別技術采用不同于傳統身份識別技術的口令、密碼等，而是利用人體自身所攜帶的生理特征或后天習慣使然的行為特征來進行鑒別，目前這一技術已逐漸成為身份鑒別領域研究的熱點。本文主要分析一些常見生物特征的特點、區別與聯系。

【關鍵詞】生理特征；行為特征；鑒定

隨著越來越多的電子設備不斷進入日常生活，傳統使用口令、密碼或身份證號等來辨識身份的方式已遠遠不能滿足人們對安全性和便利性的渴求。生物特征識別技術不再需要身份證號或密碼，也免去隨身攜帶智能卡之類物件的煩惱，它是根據人自身所擁有的東西，是人的個體特性，目前生物識別市場正處于快速增長當中。

1生物特征識別技術的歷史

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

2生物特征識別技術的發展

每種生物特征識別技術不一定適合所有場合。例如有些人的指紋是很難提取特征的，患白內障的人虹膜會發生變化等。在對安全級別要求較高的領域中，人們往往需要結合多種生物特征來實現高精度的系統識別，提高鑒別系統的精確度和可靠性是未來身份鑒別領域發展的必然趨勢。

3生物特征識別系統的內容

生物特征識別系統一般包括“生物特征采集子系統”“圖像預處理子系統”“生物特征提取子系統”“生物特征鑒定子系統”和“生物特征數據庫子系統”，以及系統識別的對象——人。在“生物特征數據庫子系統”中建立了生物特征與相關身份信息的對應關系，并保證數據存儲的安全性和可靠性。“生物特征鑒定子系統”通過模式識別方法，把待識別的生物特征與數據庫子系統中生物特征進行比對，按照事先確定的篩選條件（閾值）決策來確定是否匹配成功。

4生物特征識別技術的種類

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、擊打鍵盤的力度等。

5基于生理特征的生物識別技術

5.1指紋識別

指紋識別的優勢是該技術是較早被開發應用的，作為研發歷史最為長久的生物識別技術是比較成熟的。提取指紋設備小巧方便，相應的價格成本也比較低。其缺點是指紋的采集是接觸式的，人工操作比較耗時，可接受性較差，而且指紋也可以通過手術或者一些有創手段得以改變或者破壞，因此不是最穩定和可靠的身份識別手段。

5.2人臉識別

人臉識別與其它生物特征識別相比具有以下特點：（1）方便高效，在實際應用場景中，人臉識別可以同時進行多個人臉的分揀、判斷以及識別。（2）非接觸的，用戶不需要和設備直接接觸。（3）由于人臉臉部存在相似性，不同個體的區別不大，所有人臉的結構都相似。再加上現代妝容技術的發展，人臉識別還是有很大的識別難度。（4）人臉的易變性，人臉的外形其實并不穩定，可以通過臉部變化產生很多表情，而在不同的觀察角度，人臉的視覺圖像差別也較大。此外，人臉識別還受光照條件等多種因素的影響。

5.3虹膜識別

虹膜識別的優點有：虹膜本身具有穩定性和唯一性，基本不會隨著人年齡的增長而發生變化；另外同一個人雙眼的虹膜，包括雙胞胎的虹膜特征都不會一樣，相似概率為億萬分之一，所以虹膜識別最大的優點就是安全性高。在各項生物識別技術中，僅次于DNA。當然虹膜也有缺點：獲取圖像不是很方便，一般人眼和設備要保持在20cm-40cm，鏡頭可能產生圖像畸變而使可靠性降低，用戶交互效果并不很好。另外虹膜識別技術依賴光學設備，需要紅外燈配合紅外鏡頭才能取到用于身份識別的虹膜圖像。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備的尺寸小型化，設備造價高，所以無法大范圍推廣。

5.4視網膜識別

有人認為視網膜技術識別的可靠性和準確率要高于虹膜識別，所以基于視網膜的身份識別技術也是非常可靠、值得信賴的。視網膜識別技術的優點相似于虹膜技術，比如無法偽造，不會磨損，更不會老化，也不受疾病影響。缺點是到目前為止還無法證明在使用視網膜技術對用戶進行檢測時，是否對用戶的健康有影響還需進一步確實。

5.5掌靜脈識別

用掌靜脈進行身份認證時，獲取的是手掌內部的靜脈圖像特征，而不是手掌表面的圖像特征。因此，掌靜脈識別不同于指紋識別，它不存在因為手掌表面的損傷、磨損、干燥或太濕等帶來的識別障礙。另外，和人臉識別技術相比，掌靜脈識別時攝像機應對不同光照環境、雙胞胎和化妝等問題時人工智能算法更加容易自我學習和調整。但它也存在一些缺點：（1）手背靜脈的永久性尚未得到證實。（2）存在無法成功注冊登記的可能。（3）采集設備要求特殊，相關設計比其它生物特征獲取設備復雜，價格高，難于推廣。（4）由于優秀的人工智能算法不多，只有極少數廠商能應對海量掌靜脈數據的瞬時比對。

5.6人耳識別

人耳識別有基于二維圖像的人耳識別、基于3D的人耳識別和耳紋識別。人耳識別和常用的幾種生理特征識別技術相比有以下幾個優勢：（1）人耳識別相比于虹膜識別方法其人耳圖像的獲取更加便捷。（2）和人臉識別方法比較，人耳獲取的圖像要小很多，相應顏色也比較一致，因此對數據的處理量更小，更方便。另外，人耳識別方法不像人臉識別會因臉部化妝、表情等變化而受到影響。（3）相比指紋識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

由紅外設備獲取能夠反映人身體各個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，它會受外界環境的變化而發生變化。

5.8基因識別

基因識別的特點簡單點來說就是唯一性、強識別性和防偽。但是它最大的優點也是最讓人擔憂的，因為在制作“基因身份證”時可以測出這個人基因有哪些缺陷，有哪些疾病易感基因等，這些都涉及到個人隱私和倫理上的問題。所以基因識別的可接受性還有待商榷。目前基因識別是在特定實驗室完成的，耗時較長，和其它生物特征識別技術比起來在便利性和及時性方面是處于劣勢的。

6基于行為特征的生物特征識別技術

6.1簽名識別

簽名被認為是身份識別的最廣泛的行為特征之一，是人類最常見的確認他們的身份的社會和法律認可的方式之一。相關的寫作習慣是在兒童時期養成的，它們主要受視覺知覺、協調、靈巧、成長、寫作系統、社會關系、寫作頻率、教育和民俗等幾個參數的影響[1]。因此一個人的簽名不是一生中都固定不變的，這為簽名識別的準確率提高了難度。

6.2步態識別

步態識別在生物特征識別技術研究中算是起步較晚的，目前基于步態的身份識別還只是起步階段。和人臉識別不同的是，步態識別不只是采集到人臉圖像就行，它是要采集到步態圖像的序列，因此它處理的數據量比人臉識別要大很多，應用到的算法也復雜許多。步態識別的采集裝置只需要一個監控攝像頭就行，簡單、經濟。它對采集的距離要求比人臉識別低，只要能看清走路的姿態就行，甚至可以背離攝像機，這是人臉識別所不能的；另外它也不需要像人臉識別那樣具備較好的光照條件，因此使用起來較為方便。

6.3聲音識別

聲音識別與其他生物特征相比優勢在于：（1）聲音提取方便，可在不知不覺中完成，可接受性強。（2）獲取聲音的設備簡單方便，比如麥克風，價格相對比較低廉。（3）和其它生物特征身份識別相比可以實現遠程身份辨認，比如通過手機或麥克風可以實現網絡遠程登錄。當然聲音識別也有一些缺點：（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有所差別。（2）不同的采集設備或采用不同的信道對聲音識別也會有影響。（3）環境噪音對識別有于擾。（4）混合說話情形下，人的聲音特征不易提取。（5）同一個人的磁帶錄音也能欺騙語音識別系統。

7總結

在上述生物特征識別技術中，每種識別技術都各自有優缺點，在應用上難免會出現一些問題。所以，在一些安全等級要求較高的應用場景當中，往往會采用兩種甚至多種生物特征識別技術進行驗證[2]。隨著物聯網時代的到來，生物識別將擁有更為廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]曾曉云.基于探測網格的離線簽名認證方法[J].現代信息科技,2019,3(23):90-92.

[2]李徐周.生物特征識別技術的發展與應用[J].山東省青年管理干部學院學報,2004(1):141-143.

作者：曾曉云 焦濤 單位：揚州市職業大學