常見生物特征識別分析

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【摘要】生物特征識別技術(shù)采用不同于傳統(tǒng)身份識別技術(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、密碼或身份證號等來辨識身份的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)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(jù)人自身所擁有的東西，是人的個(gè)體特性，目前生物識別市場正處于快速增長當(dāng)中。

1生物特征識別技術(shù)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(shù)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(shù)的發(fā)展

每種生物特征識別技術(shù)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(nèi)障的人虹膜會發(fā)生變化等。在對安全級別要求較高的領(lǐng)域中，人們往往需要結(jié)合多種生物特征來實(shí)現(xiàn)高精度的系統(tǒng)識別，提高鑒別系統(tǒng)的精確度和可靠性是未來身份鑒別領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。

3生物特征識別系統(tǒng)的內(nèi)容

生物特征識別系統(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)庫子系統(tǒng)”，以及系統(tǒng)識別的對象——人。在“生物特征數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)”中建立了生物特征與相關(guān)身份信息的對應(yīng)關(guān)系，并保證數(shù)據(jù)存儲的安全性和可靠性?！吧锾卣麒b定子系統(tǒng)”通過模式識別方法，把待識別的生物特征與數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)中生物特征進(jìn)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(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)、擊打鍵盤的力度等。

5基于生理特征的生物識別技術(shù)

5.1指紋識別

指紋識別的優(yōu)勢是該技術(shù)是較早被開發(fā)應(yīng)用的，作為研發(fā)歷史最為長久的生物識別技術(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(diǎn)：（1）方便高效，在實(shí)際應(yīng)用場景中，人臉識別可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)人臉的分揀、判斷以及識別。（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(shí)并不穩(wěn)定，可以通過臉部變化產(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(yōu)點(diǎn)有：虹膜本身具有穩(wěn)定性和唯一性，基本不會隨著人年齡的增長而發(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一樣，相似概率為億萬分之一，所以虹膜識別最大的優(yōu)點(diǎn)就是安全性高。在各項(xiàng)生物識別技術(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，所以無法大范圍推廣。

5.4視網(wǎng)膜識別

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

5.5掌靜脈識別

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，掌靜脈識別不同于指紋識別，它不存在因?yàn)槭终票砻娴膿p傷、磨損、干燥或太濕等帶來的識別障礙。另外，和人臉識別技術(shù)相比，掌靜脈識別時(shí)攝像機(jī)應(yīng)對不同光照環(huán)境、雙胞胎和化妝等問題時(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）存在無法成功注冊登記的可能。（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)對海量掌靜脈數(shù)據(jù)的瞬時(shí)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(shù)相比有以下幾個(gè)優(yōu)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(yīng)顏色也比較一致，因此對數(shù)據(jù)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(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，它會受外界環(huán)境的變化而發(fā)生變化。

5.8基因識別

基因識別的特點(diǎn)簡單點(diǎn)來說就是唯一性、強(qiáng)識別性和防偽。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(shí)驗(yàn)室完成的，耗時(shí)較長，和其它生物特征識別技術(shù)比起來在便利性和及時(shí)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(shù)

6.1簽名識別

簽名被認(rèn)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(rèn)他們的身份的社會和法律認(rèn)可的方式之一。相關(guān)的寫作習(xí)慣是在兒童時(shí)期養(yǎng)成的，它們主要受視覺知覺、協(xié)調(diào)、靈巧、成長、寫作系統(tǒng)、社會關(guān)系、寫作頻率、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，這為簽名識別的準(zhǔn)確率提高了難度。

6.2步態(tài)識別

步態(tài)識別在生物特征識別技術(shù)研究中算是起步較晚的，目前基于步態(tài)的身份識別還只是起步階段。和人臉識別不同的是，步態(tài)識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)量比人臉識別要大很多，應(yīng)用到的算法也復(fù)雜許多。步態(tài)識別的采集裝置只需要一個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭就行，簡單、經(jīng)濟(jì)。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(tài)就行，甚至可以背離攝像機(jī)，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(yōu)勢在于：（1）聲音提取方便，可在不知不覺中完成，可接受性強(qiáng)。（2）獲取聲音的設(shè)備簡單方便，比如麥克風(fēng)，價(jià)格相對比較低廉。（3）和其它生物特征身份識別相比可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程身份辨認(rèn)，比如通過手機(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有所差別。（2）不同的采集設(shè)備或采用不同的信道對聲音識別也會有影響。（3）環(huán)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(gè)人的磁帶錄音也能欺騙語音識別系統(tǒng)。

7總結(jié)

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

參考文獻(xiàn)

[1]曾曉云.基于探測網(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)