生物识别

生物识别：常见的生物特征识别方式生物识别技术主要是指通过人类生物特征进行身份认证的一种技术，这里的生物特征通常具有唯一的（与他人不同）、可以测量或可自动识别和验证、遗传性或终身不变等特点。所谓生物识别的核心在于如何获取这些生物特征，并将之转换为数字信息，存储于计算机中，利用可靠的匹配算法来完成验证与识别个人身份的过程。一、生物识别技术概念生物识别技术的特征分类生物识别的涵义很广，大致上可分为身体特征和行为特征两类。身体特征包括：指纹、静脉、掌型、视网膜、虹膜、人体气味、脸型、甚至血管、DNA、骨骼等；行为特征则包括：签名、语音、行走步态等。生物识别系统则对生物特征进行取样，提取其唯一的特征转化成数字代码，并进一步将这些代码组成特征模板，当人们同识别系统交互进行身份认证时，识别系统通过获取其特征与数据库中的特征模板进行比对，以确定二者是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。下表对五类主要的人体生物特征的自然属性进行了比较自然属性虹膜指纹面部DNA静脉唯一性因人而异因人而异因人而异亲子相近同卵双胞胎相同唯一性稳定性终身不变终身不变随年龄段改变终身不变终生不变抗磨损性不易磨损易磨损较易磨损不受影响不受影响痕迹残留不留痕迹接触时留有痕迹不留痕迹体液、细胞中含有不留痕迹遮蔽情况可戴手套面罩不能戴手套不能戴手套不需接触从上表列出的特性可以看出，某一应用领域可能特别需要某种生物特征，如刑侦应用与静脉、指纹识别、亲子鉴定与DNA等。与其他生物特征相比，虹膜组织更适合于信息安全和通道控制领域。例如，虽然多种特征都具有因人而异的自然属性，但虹膜的重复率极低，远远低于其他特征。又如，容易留痕迹可以给刑侦带来很大方便，但痕迹易被他人利用来造假，则不利于信息安全。再则，虹膜相对不易因伤受损，更加大大减少了因外伤而导致无法进行识别的可能性。而静脉识别更完美，精确度可以和虹膜识别媲美，无需接触，操作方便，适应人群广泛。二、几种常见的生物特征识别方式1.指纹识别指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点。指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。指纹识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。目前来说指纹识别的技术应用最为广泛，我们不仅在门禁、考勤系统中可以看到指纹识别技术的身影，市场上有了更多指纹识别的应用：如笔记本电脑、手机、汽车、银行支付都可应用指纹识别的技术。2.静脉识别静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪取得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线CMOS摄像头获取手指静脉、手掌静脉、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，采用复杂的匹配算法对静脉特征进行匹配，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。全过程采用非接触式。3.虹膜识别虹膜是位于人眼表面黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状区域，在红外光下呈现出丰富的纹理信息，如斑点、条纹、细丝、冠状、隐窝等细节特征。虹膜从婴儿胚胎期的第3个月起开始发育，到第8个月虹膜的主要纹理结构已经成形。除非经历危及眼睛的外科手术，此后几乎终生不变。虹膜识别通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份，其核心是使用模式识别、图像处理等方法对人眼睛的虹膜特征进行描述和匹配，从而实现自动的个人身份认证。英国国家物理实验室的测试结果表明：虹膜识别是各种生物特征识别方法中错误率最低的。从普通家庭门禁、单位考勤到银行保险柜、金融交易确认，应用后都可有效简化通行验证手续、确保安全。如果手机加载“虹膜识别”，即使丢失也不用担心信息泄露。机场通关安检中采用虹膜识别技术，将缩短通关时间，提高安全等级。4.视网膜识别视网膜是眼睛底部的血液细胞层。视网膜扫描是采用低密度的红外线去捕捉视网膜的独特特征，血液细胞的唯一模式就因此被捕捉下来。视网膜识别的优点就在于它是一种极其固定的生物特征，因为它是“隐藏”的，故而不可能受到磨损，老化等影响；使用者也无需和设备进行直接的接触；同时它是一个最难欺骗的系统，因为视网膜是不可见的，故而不会被伪造。另一方面，视网膜识别也有一些不完善的，如：视网膜技术可能会给使用者带来健康的损坏，这需要进一步的研究；设备投入较为昂贵，识别过程的要求也高，因此角膜扫描识别在普遍推广应用上具有一定的难度。5.面部识别面部识别是根据人的面部特征来进行身份识别的技术，包括标准视频识别和热成像技术两种。标准视频识别是透过普通摄像头记录下被拍摄者眼睛、鼻子、嘴的形状及相对位置等面部特征，然后将其转换成数字信号，再利用计算机进行身份识别。视频面部识别是一种常见的身份识别方式，现已被广泛用于公共安全领域。热成像技术主要透过分析面部血液产生的热辐射来产生面部图像。与视频识别不同的是，热成像技术不需要良好的光源，即使在黑暗情况下也能正常使用。6.手掌几何学识别手掌几何学识别就是通过测量使用者的手掌和手指的物理特征来进行识别，高级的产品还可以识别三维图象。作为一种已经确立的方法，手掌几何学识别不仅性能好，而且使用比较方便。它适用的场合是用户人数比较多，或者用户虽然不经常使用，但使用时很容易接受。如果需要，这种技术的准确性可以非常高，同时可以灵活地调整性能以适应相当广泛的使用要求。手形读取器使用的范围很广，且很容易集成到其他系统中，因此成为许多生物特征识别项目中的首选技术。7.DNA识别人体内的DNA在整个人类范围内具有唯一性（除了同卵双胞胎可能具有同样结构的DNA外）和永久性。因此，除了对同卵双胞胎个体的鉴别可能失去它应有的功能外，这种方法具有绝对的权威性和准确性。DNA鉴别方法主要根据人体细胞中DNA分子的结构因人而异的特点进行身份鉴别。这种方法的准确性优于其它任何身份鉴别方法，同时有较好的防伪性。然而，DNA的获取和鉴别方法（DNA鉴别必须在一定的化学环境下进行）限制了DNA鉴别技术的实时性；另外，某些特殊疾病可能改变人体DNA的结构组成，系统无法正确的对这类人群进行鉴别。8.声音和签字识别声音和签字识别属于行为识别的范畴。声音识别主要是利用人的声音特点进行身份识别。声音识别的优点在于它是一种非接触识别技术，容易为公众所接受。但声音会随音量、音速和音质的变化而影响。比如，一个人感冒时说话和平时说话就会有明显差异。再者，一个人也可有意识地对自己的声音进行伪装和控制，从而给鉴别带来一定困难。签字是一种传统身份认证手段。现代签字识别技术，主要是透过测量签字者的字形及不同笔划间的速度、顺序和压力特征，对签字者的身份进行鉴别。签字与声音识别一样，也是一种行为测定，因此，同样会受人为因素的影响。9.亲子鉴定（基因识别）由于人体约有30亿个核苷酸构成整个染色体系统，而且在生殖细胞形成前的互换和组合是随机的，所以世界上没有任何两个人具有完全相同的30亿个核苷酸的组成序列，这就是人的遗传多态性。尽管遗传多态性的存在，但每一个人的染色体必然也只能来自其父母，这就是DNA亲子鉴定的理论基础。三、生物特征识别在中国的发展状况我国生物特征识别行业最早发展的是指纹识别技术，基本与国外同步，早在80年代初就开始了研究，并掌握了核心技术，产业发展相对比较成熟。而我国对于人脸识别、虹膜识别、掌形识别等生物认证技术研究的开展则在1996年之后。1996年，现任中国科学院副秘书长、模式识别国家重点实验室主任的谭铁牛入选中科院的“百人计划”，辞去英国雷丁大学的终身教职务回国，开辟了基于人的生物特征的身份鉴别等国际前沿领域新的学科研究方向，开始了我国对人脸、虹膜、掌纹等生物特征识别领域的研究。目前，中科院自动化研究所是我国最具权威的生物特征识别认证科研机构，在人脸识别、虹膜识别、指纹识别、掌纹识别等领域均已取得了国内或国际领先的研究成果。以国内顶级科研单位、著名高校的生物特征识别科研成果为依托，北京中科虹霸、北京行者、中科奥森、北京数字指通、北大高科、杭州中正生物认证有限公司、上海银晨科技、道肯奇等一批生物特征识别领域的高新技术公司慢慢发展起来，带动着行业的发展。自2003年后，生物特征识别行业步入成长期，主要特征有：产品体系已建立，技术标准逐渐完善，行业内企业数量激增（全球目前从业公司已上千家），产品成本已大幅度下降，技术已获得客户广泛认可，各领域应用渐趋普及，行业体系也已成型。在此阶段，中国生物特征识别行业开始诞生了一批在细分市场具有领导优势的企业，如北京艾迪沃德指纹科技（IDworld）、北大高科、中控电子在科刑侦和社保指纹门锁指纹考勤等领域，都取得了一定优势。以中科院自动化所科研成果为依托的北京中科虹霸科技有限公司在虹膜识别产业化方面积极探索，于2006年10月研发出国内第一款嵌入式网络化虹膜识别仪，其性能达到国际领先。部分企业在技术研发等领域也取得突破，如亚略特、银晨科技在人脸识别等技术上都取得了领先水平。

要掌握一门学科，首先要做的是对其基本概念和基本原理有一个熟练的掌握，然后反复思考其内涵和外延。而要对一个概念进行真正清楚的解释，并不是简单的事情，可能最终不仅要用到本学科的概念，还要将其还原到本学科之外；例如我们研究的是经济学，那么要解释清楚利息理论，并不是简单地说“利息是资金所有者因借出资金而取得的报酬”就能结束的，还要将其还原到经济学术语之外。例如费雪的利息理论“不仅不管通胀，不管风险，不管交易费用，而更重要的是不管货币。他认为一个没有货币的社会，物品换物品，利息还是存在的。利息的存在，不需要有货币，但需要有市场，物品交换就是市场了。” 这就返回到了概念出发的本原——市场。在对市场进行解释时，就要将其还原到经济学之外。当然，越过经济学的界限后，我们就不需要再解释下去了，因为这已经超出经济学的范畴了。 　　尽管生物识别是否能成为一门学科，个人认为是大有疑问的，不过，个人认为要掌握相关知识，清除了解其基本概念仍是非常必要的。 　　以下是我初步列出的与生物识别相关的十个基本概念，难免挂一漏万之嫌，这里的解释也很难达到真正深入的地步，只是希望引起大家思考的兴趣： 生物识别（生物认证）： 　　生物识别（Biometric Identification Technology）：是利用人体生物特征进行身份认证。它是基于（1）人的生物特征是不相同的（2）可以测量或可自动识别和验证的这两点。人的生物特征包括生理特性或行为方式。生理特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等，行为特征有签字、声音、按键力度等。 指纹识别： 　　指纹识别就是利用人的指纹特征对人体身份进行认证的技术。在所有的生物识别技术中指纹技术最为成熟，也应用最广。 算法 　　算法是计算机软件术语，主要指完成一个任务所需要的具体步骤和方法。也就是说给定初始状态或输入数据，经过计算机程序的有限次运算，能够得出所需要的结果。算法常常含有重复的步骤和一些比较或逻辑判断。如果一个算法有缺陷，或不适合于某个问题，执行这个算法将不会解决这个问题。 　　生物识别领域所说的算法本质上是软件算法在本领域内的应用，以指纹识别算法为例，其核心算法就包括，指纹匹配算法，模糊指纹图像处理算法，指纹特征分类、定位、提取算法，以及指纹拼接算法。 指纹传感器 　　总的来说，传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、 易于处理的电量信号输出的装置。而指纹传感器就是测量手指电信号的一种装置。目前指纹传感器有光学式、晶体电容式等等不同类型。 身份认证（身份识别） 　　直白地说，就是通过某种方式或手段对希望获得某种身份的人进行的一种认证方式。比如可以通过身份证或帐号/密码来认证你是否是本系统合法用户。 AFIS（自动指纹识别系统） 　　AFIS（Automaed Fingerprint Idenification System）是指计算机对输入的指纹图像进行处理，以实现指纹的分类、定位、提取形态和细节特征，然后才根据所提取的特征进行指纹的比对和识别。 信息安全 　　综合起来说，信息安全就是要保障电子信息的有效性和安全性。信息安全涉及到信息的保密性(Confidentiality)、完整性(Integrity)、可用性(Availability)、可控性(Controllability)。保密性就是对抗对手的被动攻击，保证信息不泄漏给未经授权的人。完整性就是对抗对手主动攻击，防止信息被未经授权的篡改。可用性就是保证信息及信息系统确实为授权使用者所用。 可控性就是对信息及信息系统实施安全监控。 加密 　　加密技术主要是指为了达到保护数据不泄漏的目的而采用的一种技术手段，主要是把重要的数据变为乱码（加密）传送，到达目的地后再用相同或不同的手段还原（解密）。加密技术包括两个元素：算法和密钥。算法是将普通的文本（或者可以理解的信息）与一窜数字（密钥）的结合，产生不可理解的密文的步骤，密钥是用来对数据进行编码和解码的一种算法。 指纹考勤 　　指纹考勤的含义很清楚：用刷指纹代替刷卡，记录员工的考勤情况。之所以把指纹考勤列为生物识别的十个基本概念之一，是因为其重要性，据称指纹考勤已占据了整个中国指纹识别60%的市场，而指纹识别又占了其中90%的市场份额。指纹仪考勤系统是利用指纹识别仪和计算机系统实现考勤登记和考勤管理的管理系统。 拒真率和认假率 　　由于计算机处理指纹时，只是涉及了指纹的一些有限的信息，而且比对算法并不是精确匹配，其结果也不能保证100%准确。指纹识别系统的特定应用的重要衡量标志是识别率。主要由两部分组成，拒判率(FRR)和误判率(FAR)。我们可以根据不同的用途来调整这两个值。FRR和FAR是成反比的。用0-1.0或百分比来表达这个数。ROC(Receiver Operating Curve)-曲线给出FAR和FRR之间的关系。

如何识别人物身份，人们大多会想到生物识别技术，如指纹、脸象、红膜、声音等。近日，美国科学家正在研究通过脚来进行身份识别。每个人都具有一双独一无二的脚，步态也都不同，这位科学家们的研究提供了可行性。目前科学家希望研发一种能够识别人物身份的生物鞋底，从帮助控制要害区域的人员出入。目前该研究拥有150万美元研究资金。科学家将在生物鞋底安装能够测量脚温度和压强的特殊传感器，进而监测人们的步态，通过微型电脑与步态数据库连接来识别人物身份。当人物身份与监测结果不相符时，生物鞋底就会发出无线报警信息。如果人物身份正确的话，则会保持安静，不会发出报警信息，精确度柯达99%以上。除了用于身份识别，科学家还表示生物鞋底还有望用于医疗领域，如对老年痴呆症提供早期预警等。通过对老年人的步速变化监测，以提供老年痴呆的早期预警