護衛奧運安全的生物識別技術

雅典奧運會是一屆特殊的奧運會。鑒于2001年美國“911”事件，雅典奧運會期間大街小巷有7萬名軍警、軍用機場有“愛國者”導彈、比雷埃夫斯港有巡洋艦、地中海有北約艦隊、雅典上空有戰斗機和飛艇，體育史上聞所未聞的陸海空立體警戒，讓希臘投入奧運會的安保費用一再追加，僅安全保衛一項就動用了15億美元，它已相當于1996年亞特蘭大奧運會安保費用的50倍，相當于悉尼的5倍。奧運安全與安全奧運，嚴峻的考驗、沉重的話題，警示著2008年北京奧運會。我國承諾要辦成“一流”奧運，“安全奧運”及其保障機制建設應成為辦好一屆最出色奧運會的最重要標志，為此，北京提出了安全奧運觀。

當今，反恐安全成為關系社會和平建設和發展的首要問題，得到世界各國政府和人民的極大關注。而網絡信息化時代的一大特征就是身份的數字化和隱性化。如何準確鑒定一個人的身份、保護信息安全是當今信息化時代必須解決的一個關鍵社會問題。因此，生物識別技術的重要性被各國政府提上日程。由于物件(如鑰匙)和知識(如密碼)等傳統的身份認證極易偽造和丟失，在反恐任務時表現出來的這種缺陷使得各國政府在研究與應用上對生物識別技術開始了大規模的投資。因此，生物識別技術在近幾年得到了飛速發展。

什么是生物識別技術

生物識別技術是利用人體生物特征和活動性進行身份認證的一種特定技術，細分為生理特征和行為特征。經過大量的實驗證明，生物特征是唯一的，且與任何人毫不相同，是可自動識別并被測量與驗證的生理特性或行為方式。基于生物識別是利用人自身的生物特征，不存在遺忘或丟失的問題，也很難被竊取的特點，科研人員便利用人體的各部位特征紛紛研發各種生物識別技術，具體是采用自動技術測量人的身體特征或者個人行為特點，并將這些特征或特點與數據庫的模板數據進行比較，完成認證，從而進行身份驗證。生物特征識別技術具有的優勢是：對于絕大多數人來說，永不消失、不會遺忘。比較而言，密碼識別技術可能遺失、被窺視或破解，所有生物識別技術則可能遺失、被盜或被復制。

依據人的生物特征的生理特性或行為方式可分為多種生物身份識別。生理特征有手形、指紋、臉形、虹膜、視網膜、脈搏、耳廓等，行為特性有簽字、聲音、按鍵力度等。根據人體生理特征的不同，目前已有指紋識別、虹膜識別、人臉識別、掌紋識別、聲紋識別、靜脈識別、腦波識別等各種不同的識別方法。第十一屆世界女子壘球錦標賽，作為北京奧組委確定的42場奧運測試賽首場比賽，首次啟用了多項先進的生物識別設備，如在安保指揮中心的大門設置了手背式靜脈門禁系統和在貴賓廳入口設置了人臉識別系統。

靜脈識別——生物識別的新領域

靜脈識別安防管理系統的原理是根據血液中的血紅素有吸收紅外線光的特質，將具紅外線感應度的小型照相機對著手指進行攝影，即可將血管的陰影處攝出圖像來。將血管圖樣進行數字處理，制成血管圖樣影像。靜脈識別系統就是首先通過靜脈識別儀取得個人靜脈分布圖，從靜脈分布圖依據專用比對算法提取特征值，通過紅外線CCD攝像頭獲取手背靜脈的圖像，將靜脈的數字圖像存貯在計算機系統中，將特征值存儲。靜脈比對時，實時采取靜脈圖，提取特征值，運用先進的濾波、圖像二值化、細化手段對數字圖像提取特征，同存儲在主機中靜脈特征值比對，采用復雜的匹配算法對靜脈特征進行匹配，從而對個人進行身份鑒定，確認身份。全過程采用非接觸式。

與其他生物識別技術相比，靜脈識別具有很多優點：

一是通過例證和收集數據證明，所有人的靜脈是不同的，完全相同靜脈特征的人幾乎沒有，即使是長相非常相像的雙胞胎的靜脈圖形也不會相同，而且這種差異將會在他們的一生中都不會消失。在成長過程中，靜脈也在成長，然而靜脈不會發生根本性變化。在成年階段，靜脈是穩定幾乎不發生變化。即使在成長過程中，靜脈也隨時間在成長，但靜脈的成長變化非常緩慢，為適應此種緩慢的變化，靜脈識別系統有一種“動態模型更新”功能，在每次比對時，使用者的靜脈圖形數據會得到更新，“動態模型更新”功能使得靜脈識別系統對身份識別更準確。

二是由于靜脈分布藏匿于身體內部，其特征屬天賦密碼，不會遺失，不會遺忘，使用簡便。所以不存在仿制或失竊的風險，由于不排除兇殘的歹徒可能會不擇手段，將目標人的靜脈載體砍下來通過測試，系統設備已設計成只能掃描有溫暖血液流過的靜脈血管，只有活體才能識別，因而斷指將會失效，所以不存在被盜的可能性。

三是高精密判斷，不受外部污染、輕傷影響，人類手部表面的皮膚條件不會對認證工作造成影響。對于被其他物體覆蓋、脫皮、有傷痕、一些手上老繭較多的體力勞動者等的皮膚以及無法辨識的毀傷肌膚識別起來也不會受到干擾，不存在識別率低的問題，而且速度極為迅速。此外，靜脈識別系統對手指的濕度和溫度的變化不敏感，對手指清潔度沒有要求，不會受臟、油、水等因素的影響，也減少了誤讀的可能。

四是非侵入性和非接觸性成像技術對紅外線的采用，可以確保使用者的便捷性和清潔性。不需要直接接觸，使用者只要將手掌展開，在識別器上晃一下即可。非接觸性使用方式，不會被復制，不會被窺視，使用更安全。而且非接觸性在減少設備被污染的同時，也避免了細菌的交叉傳播，既衛生又安全，容易被大眾接受，非常適用于公共場所使用，并且極大的提高了識別速度。舉例來說，在傳染病流行的時間內，這種非接觸性的感應方式是最安全的，甚至在醫院的手術室，醫生都可以戴著外科手套通過感應進行身份認證。

五是由于靜脈形狀的相對穩定性和捕捉影像清晰性，所以，可對低分辨率相機拍攝的圖樣資料進行小型的簡單數據影像技術處理。準確率比指紋識別還高。實驗顯示，其無法識別的幾率僅有0.01％，識別錯誤的概率則只有0.00008％，識別率已經達到了99.9％。

目前，靜脈識別技術分為兩種：一種是手背靜脈識別，一種是手指靜脈識別。二者各自具有優勢：較之于手背的靜脈認證，手指靜脈識別的設備工藝要求高，體積較小。手指靜脈認證的可信度較高，而且有更多保障，因為手只有兩只，而手指卻有十根，極端的話，將兩手十指共十份的數據注冊后，即使因為受傷有幾根手指不能使用也沒有關系。而相較于手指靜脈識別，手背靜脈識別的范圍更大，準確率也更高，位移偏差較小，采集容易，錯誤接受率低于0.00008％，錯誤拒絕率為0.01％，能夠提供使用者高度的保障與準確識別率，其缺點是設備體積較大。

人臉識別——科學幻想變成現實

對于普通百姓來說，人臉識別是個非常遙遠的話題，似乎只能在科幻電影中看到，但是，當各方信息顯示出這一技術將會在2008年北京奧運會期間一展身手時，人們對它的興趣似乎在一夜間就高漲了。

在基于生物識別技術的身份認證中，人臉識別是最主要的方法之一。雖然人類能夠很容易地識別人臉及表情，但人臉的自動機器識別卻是一個極其復雜的課題。它的研究涉及到計算機圖形學、計算機視覺、模式識別、機器學習、感知科學、人工智能、計算智能等技術，人臉識別技術在近年來獲得大量的研究成果，并且正在逐步成熟。與指紋、視網膜、虹膜、基因等其它人體生物特征識別系統相比，人臉識別系統具有直接、友好、方便的特點，易于為使用者所接受。

人臉識別主要分為人臉檢測，人臉特征提取和人臉識別三個過程。

人臉檢測。所謂人臉檢測，就是給定任意圖像，確定其中是否存在人臉，如果有，給出人臉的位置、大小等狀態信息。人臉檢測主要受到光照、噪聲、姿態、以及遮擋等因素的影響，人臉檢測的結果直接關系到后面兩個過程的準確性。

人臉特征提取。人臉特征提取是將現實空間的圖像映射到機器空間的過程。人臉特征提取具有多樣性和唯一性，只有保持這種多樣性和唯一性，才能保證人臉圖像的準確描述和識別。人臉圖像信息數據量巨大，為了提高檢測和識別的運算速度，提高圖像傳輸和匹配檢索速度，必須對圖像進行數據壓縮，降低向量維數，即用盡可能少的數據表示盡可能多的信息。人臉特征提取在提取人臉特征的同時，也實現了對原始圖像的數據降維。

人臉識別。人臉識別就是將待識別的人臉與已知人臉進行比較，得出相似程度的相關信息。這里所指的人臉識別是狹義的識別，是統稱的廣義人臉識別的一個過程。人臉識別又分為兩類：一類是確認，它是一對一進行圖像比較的過程，即回答你是不是你本人的問題另一類是辨認，它是一對多進行圖像匹配比對的過程，即回答你是誰的問題。人臉確認是人臉辨認的簡單化，人臉辨認比人臉確認要復雜困難得多，因為人臉辨認系統涉及到大批量數據的比對。

人臉識別技術在眾多的生物識別方法中，進行個體身份識別和驗證時具有很多優點：

一是它是不需要使用者配合的生物識別方法，因而操作隱蔽性強，特別適合于安全防范、罪犯監控、罪犯抓捕。采用非接觸式采集，沒有侵犯性，容易被接受。

二是事后追蹤能力強，普通人即可進行判斷核實。而普通人一般不具備對于指紋、虹膜的判別能力。

三是更符合人類的識別習慣，可交互性強，適合于改善人機界面。

四是實現設備通用、簡單，尤其是采集設備成本較低。

靜脈識別和人臉識別結緣奧運

我國在第十一屆世界女子壘球錦標賽上成功應用了靜脈識別系統。作為北京奧組委確定的42場奧運測試賽的首場比賽，任何人進出場館安保中樞，均需伸手接受“手背靜脈門禁系統”檢測。這是第一次在比賽中使用了手背式靜脈門禁系統。要想通過手背式靜脈門禁系統要過三關，一是檢測手背上靜脈的形狀和走向；二是要檢測每條靜脈的寬度，三是要檢測血管內血流的速度。此次賽事突出了科技安保意識。

在北京市科協舉辦的“科技圓夢想、和諧迎奧運”系列科普展上，最吸引參觀者的莫過于人臉識別系統的演示。“這扇門是沒有鑰匙的，誰能把它打開?”工作人員指著現場一扇貌似普通的門，微笑著問參觀者。好奇的參觀者左尋右覓，很快有人發現了奧秘所在：“電腦!”話音一落，門邊那臺裝有攝像頭的電腦立即被層層包圍了起來。“對，這里裝有人臉識別系統，只要你的臉部資料被存進了系統，那么只要你站在門前，它就會自動打開。”工作人員邊介紹，邊為大家做起了操作演示：點開系統頁面，把臉對著攝像頭，輕輕點擊“抓拍”，然后依次點擊“輸入”、“識別”。不到一分鐘，系統提示操作完成，站到門前，一旋把手，嚴鎖的門應聲而開。

2008年北京奧運會，我國將迎來世界200多個國家和地區的1萬多名運動員、6000多名官員要人、2萬多名媒體記者。因此，對所有人分級別進行辨識，把危險和犯罪人群從人群中區分出來并及時采取相應的措施，將是北京奧運會安全順利進行的重要保障。目前，人臉識別系統已被應用在北京站、北京西客站和北京地鐵等人流量較大的公共交通場所，該系統還將安裝到北京的500多家商場，以此來對該系統進行進一步的調試和檢測。

2008年北京奧運會的腳步聲已由遠及近，我國承諾2008年北京奧運會要“舉辦成為一屆歷史上最出色的奧運會”。安全問題是奧運會的晴雨表，是所有奧運會主辦城市要面對的核心問題，“安全奧運”應該是最出色奧運會的最重要標志。生物識別技術將與其他安保手段一起為世界各國人民共享盛會提供可靠的安全保障。歷史上，很多技術都是通過一些大型體育賽事走向實用。對于生物識別技術來說，2008年的北京奧運會就很有可能成為他們一展身手的難得機遇。