靜脈識別：生物識別新方向
——訪北京大學信息科學技術學院教授李文新

文/高妍 李慧

靜脈識別：生物識別新方向
——訪北京大學信息科學技術學院教授李文新

文/高妍 李慧

北京大學信息科學技術學院李文新教授的辦公室，其普通的防盜門與其他房間并無差別，只是在門齊胸的位置上垂直安裝著一個長方形盒子，盒子中間有一個直徑約3厘米、深約10厘米的圓孔。只見李文新左手食指在孔里一放，兩秒鐘后，門“啪”的一聲彈開了。這個有些神奇的小東西，就是李文新帶領學生自主研發的應用了手指靜脈識別技術的門禁鎖。“有了它，再也不會有忘帶鑰匙進不了門的情況出現。”李文新教授說。

何為靜脈識別技術

手指靜脈識別技術是靜脈識別的一種，屬于生物識別技術的范疇。李文新介紹，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。它測量人的身體特征或行為特點，并用計算機將這些特征或特點與數據庫的模板數據進行比較，進而完成身份的認證驗證。

生物特征具有唯一性，人人具備且不相同。對絕大多數人來說，生物特征很難消失，不易被竊取、復制，也不存在被遺忘的問題。基于人的生物特征的多種生理特性或行為方式，科學家目前已研發出指紋識別、虹膜識別、面相識別、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。其中，靜脈識別技術的研究與應用，是上世紀90年代開始在日本出現的，研究歷史比較短，是目前世界上最先進的一種生物識別技術。

李文新是國際上最早從事自動化掌紋識別技術研究的學者之一。早在1998年，李文新去香港理工大學攻讀博士學位的時候，就開始跟隨導師張大鵬從事自動化掌紋識別技術的研究工作，也取得了相關的成果。博士畢業后，李文新回北大任教，在研究發展中，關注到靜脈識別技術的優越性，從2006年起轉向這個領域。

李文新介紹，靜脈識別技術的原理是根據血液中的血紅素吸收紅外線光的特質，利用血紅蛋白比周圍組織對近紅外光的吸收率高、易成像為陰影的特點，用近紅外光照射手指，即可獲得血管圖樣影像，將所得血管分布圖與數據庫中的生物特征相對照，從而對個人進行身份鑒定認證。靜脈特征不易獲得，不易偽造，只有通過流動的血液才能獲取有效圖像。

靜脈識別優勢解析考勤系統牛刀小試

在生物識別領域，指紋識別的研究歷史最長，累積的經驗最多，數據庫也最多，是目前市場上最被認可、應用范圍最廣的生物識別技術。但是，指紋識別技術仍存在著種種缺憾，比如：指紋識別技術對環境的要求很高，對手指的濕度、清潔度等都很敏感；某些人或群體的指紋特征少，甚至無指紋，難以成像；對于脫皮、有傷痕等低質量指紋存在注冊和識別困難、識別率低的問題；每一次使用指紋識別時都會在指紋采集器上留下印痕，存在被用來復制指紋的可能性；指紋識別時必須觸摸到設備，會造成設備的磨損；識別時對方向要求較高，方位要正、部位須準確等。

而靜脈識別技術具備的優勢，卻可有效解決以上問題。靜脈特征具有唯一性，沒有完全相同靜脈特征的人，且差異永遠都不會消失，也不會隨人的成長發生根本性變化，識別率高；靜脈特征是人身體的一部分，識別不受外部環境的影響，也不存在因個人特殊性而不能采集的情況，對任何人都會平等識別；只有具備一定溫度的流動血液才能被識別，因此不存在被斷指盜取識別的可能；設備采集、識別使用紅外光，圖像采集穩定，使用時不受天氣影響；非侵入性和非接觸性的成像技術，不僅能夠確保使用者的衛生安全，且不會留下痕跡造成被窺視和復制。

靜脈識別技術的一系列優勢，已經給身份識別領域帶來全新的空氣，能夠廣泛應用于門禁識別、電子設備登陸、銀行業等多個相關行業，其廣闊的應用前景已經得到越來越多的人認可。

2008年，受北京大學體育教學部之托，李文新開始帶領學生研發基于靜脈識別技術的新體育鍛煉考勤系統。李文新和學生們經過長時間的探索和不斷的嘗試，終于在突破了手指靜脈圖像采集、特征提取、匹配算法等關鍵技術后，研制出一種基于手指靜脈識別技術的身份識別終端，包括一個自行設計的指靜脈采集設備和相應的識別算法。2009年3月，這個系統正式上線，開始在北京大學學生課外鍛煉考勤中應用，并在使用的過程中不斷改進技術，完善設備，提高識別率。到現在，4個學期過去了，李文新說，這個考勤系統已經相對成熟，技術上完全可行，識別率比指紋識別高很多。現在已經有6000多個的學生在使用，也在大學生創新論壇上獲得了“十個我最喜歡的項目”之一的榮譽。

李文新說，等技術更成熟后，他們會考慮與學校的校園卡中心聯系，在學生辦理校園卡的時候完成數據采集，并與校園卡掛鉤。這樣以后在校園里只要有與身份認證相關的問題，如注冊、繳費等，都能夠快速方便的解決。另一方面，李文新和她的學生也在探討將靜脈識別技術應用于醫學領域的可能。用相對低廉的設備，完成靜脈分布圖像的獲取，供醫學應用。

提到何時投入市場推廣應用，李文新說要看機會。“盡管已經拿到一個專利(一種采集近紅外光照射下血管圖像的方法和裝置，專利申請號200710121321.7)，但要沖破日本的專利封鎖需要投入大量的時間和精力；而且要如何推廣，怎樣的商業模式比較合適，都需要更全面、更深層次的探討。”而隨著靜脈識別技術的不斷成熟和系統應用范圍的逐步擴大，其價格也會有很大的下降空間。

2010年8月與博士生在伊斯坦布爾參加國際模式識別大會

突破封鎖傳感器研發至關重要

李文新認為，在所有生物特征識別系統的研究過程中，最重要的是傳感器的研發，傳感器是識別系統的核心所在。識別系統利用傳感器獲取特征或特點，將不同的表象存儲起來，才能形成數據庫，完成注冊，進而識別身份。傳感器的采集質量、采集效果直接決定以后的研究效果。“但傳感器的研究、數據庫的采集本身就是一個繁瑣而不易見成效的過程，需要很大的精力、財力成本付出。而且，就算做出來了，面對不同規模、不同成分人群的數據庫，是無法做比較的，因此很難出成果。”

現在，生物識別領域仍處于日本一統天下的局面，中國的相關研究仍處于起步階段，“大多直接借用別人的傳感器和數據庫，只做軟件或算法的改進研究。但起決定作用的是傳感器，算法再好也是基于傳感器的，受制于人。”

21世紀是生物智能時代，如何突破國外技術封鎖，提高國內相關產品的技術和性能，是科研工作者需要著重思考的問題。期待更多的李文新出現，共同推動我國生物識別技術的根本性進步！

李文新，北京大學信息科學技術學院教授、博士生導師。現擔任北京大學信息科學技術學院副院長、北京大學計算機實驗教學中心(國家級示范中心建設單位)主任；兼任中國計算機學會人工智能與模式識別分會委員、中國計算機學會青少年信息學奧賽科學委員會副主席、ACM/ICPC國際大學生程序設計競賽亞洲區教練及競賽指導委員會委員。多年從事計算機教學和科研工作，在國際學術期刊和會議上發表論文多篇，并擁有美國并國際授權專利1項、國內授權專利3項。主持編寫的《北京大學信息科學技術學科本科課程體系》獲得北京市教學成果二等獎。