生物特征識別技術及其應用

摘要：生物特征識別技術是一種既方便又安全的身份識別技術，應用領域非常廣泛。文章首先回顧了生物特征識別技術的起源和發展情況，然后對幾種常用的生物特征識別技術及其應用情況做了介紹，并對其發展進行了展望。

關鍵詞：生物特征識別技術；身份識別；應用

中圖分類號：D918.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0044-02

1 生物特征識別技術

美國好萊塢電影中經常會涉及到許多高科技的情節，比如某人要到某一重要的場所（實驗室、機房或者博物館等），一般沒有鑰匙，而是通過指紋錄入、虹膜掃描、聲音識別、人臉識別等方式來確認身份。電影中的這些高科技元素經常會讓我們驚嘆不已，其實這些利用人體生物特進行驗證和識別人物身份的高科技技術就是生物特征識別技術。其中這種技術主要是通過運用計算機、聲學、光學、生物統計學、生物傳感器等技術相互配合，并通過利用人體的行為特征比如聲音、步伐、筆跡等和指紋、人臉和虹膜等固有生理特征等進行鑒別人們身份的一種技術。

2 生物特征識別技術的發展過程

早在公元前7 000年前～公元前6 000年前，在古中國和古敘利亞，人們就用指紋進行身份驗證，具體可以追溯到古埃及人通過測量人的尺寸進行鑒別人的身份。而現在的生物特征識別技術主要是運用計算機技術實現的。其中在20世紀60年代，因為計算機技術能夠進行處理圖形，所以人們開始探究利用計算機技術進行處理指紋，從此，基于計算機技術的自動指紋識別系統的研究和應用在世界上的許多國家展開。我國的生物特征識別最早發展的也是指紋識別技術，早在20世紀80年代初就開始了研究。20世紀90年代，我國開始對人臉識別、虹膜識別、掌形識別等生物特征識別技術進行研究，并且在部分領域取得了國際領先的研究成果。最近幾年，我國的生物特征識別技術發展很快，已經達到了較高的水平。由于奧運和公安保衛的需要，生物特征識別技術受到了國家的高度重視，許多大專院校、科研院所都參與了生物特征識別技術及其應用的研究。以國內頂級科研單位和著名高校的生物特征識別科研成果為依托，一批生物特征識別領域的高新技術公司也迅速發展起來。生物特征識別設備也從早期的僅限于安全級別較高的場所和軍事用途，逐漸應用于商業領域，如出入口控制、考勤管理等。目前，生物特征識別技術可廣泛用于政府、軍隊、銀行、電子商務和安全防務等多個領域。

3 幾種常用的生物特征識別技術

利用生物特征來進行個人身份識別， 其不需要攜帶如智能卡樣的東西，也不需要記住身份證號以及密碼等一系列的數字，而用于證明自己的就是自己本身，利用生物特征識別身份不僅不會出現丟失、遺忘，而且也很難進行造假。是目前最為方便和安全的識別技術，得到了各個國家的普遍重視和大力發展。目前，國內外研究的生物特征識別技術有指紋、手型、掌紋、靜脈、虹膜、視網膜、耳廓、語音、步態以及人臉等識別技術。這里介紹幾種常用的生物特征識別技術及其應用情況。

3.1 指紋識別技術

指紋識別技術通常采用特征點法，抽出指紋上山狀曲線的分歧點或指紋中切斷的部分（端點）等特征來識別。特征點是一個三維向量，包含了位置和方向等信息。在特征點法的識別中，手指按壓或流汗、指紋線的愈合和傷痕對識別影響不大。

每個人的指紋都是不同的，兩個人之間沒有相同的指紋，同時由于指紋與其他生理特征或者行為特征相比更容易獲取，所以指紋識別技術應用是非常廣闊的。在現代社會中，指紋識別技術最早應用在公安刑偵領域中，后逐漸被應用到軍隊、武警以及民用領域中。目前指紋識別技術已經成為國際公認的應用最為廣泛、價格低廉以及使用最為方便的生物特征認證技術之一。但是目前指紋識別也存在著一定的安全隱患，因為在每一次使用指紋時都會在指紋采集頭上留下指紋痕跡，而這些指紋痕跡很容易被非法分子復制。

3.2 手掌靜脈識別技術

手掌靜脈身份識別就是通過近紅外線讀取手掌靜脈的模式數據，與預先登記的手掌靜脈數據進行對比，確認本人身份的生物識別技術。由于靜脈比動脈更接近于皮膚，當紅外線照射手掌時，更容易讀取信息。此外，靜脈中的紅血球具有吸收特定的近紅外線的特性，利用這一特性可以實現只讀取靜脈的功能。當近紅外線照射到手掌時，靜脈部分會有微弱的反射，從而形成靜脈紋路圖像。簡單地說，就是通過反射回來的近紅外線的強弱來識別靜脈的位置。

靜脈血管位于人體內部，不會輕易被他人所獲知，因此非常適合用于個體認證。手掌靜脈識別的全過程采用非接觸式，簡單易行。但由于成本等原因，目前在我國應用還比較少。隨著成本的不斷降低和技術的成熟性越來越好，相信未來幾年這項技術在我國會得到一定程度的推廣。

3.3 人臉識別技術

所謂人臉識別， 就是利用計算機分析人臉視頻或者圖像， 并從中提取出有效的識別信息， 最終判別人臉對象的身份。識別的特征有眼、鼻、口、眉的形狀和位置關系，以及臉的輪廓等。人臉識別系統主要包括人臉檢測和人臉識別兩個環節，其中人臉檢測主要是指首先對人臉進行定位和檢測，也就是指從輸入圖像中找到人臉及其位置，從而將人臉從背景中分割出來；而人臉識別主要是對人臉的特征進行提取，識別以及模擬匹配等。

人臉識別技術與其他生物特征識別技術相比，人臉識別由于使用方便，普通的攝像頭都能夠作為傳感器，同時這種技術主要是根據人臉識別軟件和算法進行處理，所以其成本低，容易推廣，而且也容易被廣大人民群眾接受。人臉識別相對于指紋識別最大的優點是非接觸式的，更加方便與衛生，而且不干擾使用者，不侵犯使用者的隱私權，因此成為目前實際應用廣泛程度僅次于指紋識別的生物特征識別手段。尤其是近幾年，由于國際反恐和社會安全的需要，世界各國也都加強了人臉識別技術及其應用的研究。2008年我國在奧運會的歷史上第一次采用人臉識別技術為之提供安全保障。目前，人臉識別技術可廣泛用于人臉識別門禁、人臉識別考勤、公安布控對象監控、車站機場安檢以及人臉識別出入境邊檢等多個領域，甚至我們可以讓自己的個人計算機進行人臉識別開機，還可以讓自己的手機進行人臉識別解鎖。人臉識別技術在實際生活中為人們工作和生活提供極大的便利，比如在北京奧運會期間，運動員不需要門卡以及鑰匙，只需要面朝門靜立一會，然后房門就能夠自動打開，這里就使用了人臉識別技術。

雖然人臉識別技術已經得到了長足的發展和廣泛的應用，但是也存在著許多問題，如周圍環境的光照問題、人臉的姿態問題、遮擋物問題以及化妝整容問題等，這些都需要技術的不斷發展和對問題的深入研究去逐漸解決。

3.4 聲音識別技術

聲音識別技術是一種非接觸的生物特征識別技術，其能夠很自然被人們接受，并且人們的行為特征以及心理特征等語音參數會反應在聲音的波形中，聲音識別就是利用分析使用者的聲音的物理特性進行身份識別的技術。聲音識別技術主要是通過話筒錄入語音，然后通過數字信號處理技術，最后提取使用者聲音特征信息并將其保存在數據庫中。在使用的過程中主要將采集的聲音與數據庫中的特征信息進行對比，實現身份識別和身份判斷。目前聲音識別技術主要應用于語音撥號、聲控玩具中等。但是聲音識別技術和其他技術相比，由于聲音的變化范圍太大，所以導致很難進行精確匹配，同時由于聲音很容易隨著速度、音量以及音質的變化影響采集和對比結果。

3.5 其他生物特征識別技術

目前，除了指紋識別技術和人臉識別技術等常用的幾種技術外，現在科學技術人員正致力于研究開發的還有身體氣味以及耳朵、心音和行走步態等技術。有趣的是，日本科學家還開發了一項臀部形狀識別技術，他們在汽車駕駛座上安裝數百個微型壓力傳感器，汽車內的電腦通過壓力傳感器采集到的數據即可制作出坐車人的臀部形狀數據庫，然后與原錄入數據庫作比對，從而識別駕駛人是否車主。

4 展 望

生物特征識別技術的應用給我們的生活和工作帶來極大的便利，但是由于每一種技術都有自身的缺點和優點，都有自己使用的范圍，所以采用多種生物特征融合技術可以獲得比單一生物特征識別系統更好的識別性能和可靠性，提高系統的安全性。可以預見，多種生物特征識別技術的聯合應用將是身份識別領域未來發展的必然趨勢，未來的生活將會因為生物特征識別技術而變得更安全、更輕松。

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