看不見(jiàn)偷不走的放心鎖
——靜脈識(shí)別

靜脈識(shí)別是一種基于生物特征的身份鑒別和認(rèn)證技術(shù)，首先是身份登記過(guò)程，采集用戶的靜脈圖像，從采集到的靜脈圖像中提取特征，與用戶姓名或其標(biāo)識(shí)( ID，PIN)等聯(lián)系起來(lái)構(gòu)建靜脈數(shù)據(jù)庫(kù);然后是身份驗(yàn)證或識(shí)別過(guò)程，驗(yàn)證時(shí)通過(guò)把現(xiàn)場(chǎng)采集到的靜脈與己經(jīng)登記的靜脈進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)身份辨認(rèn)。驗(yàn)證其實(shí)是回答這樣一個(gè)問(wèn)題:“他是他自稱的這個(gè)人嗎?”這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的方法。識(shí)別時(shí)把現(xiàn)場(chǎng)采集靜脈同靜脈數(shù)據(jù)庫(kù)中的靜脈逐一比對(duì)，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)采集靜脈相匹配的靜脈，識(shí)別其實(shí)是回答這樣一個(gè)問(wèn)題:“他是誰(shuí)?”除了驗(yàn)證的一對(duì)一和識(shí)別的一對(duì)多比對(duì)方法，在實(shí)際應(yīng)用中還有“一對(duì)幾個(gè)匹配”。一對(duì)幾個(gè)匹配主要應(yīng)用于只有“幾個(gè)”用戶的系統(tǒng)之中，比如一個(gè)家庭的“幾個(gè)”成員要進(jìn)入他們的住房。

靜脈識(shí)別技術(shù)根據(jù)血液中血紅素可吸收紅外線光的機(jī)理，利用具有近紅外線感應(yīng)能力圖像采集裝置對(duì)手指等人體部位進(jìn)行攝像，即可獲取人體局部靜脈圖像;然后對(duì)靜脈血管圖樣進(jìn)行數(shù)字化處理，建立其特征模型，提取其結(jié)構(gòu)特征作為身份識(shí)別的依據(jù)(圖1)。

目前正在應(yīng)用的生物特征識(shí)別技術(shù)主要有指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別和人臉識(shí)別等。但它們都存在缺陷:指紋識(shí)別易被復(fù)制、被竊取，很難做到活體特征，安全性能較低;虹膜識(shí)別圖像采集設(shè)備昂貴，對(duì)識(shí)別距離和眼睛狀態(tài)要求嚴(yán)格，使用舒適度較差;人臉識(shí)別容易被人臉照片、人臉視頻、人臉模型等攻擊和欺騙，難以做到活體識(shí)別。而靜脈識(shí)別能避免上述現(xiàn)有常規(guī)生物特征識(shí)別技術(shù)的缺點(diǎn)。“靜脈藏匿在身體內(nèi)部，肉眼無(wú)法看到，也不會(huì)像指紋那樣在使用過(guò)程中留下印痕，不易被復(fù)制;是真正的活體檢測(cè)，安全性能很高;其次，靜脈是流動(dòng)的血液形成的，只有活體才能提取到特征圖像，因此可謂看不見(jiàn)偷不走的活體特征。”國(guó)防科技大學(xué)科研人員介紹道，“此外，靜脈識(shí)別技術(shù)還具有漏登錄率極低、非接觸采集、設(shè)備成本較低，體積較小等特點(diǎn)，適宜推廣。”(圖2)

11年前科研人員偶然從報(bào)上看到一則新聞，東南亞某地富豪座駕為高檔轎車，采用指紋識(shí)別技術(shù)，被匪徒殘忍地砍掉手指將車劫走。科研人員由此聯(lián)想到國(guó)內(nèi)的身份識(shí)別領(lǐng)域目前還在大量采用指紋識(shí)別，安全隱患極大，于是從2003年開(kāi)始靜脈獲取和算法研究。當(dāng)時(shí)靜脈識(shí)別相關(guān)研究才剛剛起步，公開(kāi)論文很難搜到，國(guó)外企業(yè)在該領(lǐng)域?qū)ξ覀冞M(jìn)行技術(shù)封鎖，因此科研團(tuán)隊(duì)的研究過(guò)程可以說(shuō)是從零開(kāi)始。譬如在研究靜脈圖像采集過(guò)程中，研究人員曾摸索試驗(yàn)過(guò)X光、紫外線、紅外線等光源，摸索反射、透視、側(cè)光等照明手段，最終找到了最佳的靜脈成像方法。發(fā)現(xiàn)并掌握靜脈信息的采集原理后，在國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，研究團(tuán)隊(duì)用了近一年的時(shí)間，采集了數(shù)千個(gè)樣本人群，從多個(gè)手指和多個(gè)位置采集，獲得了幾十萬(wàn)份樣本數(shù)據(jù)，用于算法研究和軟件測(cè)試。2006年，團(tuán)隊(duì)研制的手指靜脈識(shí)別原理樣機(jī)參加某展覽會(huì)時(shí)，還曾遭到外企的起訴威脅; 2008年，有外企希望買斷團(tuán)隊(duì)的相關(guān)專利，團(tuán)隊(duì)委婉拒絕。在種種困難考驗(yàn)下，團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、堅(jiān)持自主創(chuàng)新、堅(jiān)持原始創(chuàng)造，一直堅(jiān)持算法完善和核心技術(shù)優(yōu)化，一定要將核心安全技術(shù)完全掌握在自己手中，更好地為國(guó)家安全服務(wù)。

經(jīng)過(guò)艱苦的11年攻關(guān)，國(guó)防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院數(shù)字視頻課題組從采集機(jī)理、硬件平臺(tái)、算法仿真、軟件實(shí)現(xiàn)、原理樣機(jī)、系統(tǒng)試驗(yàn)等方面完全自主地掌握了靜脈識(shí)別技術(shù)，并成功研制出人體靜脈識(shí)別系統(tǒng)樣機(jī)，正在北京中關(guān)村高新科技園進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。該系統(tǒng)得到國(guó)家權(quán)威安防專家肯定，是我國(guó)生物特征識(shí)別技術(shù)取得的又一重大突破。

目前，國(guó)家相關(guān)部門正在密切關(guān)注該領(lǐng)域的研究及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展，積極組織相關(guān)技術(shù)單位制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)防科技大學(xué)是此標(biāo)準(zhǔn)制定單位之一，直接參與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的提交、制定、測(cè)試等工作。科研人員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已參與兩項(xiàng)手指靜脈識(shí)別的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定工作，在靜脈采集、識(shí)別算法、原理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)方面攻克核心技術(shù)，申報(bào)國(guó)家專利11項(xiàng)，已授權(quán)9項(xiàng)( 6項(xiàng)發(fā)明專利) ;撰寫和發(fā)表相關(guān)高水平論文20多篇，SCI和EI檢索9篇，出版相關(guān)著作3部，其中2部在科學(xué)出版社出版。系統(tǒng)樣機(jī)已與北京國(guó)創(chuàng)科視有限公司合作進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣(圖3)，已經(jīng)完成指靜脈登陸器和指靜脈門禁鎖，代號(hào)“一指通”，正在用于智慧城市建設(shè)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)今明兩年產(chǎn)值可以突破2個(gè)億，為國(guó)家高級(jí)安保提供一把放心鎖。

科研人員透露，接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)還將對(duì)靜脈識(shí)別系統(tǒng)做進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)，“下階段的研究目標(biāo)主要集中在兩方面:一是在弱可視條件下對(duì)目標(biāo)的提取，豐富成像上的靜脈細(xì)節(jié)信息;二是加強(qiáng)對(duì)非剛體目標(biāo)的研究，實(shí)現(xiàn)當(dāng)手指彎曲、旋轉(zhuǎn)時(shí)也能被正確識(shí)別”。