生物特征識別技術發展與應用

董磊 張志剛 西安財經大學 信息學院

1 概述

當今社會，城市規模的不斷擴大，交通網絡日益發達，城市中的人口數量也在迅速增大，如此大規模流動性的人口以及社會方面的金融、國家安全、司法、電子商務、電子政務等應用領域，都需要準確的身份識別與認證。傳統的身份認證方法主要通過身份標識物品（如鑰匙、證件、銀行卡等）和身份標識知識（如用戶名和密碼）來證明身份。但由于主要借助體外物，很容易被盜取信息，以及被冒充取代的可能，甚至出現自己無法證明自己的情況。特別是在當今信息社會，高技術犯罪的頻率和危害呈現出快速上升的勢頭。而且隨著計算機網絡的發展，非法登錄計算機的案件呈上升趨勢，在計算機網絡應用中，特別是在電子商務應用中，能有效防范以假冒身份登錄計算機的身份認證方法是一項十分迫切需要的重要技術。如果可以利用更可靠的方法鑒別和認證這些系統，我們就可以有效減小相關的經濟損失。因此生物特征識別技術應運而生。生物特征（指紋、臉像、虹膜等）由于具有唯一性、終生不變性、隨身攜帶、不易丟失和冒用、防偽性能好等特點，正在成為身份認證的一個新的介質，具有廣闊的應用前景。

2 相關概念

生物特征是我們人體所固有的各種生理特征或者行為特征的總稱。生理特征多為先天性的，不隨外在條件和主觀意愿發生改變，如指紋、掌紋、虹膜、臉像等；行為特征則是人們長期生活養成的行為習慣，很難改變，如筆跡、步態等。人的生物特征具有唯一性、終生不變性、且不會被遺忘和丟失、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”以及隨時隨地可用等優點，比傳統的身份認證方法更具安全、保密和方便性。生物特征識別技術的應用非常廣泛，在任何需要進行身份識別的地方，都可以用到生物特征識別技術。比如：刑偵破案；銀行系統人物識別；邏輯訪問控制；以及海關監控還有民政部門的記錄。生物特征識別技術在應用過程中也面臨著一定的隱患[2]，當用戶丟失智能卡或者PIN后，可以重新選擇新的智能卡或PIN，可一旦某種生物特征被仿造，導致用戶使用該生物特征注冊的系統都將面臨危險， 因為用戶將無法重新選擇生物特征， 這也是人們使用生物特征識別系統最擔心的問題。在采集生物特征信息過程中也會面臨一些安全性問題：如假冒生物特征；重放以前合法用戶的生物特征信息， 對認證系統進行欺騙；攻擊者直接侵入生物特征數據庫， 修改或者竊取生物注冊信息， 從而通過匹配驗證；以及驗證精度對安全性的影響等隱患。

3 國內外發展概況

人類利用生物特征識別的歷史可追溯到古代， 古埃及人通過測量人體各部位的尺寸來鑒別身份。7000 多年得古敘利亞和中國， 那時一些陶器上就留有陶藝匠人的指紋作為身份證明，。20 世紀美國誕生了指紋自動識別系統，進行信息時代后，在現代個人電腦、光學掃描這兩項技術的革新， 將指紋取像變成為現實， 從而使指紋識別可以在其他領域中得以應用， 低價位取像設備的快速發展， 可靠的比對算法的發現， 為個人身份識別應用的增長提供了舞臺。“911”事件發生后， 以美國為首的西方國家都將生物特征識別作為關系國家安全的關鍵技術加以發展。

國內生物特征識別方面，指紋識別技術在我國應用比較早，與國際上的指紋識別技術發展相比，我國有自己的一席之地并擁有自主知識產權。2006 年指紋識別就在深圳羅湖口岸自動通關得到應用，2008 年北京奧運會成功應用人臉識別技術，之后國家建成了千萬量級的數據庫的人臉識別，逐漸在地鐵、銀行、重要公共場所等安防領域部署應用。從我國生物特征識別技術的發展來看，目前我國生物識別技術水平和國外相差不大，并且距離在逐漸縮小，特別是應用方面，必將走在世界的前列。

4 生物特征識別主要技術

生物特征識別技術即包括基于生理特征識別的技術，如：指紋識別；人臉識別；人臉溫譜圖；虹膜識別；視網膜識別；手型識別，掌紋識別等。也包括基于行為特征的識別技術，如：語言識別，簽名識別，擊鍵識別，步態識別等。聲紋技術是兼具生理特征和行為特征的識別技術。還有一些新的生物特征識別技術一直活躍在各個國家，如：人耳識別；味紋識別；基因識別；汗毛孔識別；鼻部毛囊識別；表情識別等。目前主流的生物特征識別技術都是較單一和較傳統的生物特征識別技術。主要都是集中在指紋識別，虹膜識別和臉形識別等幾種較為常見的識別技術。

4.1 指紋識別

指紋識別是通過對指紋的全局特征和局部特征采集、分析后，與模板庫中存儲的指紋對比，自動、準確地鑒別出個人身份。指紋識別中，通常采用總體和局部兩種層次的結構特征。總體特征是指用肉眼直接就可以觀察到的特征，局部特征則是指指紋紋路上的節點特征，因為指紋紋路經常出現終端、分叉或打折，所以形成了許多節點。兩枚指紋可能會具有相同的總體特征，但局部特征卻不可能完全相同。指紋識別主要分為指紋讀取、指紋識別和指紋匹配三個步驟。

4.2 虹膜識別

人眼睛的外觀圖由鞏膜、虹膜、瞳孔三部分構成。其中虹膜位于鞏膜和瞳孔之間， 包含了最豐富的紋理信息，占據眼球面積的65% 。虹膜是一種在眼睛中瞳孔周圍的織物狀各色環狀物，每一個虹膜都包含一個獨一無二的基于像冠、水晶體、細絲、斑點、結構、凹點、射線、皺紋和條紋等特征的結構。從外觀上看，虹膜由許多腺窩、皺褶、色素斑等構成，是人體中最獨特的結構之一，據稱沒有任何兩個虹膜是一樣的。虹膜的高度獨特性、穩定性及不可更改的特點，是虹膜可用作身份鑒別的物質基礎。

4.3 人臉識別

人臉識別技術(Face Recognition Technology)是利用計算機分析人臉圖像，從中提取出有效的識別信息，用來“辨認”身份的一門技術[6]。人臉識別屬于生物特征識別技術的一種，人臉識別技術的目標是使計算機具有像人眼一樣定位和識別人臉的功能。在研究內容方面，人臉識別技術包括人臉檢測、人臉特征提取和人臉分類識別三大模塊。人臉識別系統分為圖像采集、人臉檢測、圖像預處理、特征提取和人臉圖像特征匹配五部分。

5 結語

社會的飛速發展，科技的快速進步，使得傳統的身份驗證缺少了安全性，正因如此，生物特征識別技術躍身成為了現代特別關注的主流技術之一。生物特征識別技術具有非常好的應用前景，本文主要向大家系統詳細的介紹了目前都有哪些生物特征識別技術，并對這些生物特征進行了介紹以及分析，以及優缺點的比較。在社會和科技的發展中，生物特征識別技術可以給與我們很多的安全和便利，也能是我們的信息的保密性提高。這項技術。本次論文也有很多不足之處，對于某些更新的技術收錄不夠完全。在今后的研究中，會更多的收集資料，不斷了解和完善。