生物識別技術論文

　　生物特徵識別技術作為一種身份識別的手段，具有獨特的優勢，對資訊保安具有重要意義，下面是小編精心推薦的，希望你能有所感觸!

　　篇一

　　生物特徵識別技術概述

　　【摘要】生物特徵識別技術是利用人的生理特徵或行為特徵，來進行個人身份的鑑定。文章論述了現有的各種生物特徵識別技術的原理、特徵、應用的優缺點，介紹了生物特徵識別技術的標準化工作和發展趨勢。

　　【關鍵詞】身份鑑別;生物特徵識別;標準化

　　網路資訊化時代的一大特徵就是個人身份的數字化和隱性化。如何準確鑑定一個人的身份，保護資訊保安是當今資訊化時代必須解決的一個關鍵性社會問題。目前，我國的各種管理大部分使用證件、磁卡、IC卡和密碼，這些手段無法避免偽造或遺失，密碼也很容易被竊取或遺忘。這些都給管理者和使用者帶來很大不方便。生物特徵身份鑑別方法可以避免這些麻煩。因此，這一技術已成為身份鑑別領域的研究熱點。

　　所謂生物特徵識別技術就是，通過計算機與各種感測器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性和行為特徵，來進行個人身份的鑑定。生理特徵與生俱來，多為先天性的;行為特徵則是習慣使然，多為後天性的。將生理和行為特徵統稱為生物特徵。

　　並非所有的生物特徵都可用於個人的身份鑑別。身份鑑別可利用的生物特徵必須滿足以下幾個條件：第一，普遍性：即必須每個人都具備這種特徵。第二，唯一性：即任何兩個人的特徵是不一樣的。第三，可測量性：即特徵可測量。第四，穩定性：即特徵在一段時間內不改變。當然，在應用過程中，還要考慮其他的實際因素，比如：識別精度、識別速度、對人體無傷害、被識別者的接受性等等。現在常用的生物特徵有：人臉識別、虹膜識別、手形識別、指紋識別、掌紋識別、簽名識別、聲音識別等。下面將分別介紹各種生物特徵識別技術：

　　一、生物識別技術介紹

　　常用的生理特徵有臉像、指紋、虹膜等;常用的行為特徵有步態、簽名等。聲紋兼具生理和行為的特點，介於兩者之間。

　　***一***基於生理特徵的識別技術

　　1.指紋識別。指紋識別技術是通過取像裝置讀取指紋影象，然後用計算機識別軟體分析指紋的全域性特徵和指紋的區域性特徵，特徵點如嵴、谷、終點、分叉點和分歧點等，從指紋中抽取特徵值，可以非常可靠地通過指紋來確認一個人的身份。

　　指紋識別的優點表現在：研究歷史較長，技術相對成熟;指紋影象提取裝置小巧;同類產品中，指紋識別的成本較低。其缺點表現在：指紋識別是物理接觸式的，具有侵犯性;指紋易磨損，手指太乾或太溼都不易提取影象。

　　2.虹膜識別。虹膜識別技術是利用虹膜終身不變性和差異性的特點來識別身份的，虹膜是一種在眼睛中瞳孔內的織物狀的各色環狀物，每個虹膜都包含一個獨一無二的基於水晶體、細絲、斑點、凹點、皺紋和條紋等特徵的結構。虹膜在眼睛的內部，用外科手術很難改變其結構;由於瞳孔隨光線的強弱變化，想用偽造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。目前世界上還沒有發現虹膜特徵重複的案例，就是同一個人的左右眼虹膜也有很大區別。除了白內障等原因外，即使是接受了角膜移植手術，虹膜也不會改變。虹膜識別技術與相應的演算法結合後，可以到達十分優異的準確度，即使全人類的虹膜資訊都錄入到一個數據中，出現認假和拒假的可能性也相當小。

　　和常用的指紋識別相比，虹膜識別技術操作更簡便，檢驗的精確度也更高。統計表明，到目前為止，虹膜識別的錯誤率是各種生物特徵識別中最低的，並且具有很強的實用性，386以上計算機CCD攝像機即可滿足對硬體的需求。

　　3.視網膜識別。人體的血管紋路也是具有獨特性的，人的視網膜上面血管的圖樣可以利用光學方法透過人眼晶體來測定。用於生物識別的血管分佈在神經視網膜周圍，即視網膜四層細胞的最遠處。如果視網膜不被損傷，從三歲起就會終身不變。同虹膜識別技術一樣，視網膜掃描可能具有最可靠、最值得信賴的生物識別技術，但它運用起來的難度較大。視網膜識別技術要求鐳射照射眼球的背面以獲得視網膜特徵的唯一性。

　　視網膜技術的優點:視網膜是一種極其固定的生物特徵，因為它是“隱藏”的，故而不易磨損，老化或是為疾病影響 ;非接觸性的;視網膜是不可見的，故而不會被偽造。缺點是:視網膜技術未經過任何測試，可能會給使用者帶來健康的損壞，這需要進一步的研究;對於消費者，視網膜技術沒有吸引力;很難進一步降低它的成本。

　　4.面部識別。面部識別技術通過對面部特徵和它們之間的關係***眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對位置***來進行識別，用於撲捉面部影象的兩項技術為標準視訊和熱成像技術：標準視訊技術通過視訊攝像頭攝取面部的影象，熱成像技術通過分析由面部的毛細血管的血液產生的熱線來產生面部影象，與視訊攝像頭不同，熱成像技術並不需要在較好的光源，即使在黑暗情況下也可以使用。

　　面部識別技術優點是：非接觸性的。缺點是：要比較高階的攝像頭才可有效高速地撲捉面部影象;使用者面部的位置與周圍的光環境都可能影響系統的精確性，而且面部識別也是最容易被欺騙的;另外，對於因人體面部的如頭髮，飾物，變老以及其他的變化可能需要通過人工智慧技術來得到補償;對於採集影象的裝置會比其他技術昂貴得多。這些因素限制了面部識別技術廣泛地運用。

　　5.掌紋識別。掌紋與指紋一樣也具有穩定性和唯一性，利用掌紋的線特徵、點特徵、紋理特徵、幾何特徵等完全可以確定一個人的身份，因此掌紋識別是基於生物特徵身份認證技術的重要內容。目前採用的掌紋圖象主要分離線掌紋和線上掌紋兩大類。離線掌紋圖象，是指在手掌上塗上油墨，然後在一張白紙上按印，然後通過掃描器進行掃描而得到數字化的圖象。線上掌紋則是用專用的掌紋取樣裝置直接獲取，圖象質量相對比較穩定。隨著網路、通訊技術的發展，線上身份認證將變得更加重要。

　　掌紋識別一般用作整體分離後的同一認定。有將其用做批量商品的防偽，以防止成箱的商品內有部分被“調包”，以部分贗品充真。也有將其用於通道口安全防範系統。

　　6.手形識別。手形指的是手的外部輪廓所構成的幾何圖形.手形識別技術中，可利用的手形幾何資訊包括手指不同部位的寬度、手掌寬度和厚度、手指的長度等。經過生物學家大量實驗證明，人的手形在一段時期具有穩定性，且兩個不同人手形是不同的，即手形作為人的生物特徵具有唯一性，手形作為生物特徵也具有穩定性，且手形也比較容易採集，故可以利用手形對人的身份進行識別和認證.

　　手形識別是速度最快的一種生物特徵識別技術，它對裝置的要求較低，影象處理簡單，且可接受程度較高。由於手形特徵不像指紋和掌紋特徵那樣具有高度的唯一性，因此，手形特徵只用於認證，滿足中/低階的安全要求。

　　7.紅外溫譜圖。人的身體各個部位都在向外散發熱量，而這種散發熱量的模式就是一種每人都不同的生物特徵。通過紅外裝置可以獲得反映身體各個部位的發熱強度的影象，這種影象稱為溫譜圖。拍攝溫譜圖的方法和拍攝普通照片的方法類似，因此，可以用人體的各個部位來進行鑑別，比如可對面部或手背靜脈結構進行鑑別來區分不同的身份。

　　溫譜圖的資料採集方式決定了利用溫譜圖的方法可以用於隱蔽的身份鑑定。除了用來進行身份鑑別外，溫譜圖的另一個應用是***檢測，因為人體服用某種***後，其溫譜圖會顯示特定的結構。

　　溫譜圖的方法具有可接受性，因為資料的獲取是非接觸式的，具有非侵犯性。但是，人體的溫譜值受外界環境影響很大，對於每個人來說不是完全固定的。目前，已經有溫譜圖身份鑑別的產品，但是由於紅外測溫裝置的昂貴价格，使得該技術不能得到廣泛的應用。

　　8.人耳識別。人耳識別技術是20世紀90年代末開始興起的一種生物特徵識別技術。人耳具有獨特的生理特徵和觀測角度的優勢，使人耳識別技術具有相當的理論研究價值和實際應用前景。從生理解剖學上，人的外耳分耳廓和外耳道。人耳識別的物件實際上是外耳裸露在外的耳廓，也就是人們習慣上所說的“耳朵”。一套完整的人耳自動識別系統一般包括以下幾個過程：人耳影象採集、影象的預處理、人耳影象的邊緣檢測與分割、特徵提取、人耳影象的識別。目前的人耳識別技術是在特定的人耳影象庫上實現的，一般通過攝像機或數碼相機採集一定數量的人耳影象，建立人耳影象庫，動態的人耳影象檢測與獲取尚未實現。

　　與其它生物特徵識別技術比較人耳識別具有以下幾個特點：***1***與人臉識別方法比較，耳識別方法不受面部表情、化妝品和鬍鬚變化的影響，同時保留了面部識別圖象採集方便的優點，與人臉相比，整個人耳的顏色更加一致、影象尺寸更小，資料處理量也更小。***2***與指紋識別方法比較，耳圖象的獲取是非接觸的，其資訊獲取方式容易被人接受。***3***與虹膜識別方法比較，耳影象採集更為方便。並且，虹膜採集裝置的成本要高於耳採集裝置。

　　9.味紋識別。人的身體是一種味源，人類的氣味，雖然會受到飲食、情緒、環境、時間等因素的影響和干擾，其成分和含量會發生一定的變化，但作為由基因決定的那一部分氣味——味紋卻始終存在，而且終生不變，可以作為識別任何一個人的標記。

　　由於氣味的性質相當穩定，如果將其密封在試管裡製成氣味檔案，足足可以儲存3年，即使是在露天空氣中也能儲存18小時。科學家告訴我們，人的味紋從手掌中可以輕易獲得。首先將手掌握過的物品，用一塊經過特殊處理的棉布包裹住，放進一個密封的容器，然後通入氮氣，讓氣流慢慢地把氣味分子轉移到棉布上，這塊棉布就成了保持人類味紋的檔案。可以利用訓練有素的警犬或電子鼻來識別不同的氣味。

　　10.基因***DNA***識別。DNA***脫氧核糖核酸***存在於一切有核的動***植***物中，生物的全部遺傳資訊都貯存在DNA分子裡。DNA 識別是利用不同的人體的細胞中具有不同的DNA 分子結構。人體內的DNA 在整個人類範圍內具有唯一性和永久性。因此，除了對雙胞胎個體的鑑別可能失去它應有的功能外，這種方法具有絕對的權威性和準確性。不象指紋必須從手指上提取，DNA 模式在身體的每一個細胞和組織都一樣。這種方法的準確性優於其他任何生物特徵識別方法，它廣泛應用於識別罪犯。它的主要問題是使用者的倫理問題和實際的可接受性， DNA 模式識別必須在實驗室中進行，不能達到實時以及抗干擾，耗時長是另一個問題。這就限制了DNA 識別技術的使用; 另外，某些特殊疾病可能改變人體DNA 的結構，系統無法對這類人群進行識別。

　　***二***基於行為特徵的生物識別技術

　　1.步態識別。步態是指人們行走時的方式，這是一種複雜的行為特徵。步態識別主要提取的特徵是人體每個關節的運動。儘管步態不是每個人都不相同的，但是它也提供了充足的資訊來識別人的身份。步態識別的輸入是一段行走的視訊影象序列，因此其資料採集與臉相識別類似，具有非侵犯性和可接受性。但是，由於序列影象的資料量較大，因此步態識別的計算複雜性比較高，處理起來也比較困難。儘管生物力學中對於步態進行了大量的研究工作，基於步態的身份鑑別的研究工作卻是剛剛開始。到目前為止，還沒有商業化的基於步態的身份鑑別系統。

　　2.擊鍵識別。這是基於人擊鍵時的特性如: 擊鍵的持續時間、擊不同鍵之間的時間、出錯的頻率以及力度大小等而達到進行身份識別的目的。上世紀80年代初期，美國國家科學基金和國家標準局研究證實，擊鍵方式是一種可以被識別的動態特徵。

　　3.簽名識別。簽名作為身份認證的手段已經用了幾百年了，而且我們都很熟悉在銀行的格式表單中籤名作為我們身份的標誌。將簽名數字化是這樣一個過程：測量影象本身以及整個簽名的動作——在每個字母以及字母之間的不同的速度、順序和壓力。簽名識別易被大眾接受，是一種公認的身份識別的技術。但事實表明人們的簽名在不同的時期和不同的精神狀態下是不一樣的。這就降低了簽名識別系統的可靠性。

　　***三***兼具生理特徵和行為特徵的聲紋識別

　　聲音識別本質上是一個模式識別問題。識別時需要說話人講一句或幾句試驗短句，對它們進行某些測量，然後計算量度向量與儲存的參考向量之間的一個***或多個*** 距離函式。語音訊號獲取方便，並且可以通過電話進行鑑別。語音識別系統對人們在感冒時變得嘶啞的聲音比較敏感;另外，同一個人的磁帶錄音也能欺騙語音識別系統。

　　***四***不同生物特徵識別技術的比較

　　各種生物特徵識別技術各有其優缺點，在下表中，將各種生物特徵識別技術的效能進行了一個簡單的比較。

　　二、生物特徵識別技術的標準化工作

　　隨著IT的發展，人們獲取生物特徵的方法也越來越多，而且可獲取的生物特徵種類也在不斷增加。但不管生物特徵識別的手段如何、獲取何種生物特徵，對於某一個具體的人，其相應的生物特徵是確定的，因此通過多種手段獲取的生物特徵之間應該存在資訊的共享和交換。為達到資訊互動，採用統一的準則評價生物特徵識別和特徵資訊，需要制定生物特徵識別標準。

　　目前，生物特徵識別的國際標準化工作主要由ISO/IEC JTC1負責，而近期對此項工作的關注主要源於9.11恐怖襲擊事件。美國為首的發達國家為防止和打擊恐怖活動，提出了基於生物特徵識別的國防土安全，並提出在SC17和SC27的基礎上建立，在JTC1下面組建生物特徵識別標準化分技術委員會，即SC37。SC37自2002年6月成立以來，一直保持著快速的標準制定速度。從當前SC37的標準制定情況可以看出在生物特徵識別領域，當前最急需的是用於資訊共享和資訊交換的資料格式標準，其他介面、測試、輪廓類標準現在的重點還處於概念性標準研製階段。

　　三、生物特徵識別技術的發展趨勢

　　***一***多生物特徵識別融合

　　各種生物特徵識別技術都有其一定的適用範圍和要求，單一的生物特徵識別系統在實際應用中顯現出各自的侷限性，如有些人的指紋無法提取特徵，患白內障的人虹膜會發生變化等等，統計顯示迄今為止，還沒有一個單生物特徵能達到完美無錯的要求。因此，生物特徵識別領域出現了一種新方向，即多種生物特徵識別技術結合使用。將資料融合方法用於身份鑑別，結合多種生理和行為特徵進行身份鑑別具有低錯誤拒絕率、特徵變化的適應性強，安全可靠性高等優點，進一步精化了識別率，提高鑑別系統的可靠性。

　　***二***實時性要求

　　生物特徵識別系統要求大量的計算，這其中包括影象的預處理、特徵提取與識別分類等。具有實時的快速計算能力是達到系統特定效能要求的關鍵。實現的方法基本上有兩條途徑：一是在軟體上改進即採用高效快速演算法;二是在硬體上實現。

　　***三***生物特徵識別技術與傳統技術相結合

　　傳統的用來識別身份的IC卡和生物特徵識別技術的結合使用，具有廣泛的應用前景。智慧IC卡利用其自身的儲存、計算功能，將人的生物識別特徵儲存在卡內，可以現場進行離線認證，既提高了效率，又節省了聯網線上查詢的成本，有效地避免了“認卡不認人”的現象，以防由於卡的丟失及密碼洩露而帶來的損失。

　　四、結語

　　“執生命密匙，啟身份之鎖”。全球生物特徵識別技術市場迅速增長，生物識別領域的應用也日漸普及，已逐漸滲透到社會生活的各個方面，發展前景一片大好。

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