生物识别技术简介

基本概念

        生物识别技术就是,通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合,利用人体固有的生理特性,(如指纹、指静脉、人脸、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。
生物识别系统工作示意图

传统身份鉴定方法 VS 生物识别技术

传统的身份鉴定方法包括身份标识物品(如钥匙、证件、ATM卡等)和身份标识知识(如用户名和密码)但由于主要借助体外物,一旦证明身份的标识物品和标识知识被盗或遗忘,其身份就容易被他人冒充或取代。

生物识别技术主要是指通过人类生物特征进行身份认证的一种技术,人类的生物特征通常具有可以测量或可自动识别和验证、遗传性或终身不变等特点,因此生物识别认证技术较传统认证技术存在较大的优势。生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。

总结起来,与传统身份鉴别技术相比,生物识别技术具有以下特点:

1)随身性:生物特征是人体特有的特征,与人体是唯一绑定的,具有随身'性。

2)安全性:人体特征本身就是个人身份的最好证明,满足更高的安全需求。

3)唯一性:每个人拥有的生物特征各不相同。

4)稳定性:生物特征如指纹、虹膜等人体特征不会随时间等条件的变化而变化。

5)广泛性:每个人都具有这种特征。

6)方便性:生物识别技术不需记也密码与携带使用特殊工具(如钥匙) ,不会遗失。

7)可采集性:选择的生物特征易于测量。

8)可接受性:使用者对所选择的个人生物特征及其应用愿意接受。

 

常见生物识别技术

生物识别系统对生物特征进行取样,提取其特征并且转化成数字代码,并进一步将这些代码组成特征模板。由于微处理器及各种电子元器件成本不断下降,精度逐渐提高,生物识别系统逐渐应用于商业上的授权控制如门禁、企业考勤管理系统安全认证等领域。用于生物识别的生物特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓、静脉血管等,行为特征有签字、声音、按键力度、步态等。基于这些特征,人们已经发展了手形识别、指纹识别、面部识别、发音识别、虹膜识别、签名识别、声纹识别、静脉识别等多种生物识别技术。
常见生物识别技术目前应用状况

下面介绍市场上几种常见的生物识别技术:

 

  1. 指纹识别

指纹识别就是通过识别手指纹路确认身份。目前,指纹识别是使用最为广泛的安全认证方式,在公共场所,工作或者通关入境都可以选择指纹认证。

智能硬件兴起之后,包括智能手机在内的很多个人验证方式也都选择了指纹识别。从技术角度来说,指纹识别主要分为三种:电容式、光学式和超声波式。因为超声波式识别技术不成熟,手机所搭载的指纹识别芯片大多数是电容式指纹传感器。通过表层镜面采集到指纹之后,对采集的指纹进行质量评估,与指纹库中的样本进行比对,最终确定信息。

指纹识别虽然应用广泛但是也存在一定的弊端,因为触摸式的验证方式对于环境要求非常高,对手指的湿度和清洁度都有要求,指纹磨损也会造成不能识别的后果;另外某些人可能天生没有指纹,或者指纹特征少,无法成像;最重要的是,指纹痕迹容易留存,存在被复制的可能性,安全性降低。

 

  1. 虹膜识别

对于很多人来说,虹膜识别还是一个新鲜名词。而让虹膜识别快速普及走走入人们生活的神助攻非智能手机莫属。富士通设计制造的ARROWSNXF-04G号称是全球首款量产的具备虹膜识别技术的智能手机,而三星则在Note7及之后的高端旗舰机中采用了虹膜识别。目前,多款国产手机也具备了该功能。

事实上,虹膜识别是“陈酒装新瓶”。相较于指纹识别,虹膜识别概念的诞生只晚了五年,距今已有133年。虹膜识别技术通过人体独一无二眼睛虹膜的特征来识别身份,虹膜特征匹配的准确性甚至超过了DNA匹配。这种技术在生物测定行业已经被广泛认为是目前精确度、稳定性、可升级性最高的身份识别系统。

虹膜识别特征在出生之前就以随机组合的方式确定了下来,一旦形成终生不变。虽然虹膜识别的准确性是各种生物识别中较高的,但是相较于其它生物识别硬件,虹膜识别硬件造价高,大范围推广困难;镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低;一个自动虹膜识别系统包含硬件和软件两大模块,虹膜图像获取装置和虹膜识别算法。分别对应于图像获取和模式匹配这两个基本问题,达到大面积商用还有很多技术难关需要攻克。

 

  1. 人脸识别

人脸识别融合了计算机图像处理技术与生物统计学原理于一体,利用计算机图像处理技术从视频中提取人像特征点,利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型,即人脸特征模板。利用已建成的人脸特征模板与被测者的面像进行特征分析,根据分析的结果来给出一个相似值。通过这个值即可确定是否为同一人。

 

与指纹识别相较来看,人脸识别所使用的数据量更多,从而更加精确。而且与指纹需要接触不同,人脸隔空识别,除了特定事项的认证,不要求验证者的注意力。这也是为什么在明星演唱会上可以发现犯罪嫌疑人的原因,在图像识别上,可以自动抓取验证,这是接触式识别所不具备的能力。

面部识别中,相似性不同个体之间的区别不大,所有的面部的结构都相似,甚至面部器官的结构外形都很相似。这样的特点对于利用面部进行定位是有利的,但是对于利用面部区分人类个体是不利的;易变性面部的外形很不稳定,人可以通过脸部的变化产生很多表情,而在不同观察角度,面部的视觉图像也相差很大,另外,面部识别还受光照条件(例如白天和夜晚,室内和室外等)、面部的很多遮盖物(例如口罩、墨镜、头发、胡须等)、年龄等多方面因素的影响。

 

  1. 静脉识别

主要是利用静脉血管的结构来进行身份识别。由于静脉纹络包含大量的特征信息,可以作为验证的对象。掌静脉识别的原理是利用静脉血管与肌肉、骨骸之间对特定波长红外光不同的吸收特性来进行造影,形成独一无二的脉络图像。

目前以掌静脉识别技术(手脉识别)技术为载体,可以对旅游,民生,商业,社区,交通等各大领域需求做出智能响应。参考消息网报道在中国,使用人脸和静脉识别等尖端IT技术的“智能自动售货机”已经呈现普及的趋势。客户将手掌掌心靠近机器上的对应标识,柜门就自动打开了。这就是使用静脉识别技术的智能自动售货机。报道称,这种智能自动售货机与智能手机结算系统支付宝建立了合作。在确认静脉信息是本人后,设备上安装的多个摄像头将检测到顾客取走的是哪些商品,然后在关上柜门的同时通过支付宝完成结算。顾客甚至不需要从包中取出手机。

 

  1. 语音识别

语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。语音识别技术主要包括特征提取技术、模式匹配准则及模型训练技术三个方面。

 

应用范围

随着物联网时代的到来,生物识别将拥有更为广阔的市场前景。生物识别技术可广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务。例如,一位储户走进了银行,他既没带银行卡,也没有回忆密码就径直提款,当他在提款机上提款时,一台摄像机对该用户的眼睛扫描,然后迅速而准确地完成了用户身份鉴定,办理完业务。而该营业部所使用的正是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统”。

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