靜脈識(shí)別：生物識(shí)別新方向
——訪北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授李文新

文/高妍 李慧

靜脈識(shí)別：生物識(shí)別新方向
——訪北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授李文新

文/高妍 李慧

北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院李文新教授的辦公室，其普通的防盜門與其他房間并無差別，只是在門齊胸的位置上垂直安裝著一個(gè)長(zhǎng)方形盒子，盒子中間有一個(gè)直徑約3厘米、深約10厘米的圓孔。只見李文新左手食指在孔里一放，兩秒鐘后，門“啪”的一聲彈開了。這個(gè)有些神奇的小東西，就是李文新帶領(lǐng)學(xué)生自主研發(fā)的應(yīng)用了手指靜脈識(shí)別技術(shù)的門禁鎖?！坝辛怂?，再也不會(huì)有忘帶鑰匙進(jìn)不了門的情況出現(xiàn)?！崩钗男陆淌谡f。

何為靜脈識(shí)別技術(shù)

手指靜脈識(shí)別技術(shù)是靜脈識(shí)別的一種，屬于生物識(shí)別技術(shù)的范疇。李文新介紹，生物識(shí)別技術(shù)是利用人體生物特征和活動(dòng)性進(jìn)行身份認(rèn)證的一種特定技術(shù)。它測(cè)量人的身體特征或行為特點(diǎn)，并用計(jì)算機(jī)將這些特征或特點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)而完成身份的認(rèn)證驗(yàn)證。

生物特征具有唯一性，人人具備且不相同。對(duì)絕大多數(shù)人來說，生物特征很難消失，不易被竊取、復(fù)制，也不存在被遺忘的問題?；谌说纳锾卣鞯亩喾N生理特性或行為方式，科學(xué)家目前已研發(fā)出指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、面相識(shí)別、掌紋識(shí)別、聲紋識(shí)別、靜脈識(shí)別、腦波識(shí)別等各種不同的識(shí)別方法。其中，靜脈識(shí)別技術(shù)的研究與應(yīng)用，是上世紀(jì)90年代開始在日本出現(xiàn)的，研究歷史比較短，是目前世界上最先進(jìn)的一種生物識(shí)別技術(shù)。

李文新是國(guó)際上最早從事自動(dòng)化掌紋識(shí)別技術(shù)研究的學(xué)者之一。早在1998年，李文新去香港理工大學(xué)攻讀博士學(xué)位的時(shí)候，就開始跟隨導(dǎo)師張大鵬從事自動(dòng)化掌紋識(shí)別技術(shù)的研究工作，也取得了相關(guān)的成果。博士畢業(yè)后，李文新回北大任教，在研究發(fā)展中，關(guān)注到靜脈識(shí)別技術(shù)的優(yōu)越性，從2006年起轉(zhuǎn)向這個(gè)領(lǐng)域。

李文新介紹，靜脈識(shí)別技術(shù)的原理是根據(jù)血液中的血紅素吸收紅外線光的特質(zhì)，利用血紅蛋白比周圍組織對(duì)近紅外光的吸收率高、易成像為陰影的特點(diǎn)，用近紅外光照射手指，即可獲得血管圖樣影像，將所得血管分布圖與數(shù)據(jù)庫(kù)中的生物特征相對(duì)照，從而對(duì)個(gè)人進(jìn)行身份鑒定認(rèn)證。靜脈特征不易獲得，不易偽造，只有通過流動(dòng)的血液才能獲取有效圖像。

靜脈識(shí)別優(yōu)勢(shì)解析考勤系統(tǒng)牛刀小試

在生物識(shí)別領(lǐng)域，指紋識(shí)別的研究歷史最長(zhǎng)，累積的經(jīng)驗(yàn)最多，數(shù)據(jù)庫(kù)也最多，是目前市場(chǎng)上最被認(rèn)可、應(yīng)用范圍最廣的生物識(shí)別技術(shù)。但是，指紋識(shí)別技術(shù)仍存在著種種缺憾，比如：指紋識(shí)別技術(shù)對(duì)環(huán)境的要求很高，對(duì)手指的濕度、清潔度等都很敏感；某些人或群體的指紋特征少，甚至無指紋，難以成像；對(duì)于脫皮、有傷痕等低質(zhì)量指紋存在注冊(cè)和識(shí)別困難、識(shí)別率低的問題；每一次使用指紋識(shí)別時(shí)都會(huì)在指紋采集器上留下印痕，存在被用來復(fù)制指紋的可能性；指紋識(shí)別時(shí)必須觸摸到設(shè)備，會(huì)造成設(shè)備的磨損；識(shí)別時(shí)對(duì)方向要求較高，方位要正、部位須準(zhǔn)確等。

而靜脈識(shí)別技術(shù)具備的優(yōu)勢(shì)，卻可有效解決以上問題。靜脈特征具有唯一性，沒有完全相同靜脈特征的人，且差異永遠(yuǎn)都不會(huì)消失，也不會(huì)隨人的成長(zhǎng)發(fā)生根本性變化，識(shí)別率高；靜脈特征是人身體的一部分，識(shí)別不受外部環(huán)境的影響，也不存在因個(gè)人特殊性而不能采集的情況，對(duì)任何人都會(huì)平等識(shí)別；只有具備一定溫度的流動(dòng)血液才能被識(shí)別，因此不存在被斷指盜取識(shí)別的可能；設(shè)備采集、識(shí)別使用紅外光，圖像采集穩(wěn)定，使用時(shí)不受天氣影響；非侵入性和非接觸性的成像技術(shù)，不僅能夠確保使用者的衛(wèi)生安全，且不會(huì)留下痕跡造成被窺視和復(fù)制。

靜脈識(shí)別技術(shù)的一系列優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)給身份識(shí)別領(lǐng)域帶來全新的空氣，能夠廣泛應(yīng)用于門禁識(shí)別、電子設(shè)備登陸、銀行業(yè)等多個(gè)相關(guān)行業(yè)，其廣闊的應(yīng)用前景已經(jīng)得到越來越多的人認(rèn)可。

2008年，受北京大學(xué)體育教學(xué)部之托，李文新開始帶領(lǐng)學(xué)生研發(fā)基于靜脈識(shí)別技術(shù)的新體育鍛煉考勤系統(tǒng)。李文新和學(xué)生們經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的探索和不斷的嘗試，終于在突破了手指靜脈圖像采集、特征提取、匹配算法等關(guān)鍵技術(shù)后，研制出一種基于手指靜脈識(shí)別技術(shù)的身份識(shí)別終端，包括一個(gè)自行設(shè)計(jì)的指靜脈采集設(shè)備和相應(yīng)的識(shí)別算法。2009年3月，這個(gè)系統(tǒng)正式上線，開始在北京大學(xué)學(xué)生課外鍛煉考勤中應(yīng)用，并在使用的過程中不斷改進(jìn)技術(shù)，完善設(shè)備，提高識(shí)別率。到現(xiàn)在，4個(gè)學(xué)期過去了，李文新說，這個(gè)考勤系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)成熟，技術(shù)上完全可行，識(shí)別率比指紋識(shí)別高很多。現(xiàn)在已經(jīng)有6000多個(gè)的學(xué)生在使用，也在大學(xué)生創(chuàng)新論壇上獲得了“十個(gè)我最喜歡的項(xiàng)目”之一的榮譽(yù)。

李文新說，等技術(shù)更成熟后，他們會(huì)考慮與學(xué)校的校園卡中心聯(lián)系，在學(xué)生辦理校園卡的時(shí)候完成數(shù)據(jù)采集，并與校園卡掛鉤。這樣以后在校園里只要有與身份認(rèn)證相關(guān)的問題，如注冊(cè)、繳費(fèi)等，都能夠快速方便的解決。另一方面，李文新和她的學(xué)生也在探討將靜脈識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的可能。用相對(duì)低廉的設(shè)備，完成靜脈分布圖像的獲取，供醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

提到何時(shí)投入市場(chǎng)推廣應(yīng)用，李文新說要看機(jī)會(huì)?！氨M管已經(jīng)拿到一個(gè)專利(一種采集近紅外光照射下血管圖像的方法和裝置，專利申請(qǐng)?zhí)?00710121321.7)，但要沖破日本的專利封鎖需要投入大量的時(shí)間和精力；而且要如何推廣，怎樣的商業(yè)模式比較合適，都需要更全面、更深層次的探討?！倍S著靜脈識(shí)別技術(shù)的不斷成熟和系統(tǒng)應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，其價(jià)格也會(huì)有很大的下降空間。

2010年8月與博士生在伊斯坦布爾參加國(guó)際模式識(shí)別大會(huì)

突破封鎖傳感器研發(fā)至關(guān)重要

李文新認(rèn)為，在所有生物特征識(shí)別系統(tǒng)的研究過程中，最重要的是傳感器的研發(fā)，傳感器是識(shí)別系統(tǒng)的核心所在。識(shí)別系統(tǒng)利用傳感器獲取特征或特點(diǎn)，將不同的表象存儲(chǔ)起來，才能形成數(shù)據(jù)庫(kù)，完成注冊(cè)，進(jìn)而識(shí)別身份。傳感器的采集質(zhì)量、采集效果直接決定以后的研究效果?！暗珎鞲衅鞯难芯?、數(shù)據(jù)庫(kù)的采集本身就是一個(gè)繁瑣而不易見成效的過程，需要很大的精力、財(cái)力成本付出。而且，就算做出來了，面對(duì)不同規(guī)模、不同成分人群的數(shù)據(jù)庫(kù)，是無法做比較的，因此很難出成果?！?/p>

現(xiàn)在，生物識(shí)別領(lǐng)域仍處于日本一統(tǒng)天下的局面，中國(guó)的相關(guān)研究仍處于起步階段，“大多直接借用別人的傳感器和數(shù)據(jù)庫(kù)，只做軟件或算法的改進(jìn)研究。但起決定作用的是傳感器，算法再好也是基于傳感器的，受制于人?！?/p>

21世紀(jì)是生物智能時(shí)代，如何突破國(guó)外技術(shù)封鎖，提高國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)和性能，是科研工作者需要著重思考的問題。期待更多的李文新出現(xiàn)，共同推動(dòng)我國(guó)生物識(shí)別技術(shù)的根本性進(jìn)步！

李文新，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)擔(dān)任北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)、北京大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(國(guó)家級(jí)示范中心建設(shè)單位)主任；兼任中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)人工智能與模式識(shí)別分會(huì)委員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)青少年信息學(xué)奧賽科學(xué)委員會(huì)副主席、ACM/ICPC國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽亞洲區(qū)教練及競(jìng)賽指導(dǎo)委員會(huì)委員。多年從事計(jì)算機(jī)教學(xué)和科研工作，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議上發(fā)表論文多篇，并擁有美國(guó)并國(guó)際授權(quán)專利1項(xiàng)、國(guó)內(nèi)授權(quán)專利3項(xiàng)。主持編寫的《北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)科本科課程體系》獲得北京市教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。