生物特征識別技術(shù)概述

李暢

摘 要：生物特征識別技術(shù)作為一種有效的身份識別技術(shù)，在過去的很短時間里得到了飛快的發(fā)展。隨著人們對信息安全要求的逐漸提高，更多安全性更高、個體差異性更強的生物特征逐漸被人們所開發(fā)。生物特征技術(shù)現(xiàn)在不再簡單停留在指紋識別、聲音識別、虹膜識別，而是向更深層的特征發(fā)展。本文通過對生物特征識別技術(shù)的概念和發(fā)展歷史展開敘述，通過著重對幾個生物特征技術(shù)的介紹來寫出自己對這個技術(shù)的預(yù)測和看法。

關(guān)鍵詞：生物特征識別；發(fā)展史；預(yù)測

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0027-02

1 生物特征識別技術(shù)介紹

1.1 生物特征識別概念

“如何辨別一個人的身份”這個問題在人類社會初始建立或者說人體有意識的時候開始就已經(jīng)存在，是時時刻刻無處不在的問題。為了去識別一個人的身份，人們可以說是絞盡腦汁。3000多年以前，我們的祖先就已經(jīng)開始使用鑰匙來作為身份識別的象征，這是我們最早的用來識別一個人身份的方法。伴隨著信息產(chǎn)品的告訴發(fā)展，以及硬件設(shè)備的更新?lián)Q代，人們的身份識別方式已經(jīng)從實物——這種易被人模仿的身份特征，變成了以存儲信息為主的產(chǎn)品，比如：密碼、條形碼、磁卡。這些產(chǎn)品的雖然可靠性雖然比實物要高很多，但是這類身份識別主要還是通過信息匹配來實現(xiàn)，換句話說即使是不同的人也可以通過拿著這些身份識別的信息存儲產(chǎn)品來實現(xiàn)自己的目的，所以這些產(chǎn)品無法認證到人們的真實身份，而且他們很容易被偽造、丟失和以為那個。所以人們在尋求一種新的身份識別，生物特征識別技術(shù)便營運而生。生物特征識別技術(shù)利用人類固有的生物特征來作為識別的依據(jù)，而這些特征往往有很高的個體差異性，同時可模仿性也很差，這些技術(shù)主要包括：指紋、聲音、人臉、掌紋、筆跡等生物特征?；谶@些生物特征，人們也已經(jīng)研制出很多耳熟能詳?shù)纳锾卣髯R別的產(chǎn)品，如指紋打卡機、人臉識別開機、聲音控制設(shè)備、簽名識別等多種產(chǎn)品。生物特征識別技術(shù)在經(jīng)歷了很長時間的沉淀之后，在21世紀得到了飛速的發(fā)展，被列為對人類社會帶來革命性影響的十大技術(shù)之一。同時也將成為未來幾年，信息產(chǎn)業(yè)里程碑式的技術(shù)。

1.2 生物特征識別發(fā)展史

因為生物特征識別涉及的技術(shù)很多、方面很廣，所以很多的技術(shù)在不同時期完成著自己的蛻變。但是總結(jié)各個生物特征識別技術(shù)的發(fā)展歷程，他們大多就經(jīng)歷了三個時期：萌芽期、高潮期和商業(yè)化期。以人臉識別的發(fā)展為例，人臉識別在1965年萌芽，到1990年這25年是人臉識別的早期，這個時間里的人臉識別主要的體現(xiàn)在人臉的幾何特征之上，包括人側(cè)臉的彎曲角度，人面部的輪廓，因為這些研究方向的個體差異性不大，所以這一階段人臉識別并沒有得到長足的發(fā)展，更不要談應(yīng)用到具體的項目之上。

不如20世紀90年代，隨著硬件設(shè)備的飛速發(fā)展，人臉識別技術(shù)也得到了飛快的進步。Turk和Pentland提出的臉部特征的概念，為以后人臉識別的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時其他的科學家還研究出了特征的提取辦法以及識別匹配算法。同時作為當時的科技前沿的單位，美國軍方設(shè)計了人臉識別算法，又大大的推進了人臉識別的發(fā)展。

截止目前，生物特征識別包括人臉識別以及其他的識別技術(shù)，已經(jīng)逐漸走向了成熟。很多有實用性的技術(shù)已經(jīng)日趨商業(yè)化.商業(yè)化的產(chǎn)品為技術(shù)的改進提供了動力，同時也加快了產(chǎn)品的普及。這個時期無疑是各個技術(shù)高速發(fā)展的時代。生物特征圖，見圖1。

2 具體生物特征識別技術(shù)介紹

2.1 指紋識別技術(shù)

早在秦朝時期，中國就已經(jīng)出現(xiàn)了利用指紋識別身份的案例，當然在那個時期還屬于個別案例。在1903年，青島市警察局首次應(yīng)用漢堡式指紋法。此后我國相繼開展了指紋的應(yīng)用及研究，還曾建立過“指紋學會”。正如我們所知，每個人的指紋不同，指紋擁有個體差異性。指紋的特征點如：指紋的嵴、谷、以及交叉點、分叉點、結(jié)束點等都可以用來抽取特征值，通過特征值比對來確認用戶的身份。所以在指紋識別領(lǐng)域，如何更好的提取特征成為了研究的主要方向，一旦有更好的提取方法，指紋識別的準確率和穩(wěn)定性會大大提高?，F(xiàn)階段無論是基于灰度圖像或是細化處理圖像來提取特征值，都是為了更準確的提取特征。留心我們的生活中，能夠發(fā)現(xiàn)指紋識別的應(yīng)用場合非常廣泛，從指紋解鎖手機到上班打卡，從指紋付款到指紋開門，這無疑體現(xiàn)了指紋識別的優(yōu)勢所在：它是一種價格低廉，采集穩(wěn)定的接觸性識別技術(shù)。同樣因為應(yīng)用范圍的廣泛，使得指紋采集頭頻繁被使用，尤其是在公司等人多的情況下，指紋識別頭的磨損會非常嚴重指，平均一年或者幾個月就需要更換一次采集設(shè)備，不僅如此，有很多使用者自身的問題，比如：指紋受傷或者指紋較淺，這一類人的指紋不能被識別，所以這些缺陷成為了指紋識別技術(shù)推廣的局限所在。

2.2 視網(wǎng)膜技術(shù)

上面介紹了指紋識別，接下來我來介紹同樣很熱門的視網(wǎng)膜識別技術(shù)。同指紋一樣，每個人的視網(wǎng)膜圖紋也不盡相同，不同人的視網(wǎng)膜血管分布具有唯一性，而且伴隨著人的成長，視網(wǎng)膜血管不會發(fā)生變化，這也就保證了視網(wǎng)膜識別技術(shù)的準確率。視網(wǎng)膜識別技術(shù)的誤識率不到萬分之一。視網(wǎng)膜技術(shù)有自己獨特的優(yōu)點，首先就是它的識別準確率高，平均每萬次檢測才會可能出現(xiàn)一個識別錯誤的情況，所以它的準確性值得保證。同時因為視網(wǎng)膜識別檢測的是人體視網(wǎng)膜的圖案，像指紋識別是檢測外在的人體指紋，人們可能通過帶指套來偽裝，但是視網(wǎng)膜識別檢測的人眼球中深層次的血管分布而且肉眼不可見，可以給偽裝增加難度從而加大識別的可靠性。同樣這個識別技術(shù)也并不是完美無暇的，首當其沖的問題就是采集視網(wǎng)膜信息的投入成本過高，不論是金錢的投入還是時間的投入。再者就是對于某些有生理缺陷或者眼部有病變的人，視網(wǎng)膜識別并不適合他們。最后就是對人體自身的危害，因為視網(wǎng)膜識別需要通過掃描眼球來采集信息，會或多或少的對使用者的眼睛造成傷害。

2.3 人臉識別技術(shù)endprint

介紹了上面幾個識別技術(shù)，我們忽視了日常中我們時時刻刻都在使用的識別技術(shù)，那就是人臉識別技術(shù)。在現(xiàn)實的生活里，我們?nèi)プR別一個人并不是通過看他的視網(wǎng)膜、他的指紋或者聽他的聲音，更多的我們是在通過看那個人的臉來確定是不是自己的熟人。所以在所有的識別技術(shù)里，人臉識別是最貼近人的生活，符合人的認知規(guī)律的。它給人們帶來直觀，簡便的識別效果，是其他識別技術(shù)所不能比擬的。

人臉識別擁有不同于指紋識別的優(yōu)點就是，它是一個非接觸的檢測系統(tǒng)。利用設(shè)備中的圖像獲取設(shè)備來獲取人臉的基本信息，然后利用算法提取特征值作為庫文件，為以后的識別做好準備。直觀的識別過程也是人臉識別的特點之一，作為人日?；ハ嘧R別的方式之一，人臉識別符合人的生活規(guī)律。同時不像指紋識別，視網(wǎng)膜識別，這些識別技術(shù)的采集庫數(shù)據(jù)很抽象，人們不容易辨別，而人臉識別的采集庫可能能夠輕松用肉眼辨別并且能夠再利用。因為采集數(shù)據(jù)不需要刻意做出動作，只需要簡簡單單的站著就好，這種采集方式更容易被使用者所接受。人臉識別的可靠性也非常的高，他在檢測時要求人們親自到場去做出驗證，不像其他的局部驗證的技術(shù)，人臉識別這種總體的驗證技術(shù)可以大大提高可靠性。而且人臉識別不會因為人的生理缺陷而影響到識別的準確性，恰恰相反在臉部的生理缺陷能夠更好的成為識別特征。因為這些優(yōu)勢所在，人臉識別的應(yīng)用前景十分廣闊，并且普遍被機器人行業(yè)所接受。

人臉識別有兩個優(yōu)點自然性和簡便性。自然性是指它的識別方式很貼近人在正常生活中的識別方式，這種識別的方式是人與生俱來的特殊能力，人們從一出生就能夠通過觀察來辨別不同的人。所以說自然性就是指是否符合人類本身的方式，像聲音識別也是符合人類本身的識別方式，而指紋或者視網(wǎng)膜的特異性是人類在后來的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)的特異性，人類本身并不具有識別這種特征的能力。另一個優(yōu)點，簡便性也是很重要的一個優(yōu)點，因為識別的步驟和過程簡便，這種方法不會引起使用者煩躁的情緒，增強用戶友好度。所以人臉識別是這樣一個可靠性強，不易被模仿，使用方便的識別方法。

3 生物特征識別技術(shù)預(yù)測

介紹了這么多的生物特征識別技術(shù)，他們或多或少都有自己的局限性。有的是在應(yīng)用領(lǐng)域的局限性，有的是個體差異性不大會引起相當?shù)陌踩詥栴}。這里我提出的一個想法是基于腦電信號的生物特征識別技術(shù)。在不久前我看了TED一次關(guān)于利用腦電信號搬運虛擬物品的介紹。視頻中實驗者先想象自己在搬運物體，同時設(shè)備會記錄這時的實驗者的腦電信號。然后面對屏幕中的物體，實驗者再次想象剛才腦海中搬運物體的場景，物體就得到了搬運。我覺得這個過程就是一個信號的識別和匹配的過程，在保證個體差異性足夠大的前提下能夠很好的發(fā)展成為一個生物特征。因為每個人的思維方式不同，腦電信號也就有所差異，這樣的一個生物特征將很難被其他人所模仿。

這里我用一個簡單的例子來展開我的敘述：開鎖。在設(shè)置鎖的密碼時，操作者可以任意去想象一個動作，這個動作就是這個鎖的開鎖密碼。因為構(gòu)思全部在腦海之中，其他人很難獲取到操作者是怎么思考的，就算百分百知道操作者的想法，因為個體的思維方式差異性也很難去打開鎖。我覺得BCI技術(shù)和生物特征識別結(jié)合將會是未來發(fā)展的主要趨勢。

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