心電身份識(shí)別技術(shù)的警務(wù)應(yīng)用前瞻

辛 昊

（中國人民警察大學(xué)廣州校區(qū)邊防業(yè)務(wù)教研室，廣東 廣州510663）

生物特征識(shí)別技術(shù)憑借便捷、可靠、低成本的特性，愈加得到人們的關(guān)注、認(rèn)可。生物特征身份識(shí)別技術(shù)（Biometric Identification Technology,BIT）即通過獲取和分析人體特征，實(shí)現(xiàn)身份的自動(dòng)鑒別的技術(shù)。生物特征主要有兩大類，即人類的生理特征和行為特征，通過對(duì)這兩大類特征進(jìn)行采集分析，身份識(shí)別過程可以取得較高的安全性。常見的生物特征識(shí)別技術(shù)：DNA識(shí)別技術(shù)、步態(tài)識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)、虹膜識(shí)別技術(shù)。

現(xiàn)有的生物特征識(shí)別技術(shù)雖然種類繁多、便捷可靠，但都會(huì)存在或多或少的安全問題或漏洞，任何單一的識(shí)別方式已不能滿足人們的現(xiàn)實(shí)需要，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)集中在多模態(tài)融合識(shí)別和探索新型的生物識(shí)別技術(shù)。心電圖（Electrocardiogram,ECG）即利用心電圖儀器來描記心臟活動(dòng)產(chǎn)生的電位變化而得到的圖形。根據(jù)公開資料顯示，1996年美國科學(xué)家利用ECG信號(hào)來對(duì)不同個(gè)體進(jìn)行識(shí)別，人們就開始在進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)使用ECG信號(hào)了。

1 心電身份識(shí)別技術(shù)概述

基于ECG的身份識(shí)別方案就是新型生物識(shí)別方案的代表。ECG是人體最常見的生理信號(hào)，是由心臟產(chǎn)生的微弱電壓的規(guī)律信號(hào)，反映心臟健康水平。ECG是與生俱來的生理信號(hào)，心跳伴隨著一生，且蘊(yùn)含了多項(xiàng)的生物信息。由于心臟構(gòu)造不一樣，所產(chǎn)生的信號(hào)具有明顯差異，且個(gè)體心電信號(hào)不完全相同，因此個(gè)體間心電信號(hào)存在的差異性為身份識(shí)別打下了基礎(chǔ)。

1.1 心電身份識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)

1.1.1 心電信號(hào)具有唯一性

個(gè)體的健康狀況和生長環(huán)境，決定了個(gè)體的心臟形態(tài)存在差異，不同形態(tài)的心臟，產(chǎn)生的信號(hào)又具有差別。

1.1.2 心電信號(hào)具有可采集性

個(gè)體的心電信號(hào)的采集、讀取和別對(duì)十分方便，最典型的就是接觸式的采集工具，例如：醫(yī)院的傳統(tǒng)心電圖儀、手握式心電圖采集設(shè)備以及穿戴式心電圖采集設(shè)備。目前，已經(jīng)有非接觸式的采集工具問世，這將是心電身份識(shí)別技術(shù)日后廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

1.1.3 心電信號(hào)具有易處理性

即采集到的心電信號(hào)是一維信號(hào)，可以高效的對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)、比對(duì)。

1.1.4 心電信號(hào)具有較高的安全性

即心電信號(hào)具備的活性，以復(fù)雜的電信號(hào)進(jìn)行展示，所以很難被偽造和仿冒。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展遇到了瓶頸，技術(shù)的短板也日漸增多，尚未實(shí)際應(yīng)用的人體心電信號(hào)是目前身份識(shí)別領(lǐng)域里新的研究方向。國際上通用的心電身份識(shí)別方法目前來說主要由基于心電特征點(diǎn)和基于心電波形形態(tài)這兩大類方法組成。

1.2.1 基于特征點(diǎn)的心電身份識(shí)別

Israel等人提取了一條心電波形的15個(gè)特征信息，在對(duì)29個(gè)人的識(shí)別實(shí)驗(yàn)中，取得了100%的正確識(shí)別率。天津理工大學(xué)的陳辰、鄭剛等首先提取了26個(gè)心電特征，利用篩選出來的9個(gè)特征取得了99.7%的正確識(shí)別率，利用篩選出來的17個(gè)特征在自采的120個(gè)健康個(gè)體心電數(shù)據(jù)中取得了94.8%的正確識(shí)別率。［1］

1.2.2 基于波形形態(tài)的心電身份識(shí)別

Porée、Fabienne等人記錄了不同個(gè)體在平躺、站立、運(yùn)動(dòng)三種不同狀態(tài)下的心電記錄，在對(duì)自采數(shù)據(jù)庫的14名健康個(gè)體的實(shí)驗(yàn)中，最好的識(shí)別率為100%。天津理工大學(xué)的麻妙玲等人利用基于高斯混合模型的心電波形篩選方法，建立單心動(dòng)周期標(biāo)準(zhǔn)心電波形，在對(duì)52個(gè)個(gè)體的識(shí)別實(shí)驗(yàn)中取得了91.05%的正確識(shí)別率。

2 心電身份識(shí)別的問題及難點(diǎn)

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出：基于ECG信號(hào)身份識(shí)別實(shí)驗(yàn)雖然取得了較高的識(shí)別率，部分實(shí)驗(yàn)甚至能達(dá)到100%的識(shí)別率，但是還存在著一些問題。第一，缺少實(shí)際采集的數(shù)據(jù)支撐；第二，實(shí)驗(yàn)個(gè)體的數(shù)據(jù)量過少，不具備足夠的說服力。那么將心電身份識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到警務(wù)活動(dòng)中還需要解決兩個(gè)難點(diǎn)。

2.1 難以確保識(shí)別的準(zhǔn)確率

實(shí)驗(yàn)樣本較少時(shí)，個(gè)體的心電信號(hào)差異顯得比較突出，當(dāng)樣本增多時(shí)，個(gè)體心電信號(hào)間的特征差異趨向接近，所以從實(shí)驗(yàn)到應(yīng)用，任重道遠(yuǎn)。

2.2 難以確保識(shí)別的效率

目前，實(shí)驗(yàn)場景下，樣本規(guī)模較小，當(dāng)數(shù)據(jù)量不斷增大，達(dá)到數(shù)千級(jí)、數(shù)萬級(jí)的時(shí)候，識(shí)別的時(shí)間就必定會(huì)大幅度增加，而冗長的識(shí)別時(shí)間就會(huì)降低工作效率。

3 心電身份識(shí)別技術(shù)的警務(wù)應(yīng)用

案例，某地暴亂分子在實(shí)施暴亂犯罪行為時(shí)，統(tǒng)一穿著黑色服裝、面帶口罩等進(jìn)行身份掩飾。警方通過各種手段獲取大量暴力犯罪視頻證據(jù)，但因無法對(duì)蒙面暴徒進(jìn)行身份識(shí)別，故很難對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)抓捕、精確打擊，給警方開展行動(dòng)造成很大的被動(dòng)。對(duì)這種成千上萬的人進(jìn)行面部掩飾的大規(guī)模暴亂，現(xiàn)有的高科技偵查手段，如：人臉識(shí)別、聲紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、結(jié)構(gòu)化視頻、手機(jī)定位等，都無法發(fā)揮應(yīng)有作用。

3.1 非接觸式心電身份識(shí)別系統(tǒng)

該系統(tǒng)是指利用多普勒雷達(dá)遠(yuǎn)程掃描采集人體心臟物理學(xué)和生物學(xué)特征數(shù)據(jù)，并上傳至身份識(shí)別認(rèn)證數(shù)據(jù)庫，當(dāng)再次采集到與數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)一致的人體心紋數(shù)據(jù)時(shí)，就可以對(duì)該人身份進(jìn)行同一性認(rèn)證。再輔以人臉識(shí)別技術(shù)，即可對(duì)未知身份人員進(jìn)行唯一性確認(rèn)，這是人體生物學(xué)非接觸識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域又一最新研究成果。

美國布法羅大學(xué)華人科學(xué)家許文耀團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功研制出利用雷達(dá)遠(yuǎn)距離采集分析活體心臟的大小、形狀以及心臟波動(dòng)等特質(zhì)數(shù)據(jù)并進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)。該技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)強(qiáng)度比目前普遍使用的Wi-Fi信號(hào)還弱，系統(tǒng)功率只有5毫瓦，輻射強(qiáng)度不及智能手機(jī)的1%，因此不會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。研究人員通過對(duì)78人檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，平均掃描精準(zhǔn)度能夠達(dá)到98.61%，誤差率僅為4.42%。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，其精準(zhǔn)度還能得到更大地提升、誤差率也將會(huì)極大地下降。對(duì)警方來說，“非接觸式心電身份識(shí)別系統(tǒng)”將是對(duì)大規(guī)模蒙面暴徒開展身份識(shí)別認(rèn)證的又一重要利器，再復(fù)合應(yīng)用現(xiàn)場高清攝像頭固定的暴力犯罪行為視頻證據(jù)，就能夠?qū)γ擅姹┩降男袨楹蜕矸蓍_展1∶1確認(rèn)，進(jìn)而對(duì)蒙面暴徒進(jìn)行卓有成效地精準(zhǔn)打擊。

3.2 非接觸式心電身份識(shí)別系統(tǒng)的未來展望

目前，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論，“非接觸式心電身份識(shí)別系統(tǒng)”能夠衍生出探頭式、手持式、移動(dòng)式的采集終端，甚至?xí)^續(xù)減小終端的尺寸，以便使其能被安裝在計(jì)算機(jī)鍵盤、ATM機(jī)的某個(gè)角落。探測角落可以從設(shè)計(jì)之初的30m延伸到更遠(yuǎn)。如果應(yīng)用得當(dāng)，該系統(tǒng)不僅能夠?yàn)榫骄珳?zhǔn)識(shí)別大規(guī)模蒙面暴徒的真實(shí)身份提供強(qiáng)力支撐，還可以為其他案件的偵查提供證據(jù)支持。