生物识别技术

张衍波

目 录

1发展

2简介

3鉴定方法

4特性

5应用范围

6种类

7应用

生物识别的签证应用

生物识别的“打卡”应用

8发展

生物识别技术

所谓生物识别技术就是，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、脸象、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定

1发展

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唯一性、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。

生物识别系统对生物特征进行取样，提取其唯一的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、耳廓等，行为特征有签字、声音、按键力度等。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、签名识别等多种生物识别技术。

据《2013-2017年中国生物识别技术行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》[1]数据表明，全球市场对生物识别产品的需求在2010年将达到71亿美元。在未来五年，生物识别设备的综合性年增长将率将达到21.3%。指纹生物识别是目前应用最多，也是应用最早的生物识别技术，在2007年到2012年，此项识别技术将继续是生物识别技术收入主要贡献者。2007年，其产值为13亿美元，预计在2012年将达到27亿美元，年增长率将预计为16%。增长的主要原因是指纹识别设备价格的下降以及政府部门对指纹识别设备的推动和依赖。另外，人脸识别市场将从2007年的4.59亿美元增长到2012年的13亿美元，年增长率为24%。掌型识别在2007年也是增长较大的市场，其产值为2.43亿美元，到2012年掌型识别将达到7.526亿美元。其它生物识别技术如虹膜识别、中间件、多峰形性、声音识别，笔迹识别等的市场规模加在一起为7.29亿美金。前瞻网预计到2012年将达到23亿美金，年增长率为26%。从地域来看，由于用户对生物识别设备较高的认可和采用，以及大部分的欧洲国家对生物识别设备的引进使得欧洲成为生物识别设备的主打市场。

2简介

什么是生物识别技术？所谓生物识别技术就是，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。

3鉴定方法

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。

4特性

由于人体特征具有人体所固有的不可复制的唯一性，这一生物密钥无法复制，失窃或被遗忘，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。而常见的口令、IC卡、条纹码、磁卡或钥匙则存在着丢失、遗忘、复制及被盗用诸多不利因素。因此采用生物"钥匙"，您可以不必携带大串的钥匙，也不用费心去记或更换密码。而系统管理员更不必因忘记密码而束手无策。生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。

5应用范围

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，这是美国德克萨斯洲联合银行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。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”。美国9.11事件后，反恐怖活动已成为各国政府的共识，加强机场的安全防务十分重要。美国维萨格公司的脸象识别技术在美国的两家机场大显神通，它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔，判断他是不是通缉犯。

6种类

目前已经出现了许多生物识别技术，如指纹识别、手掌几何学识别、虹膜识别、视网膜识别、面部识别、签名识别、声音识别等，但其中一部分技术含量高的生物识别手段还处于实验阶段。我们相信随着科学技术的飞速进步，将有越来越多的生物识别技术应用到实际生活中。

1.指纹识别

实现指纹识别有多种方法。其中有些是仿效传统的公安部门使用的方法，比较指纹的局部细节；有些直接通过全部特征进行识别；还有一些使用更独特的方法，如指纹的波纹边缘模式和超声波。有些设备能即时测量手指指纹，有些则不能。在所有生物识别技术中，指纹识别是当前应用最为广泛的一种。

指纹识别对于室内安全系统来说更为适合，因为可以有充分的条件为用户提供讲解和培训，而且系统运行环境也是可控的。由于其相对低廉的价格、较小的体积（可以很轻松地集成到键盘中）以及容易整合，所以在工作站安全访问系统中应用的几乎全部都是指纹识别。

2.手掌几何学识别

手掌几何学识别就是通过测量使用者的手掌和手指的物理特征来进行识别，高级的产品还可以识别三维图象。作为一种已经确立的方法，手掌几何学识别不仅性能好，而且使用比较方便。它适用的场合是用户人数比较多，或者用户虽然不经常使用，但使用时很容易接受。如果需要，这种技术的准确性可以非常高，同时可以灵活地调整

生物识别技术

性能以适应相当广泛的使用要求。手形读取器使用的范围很广，且很容易集成到其他系统中，因此成为许多生物识别项目中的首选技术。

3.声音识别

声音识别就是通过分析使用者的声音的物理特性来进行识别的技术。目前，虽然已经有一些声音识别产品进入市场，但使用起来还不太方便，这主要是因为传感器和人的声音可变性都很大。另外，比起其他的生物识别技术，它使用的步骤也比较复杂，在某些场合显得不方便。很多研究工作正在进行中，我们相信声音识别技术将取得重大进展。

4.视网膜识别

视网膜识别使用光学设备发出的低强度光源扫描视网膜上独特的图案。有证据显示，视网膜扫描是十分精确的，但它要求使用者注视接收器并盯着一点。这对于戴眼镜的人来说很不方便，而且与接受器的距离很近，也让人不太舒服。所以尽管视网膜识别技术本身很好，但用户的接受程度很低。因此，该类产品虽在20世纪90年代经过重新设计，加强了连通性，改进了用户界面，但仍然是一种非主流的生物识别产品。

5.虹膜识别

虹膜识别是与眼睛有关的生物识别中对人产生较少干扰的技术。它使用相当普通的照相机元件，而且不需要用户与机器发生接触。另外，它有能力实现更高的模板匹配性能。因此，它吸引了各种人的注意。以前，虹膜扫描设备在操作的简便性和系统集成方面没有优势，我们希望新产品能在这些方面有所改进。

6.签名识别

签名识别在应用中具有其他生物识别所没有的优势，人们已经习惯将签名作为一种在交易中确认身份的方法，它的进一步的发展也不会让人们觉得有太大不同。实践证明，签名识别是相当准确的，因此签名很容易成为一种可以被接受的识别符。但与其他生物识别产品相比，这类产品目前数量很少。

7.面部识别

这是一种相当引人注意的技术，它的性能也经常被误解。关于面部识别，经常有一些夸张的言论，但实际是很难实现的。比较两个静态图象是一回事，在人群中发现和确认某个人的身份而不引起别人的注意，就是完全不同的另一回事了。有些系统宣称能做到后一点，但它们实际上做的是前一种事，这实际并不是生物识别。从用户的角度很容易理解面部识别的吸引力，但人们对这种技术的期望应该比较现实。到目前为止，面部识别在实际应用中还很少成功。但一旦克服了技术障碍，它将成为一种重要的生物识别方法。2012年，武汉公安正构建一套高精准人像识别系统，建成后能在1秒钟内比对1亿次图像，瞬间可辨认嫌疑人。

这套系统主要通过安装在城市道路路口、两侧以及公交车上的25万个视频探头进行图像采集。视频监控将捕捉到的人像，与后台数据中犯罪嫌疑人面部特征进行精确比对，可在几秒内锁定犯罪嫌疑人。这套系统将在2013年3月投入实战应用[3]。

面部识别技术应用在很多领域

1、企业、住宅安全和管理。如人脸识别门禁考勤系统，人脸识别防盗门等。

2、电子护照及身份证。

3、公安、司法和刑侦。

4、自助服务。

5、信息安全。如计算机登录、电子政务和电子商务。

8.基因识别

随着人类基因组计划的开展，人们对基因的结构和功能的认识不断深化，并将其应用到个人身份识别中。因为在全世界60亿人中，与你同时出生或姓名一致、长相酷似、声音相同的人都可能存在，指纹也有可能消失，但只有基因才是代表你本人遗传特性的、独一无二、永不改变的指征。据报道，采用智能卡的形式，储存着个人基因信息的基因身份证已经在我国四川、湖北和香港出现。

制作这种基因身份证，首先是取得有关的基因，并进行化验，选取特征位点（DNA指纹），然后载入中心的电脑储存库内，这样，基因身份证就制作出来了。如果人们喜欢加上个人病历并进行基因化验的话，也是可以的。发出基因身份证后，医生及有关的医疗机构等，可利用智能卡阅读器，阅读有关人的病历。

基因识别是一种高级的生物识别技术，但由于技术上的原因，还不能做到实时取样和迅速鉴定，这在某种程度上限制了它的广泛应用。

除了上面提到的生物识别技术以外，还有通过气味、耳垂和其他特征进行识别的技术。但它们目前还不能走进日常生活。

9.静脉识别

静脉识别，使用近红外线读取静脉模式，与存储的静脉模式进行比较，进行本人识别的识别技术。工作原理，是依据人类手指中流动的血液可吸收特定波长的光线，而使用特定波长光线对手指进行照射，可得到手指静脉的清晰图像。利用这一固有的科学特征，将实现对获取的影像进行分析、处理，从而得到手指静脉的生物特征，再将得到的手指静脉特征信息与事先注册的手指静脉特征进行比对，从而确认登录者的身份。

静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪取得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线 CCD摄像头获取手指、手掌、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，采用复杂的匹配算法对静脉特征进行匹配，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。

在巨大的市场发展形势面前，将静脉识别产品嵌入到门禁控制系统中的新一代门禁控制产品正随着前些年的铺垫而日趋成熟。为了谋求门禁系统的智能化发展和赶上门禁市场飞速发展的列车，国内拥有静脉识别技术的企业整装待发，谋求爆破式发展。凌佳科技有限公司在2009年就引进其全球独有的手指静脉技术，成立了国内唯一一家日立手指静脉技术研发中心，在此基础上开发适合中国市场的系列产品，并成功应用到监狱、计划生育、煤矿、信息安全、金融、教育、社保等行业或部门。而与此同时，众多门禁企业也正以引入“静脉”为门禁市场开辟蓝海。

10.步态识别

步态识别，使用摄像头采集人体行走过程的图像序列，进行处理后同存储的数据进行比较，来达到身份识别的目的。中科院自动化所已经进行一定研究。 步态识别作为一种生物识别技术,具有其它生物识别技术所不具有的独特优势,即在远距离或低视频质量情况下的识别潜力,且步态难以隐藏或伪装等。 步态识别主要是针对含有人的运动图像序列进行分析处理,通常包括运动检测、特征提取与处理和识别分类三个阶段。

但是制约其发展还存在很多问题，比如拍摄角度发生改变，被识别人的衣着不同，携带有不同的东西，所拍摄的图像进行轮廓提取的时候会发生改变影响识别效果。但是该识别技术却可以实现远距离的身份识别在主动防御上有突出的性能。如果能突破现有的制约因素，在实际应用中必定有用武之地。

11.人物识别

人物识别，又叫人脸识别，或称人像识别，运用人工智能领域内先进的生物识别技术，特指利用分析比较人物视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人物识别概述 广义的人物识别实际包括构建人物识别系统的一系列相关技术，包括人物图像采集、人物定位、人物识别预处理、身份确认以及身份查找等；而狭义的人物识别特指通过人物进行身份确认或者身份查找的技术或系统。

人物识别的应用

2010年，物联网产业被定义为战略性新兴产业，并获得各级政府的大力扶持。"十二五"规划出台后，物联网成为最耀眼的产业明星。

作为物联网技术中的重要组成部分，生物特征识别技术的应用处在行业快速增长阶段。在本次评选活动中也受到了更多关注。 生物特征识别技术近年来在全球范围内发展迅速，全球生物识别市场根据不同的应用主要可分为以下几个方面：电子门禁控制与考勤管理、计算机终端的进入控制、政府及司法部门(人脸识别系统或指纹识别系统)、消费者或商家用于买卖交易及其他多种应用。[4]

7应用

生物识别的签证应用

　　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，这里的生物特征通常具有唯一的（与他人不同）、可以测量或可自动识别和验证、遗传性或终身不变等特点，包括了指纹识别、静脉识别、虹膜识别、视网膜识别、面部识别、DNA识别等。其中，指纹识别、静脉识别、虹膜识别、面部识别广为安防领域应用。最新消息，为了顺应形势发展需要，中国将应用生物识别技术适时引入生物签证。生物技术在签证领域的应用，不仅提高了签证颁发工作的质量和水平，也提升了签证的防伪性能。相关业内人士表示，要在确保维护国家和公民安全的同时，做好保障正常人员出入境工作，签证载体和可识别信息的技术变革势在必行。

　　生物识别签证是当前世界签证技术发展的新趋势。特别是在“9?11”事件后，美、英、法等国家在为本国公民签发具有生物特征信息的电子护照的同时，开始对外国公民实行生物识别签证。这一技术正在为越来越多的公众所接受。所谓生物识别签证，就是将生物识别技术引入签证领域，利用人体面相、指纹等生物特征具有唯一性、安全、保密等特点，在颁发签证或入出境边防检查过程中采集和存储生物特征信息数据，通过有效比对，更加准确、快捷地鉴别出入境人员身份。目前，相关的配套法规已在讨论、制定之中，相关的技术、研发工作也已开始准备。中国的生物识别签证值得期待。

生物识别的“打卡”应用

“打卡”应用是利用了生物识别的虹膜识别技术。据统计，该技术目前已在矿山安全生产、监狱犯人管理、银行金库门禁等众多领域实现应用。只要将双眼对准屏幕，机器就记下了虹膜特征密码，就完成了注册环节；在此后的识别环节，带眼睛的人员便可无需再摘下眼镜，只要对准屏幕一瞅，不到一秒，机器就完成了比对识别，身份信息与“打卡”时间立即显示在屏幕上。

　　这一虹膜识别技术，目前已经在我国煤矿工人考勤、监狱犯人管理、银行金库门禁、边境安检通关、军队安保系统、考生身份验证等领域实现应用。而中科院自主研发的虹膜识别产品则已被20多个省市的近百万用户注册使用，每天完成几十亿次虹膜比对，占据了国内虹膜识别市场70%的份额。

　　从近距离识别到远距离识别，从对静止的人识别到对运动的人进行识别，然后发展到针对大量人群的识别，虹膜识别的发展已经清晰描绘了科技研究路线图。畅想一下未来生物识别技术无孔不入的生活：钥匙已无必要存在，只要你给一个眼神，家门就能为你打开；去银行取款，无需带卡，刷脸即可，也不必担心账号被盗；家中来了陌生人，视频监控会立即发出报警声；网上购物，只要看一下摄像头，就能实现资金的支付和流动；登陆社交网络，可以瞬间找出同一张脸出现在网络好友圈中的所有照片；超市老板根据人脸分析结果，就能统计当天光顾的客户数量和年龄分布，用以分析销售情况，广告商也能据此提供更为精准的定向广告；想要进行盗窃等犯罪活动的人也得好好掂量掂量，不存在伪造身份的可能，还有无处不在的摄像头能快速“揪出”坏分子[5]。

8发展

我国生物特征识别行业最早发展的是指纹识别技术，基本与国外同步，早在80年代初就开始了研究，并掌握了核心技术，产业发展相对比较成熟。而我国对于静脉识别、人脸识别、虹膜识别等生物认证技术研究的开展则在1996年之后。1996年，现任中国科学院副秘书长、模式识别国家重点实验室主任的谭铁牛入选中科院的“百人计划”，辞去英国雷丁大学的终身教职务回国，开辟了基于人的生物特征的身份鉴别等国际前沿领域新的学科研究方向，开始了我国对静脉、人脸、虹膜等生物特征识别领域的研究。[6]