所謂生物識別，就是通過計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物學(xué)等傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)模型等高科技手段密切結(jié)合，利用生命體固有的生理特性(如指紋、臉象、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態(tài)等)來進行生物身份標識和鑒定的技術(shù)。

        生物識別技術(shù)的應(yīng)用，為人類進入以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧時代提供了技術(shù)手段。當前，在國內(nèi)市場上已有多種針對不同生理特性和行為特征的應(yīng)用。其中，指紋識別占有率最高。隨著技術(shù)的發(fā)展和普及，將有更多、更好的生物識別技術(shù)產(chǎn)品進入我們的視野。學(xué)習(xí)了解這方面的技術(shù)知識，對于我們的信息化建設(shè)具有重要意義。

       一、生物識別技術(shù)的特性
 

傳統(tǒng)的身份鑒定方法包括身份標識物品(如鑰匙、證件、ATM卡等)和身份標識知識(如用戶名和密碼)但由于主要借助體外物，一旦證明身份的標識物品和標識知識被盜或遺忘，其身份就容易被他人冒充或取代。

        生物識別技術(shù)，當前主要是指通過人類生物特征進行身份認證的一種技術(shù)，未來將會發(fā)展到一切與人類相關(guān)的生物特征的識別。人類的生物特征通常具有唯一性、遺傳性、終身不變性、不易遺失性和不易偽造性，以及可以測量或可自動識別和驗證等特點，因此生物識別認證技術(shù)較傳統(tǒng)認證技術(shù)存在較大的優(yōu)勢。

       由于人體特征具有人體所固有的不可復(fù)制的唯一性，這一生物密鑰無法復(fù)制、失竊或被遺忘，利用生物識別技術(shù)進行身份認定，安全、可靠、準確。而常見的口令、IC卡、條紋碼、磁卡或鑰匙則存在著丟失、遺忘、復(fù)制及被盜用諸多不利因素。因此采用生物"鑰匙"，您可以不必攜帶大串的鑰匙，也不用費心去記或更換密碼。而系統(tǒng)管理員更不必因忘記密碼而束手無策。生物識別技術(shù)產(chǎn)品均借助于現(xiàn)代計算機技術(shù)實現(xiàn)，很容易配合電腦和與安全、監(jiān)控、管理系統(tǒng)整合，實現(xiàn)自動化管理。特別是當采用生物統(tǒng)計學(xué)技術(shù)，建立多種生物特征關(guān)聯(lián)模型，綜合運用偵察鑒定手段，將使生物身份管理更上一層樓。

         二、生物識別技術(shù)的種類

        當前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許多生物識別技術(shù)，如指紋識別、手掌幾何學(xué)識別、虹膜識別、視網(wǎng)膜識別、面部識別、簽名識別、聲音識別等，但其中一部分技術(shù)含量高的生物識別手段還處于實驗階段。我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進步，特別是生物傳感器技術(shù)研究的突破，將有越來越多的生物識別技術(shù)應(yīng)用到實際生活中。

        1.指紋識別

實現(xiàn)指紋識別有多種方法。其中有些是仿效傳統(tǒng)的公安部門使用的方法，比較指紋的局部細節(jié);有些直接通過全部特征進行識別;還有一些使用更獨特的方法，如指紋的波紋邊緣模式和超聲波。有些設(shè)備能即時測量手指指紋，有些則不能。在所有生物識別技術(shù)中，指紋識別是當前應(yīng)用最為廣泛的一種。

指紋識別對于室內(nèi)安全系統(tǒng)來說更為適合，因為可以有充分的條件為用戶提供講解和培訓(xùn)，而且系統(tǒng)運行環(huán)境也是可控的。由于其相對低廉的價格、較小的體積(可以很輕松地集成到鍵盤中)以及容易整合，所以在工作站安全訪問系統(tǒng)中應(yīng)用的幾乎全部都是指紋識別。

指紋雖然具有唯一性，但由于模型技術(shù)的進步，使指模制作得以實現(xiàn)。為了確保安全，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了與生物體溫測量技術(shù)相結(jié)合的鑒定技術(shù)產(chǎn)品。

 

       2.手掌幾何學(xué)識別

        手掌幾何學(xué)識別就是通過測量使用者的手掌和手指的物理特征來進行識別，高級的產(chǎn)品還可以識別三維圖象。作為一種已經(jīng)確立的方法，手掌幾何學(xué)識別不僅性能好，而且使用比較方便。它適用的場合是用戶人數(shù)比較多，或者用戶雖然不經(jīng)常使用，但使用時很容易接受。如果需要，這種技術(shù)的準確性可以非常高，同時可以靈活地調(diào)整生物識別技術(shù)性能以適應(yīng)相當廣泛的使用要求。手形讀取器使用的范圍很廣，且很容易集成到其他系統(tǒng)中，因此成為許多生物識別項目中的首選技術(shù)。

       3.聲音識別

        聲音識別就是通過分析使用者的聲音的物理特性來進行識別的技術(shù)。現(xiàn)今，雖然已經(jīng)有一些聲音識別產(chǎn)品進入市場，但使用起來還不太方便，這主要是因為傳感器和人的聲音可變性都很大。另外，比起其他的生物識別技術(shù)，它使用的步驟也比較復(fù)雜，在某些場合顯得不方便。很多研究工作正在進行中，我們相信聲音識別技術(shù)將取得重大進展。

        4.視網(wǎng)膜識別

        視網(wǎng)膜識別使用光學(xué)設(shè)備發(fā)出的低強度光源掃描視網(wǎng)膜上獨特的圖案。有證據(jù)顯示，視網(wǎng)膜掃描是十分精確的，但它要求使用者注視接收器并盯著一點。這對于戴眼鏡的人來說很不方便，而且與接受器的距離很近，也讓人不太舒服。所以盡管視網(wǎng)膜識別技術(shù)本身很好，但用戶的接受程度很低。因此，該類產(chǎn)品雖在20世紀90年代經(jīng)過重新設(shè)計，加強了連通性，改進了用戶界面，但仍然是一種非主流的生物識別產(chǎn)品。

 

       5.虹膜識別

        虹膜識別是與眼睛有關(guān)的生物識別中對人產(chǎn)生較少干擾的技術(shù)。它使用相當普通的照相機元件，而且不需要用戶與機器發(fā)生接觸。另外，它有能力實現(xiàn)更高的模板匹配性能。因此，它吸引了各種人的注意。以前，虹膜掃描設(shè)備在操作的簡便性和系統(tǒng)集成方面沒有優(yōu)勢，我們希望新產(chǎn)品能在這些方面有所改進。

       6.簽名識別

        簽名識別在應(yīng)用中具有其他生物識別所沒有的優(yōu)勢，人們已經(jīng)習(xí)慣將簽名作為一種在交易中確認身份的方法，它的進一步的發(fā)展也不會讓人們覺得有太大不同。實踐證明，簽名識別是相當準確的，因此簽名很容易成為一種可以被接受的識別符。但與其他生物識別產(chǎn)品相比，這類產(chǎn)品現(xiàn)今數(shù)量很少。

       7.面部識別

面部是一種相當引人注意的技術(shù)，它的性能也經(jīng)常被誤解。關(guān)于面部識別，經(jīng)常有一些夸張的言論，但實際是很實現(xiàn)難度很大。比較兩個靜態(tài)圖象是一回事，在人群中發(fā)現(xiàn)和確認某個人的身份而不引起別人的注意，就是完全不同的另一回事了。必須突破生物識別的局限，走計算機模型識別和深度學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合的途徑，才能瞬間完成身份識別鑒定。

面部識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如：企業(yè)、住宅安全和管理（人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等）、電子護照及身份證、公安和司法、自助服務(wù)、信息安全（如計算機登錄、電子政務(wù)和電子商務(wù)），以及軍事等領(lǐng)域。

        8.基因識別

隨著人類基因組計劃的開展，人們對基因的結(jié)構(gòu)和功能的認識不斷深化，并將其應(yīng)用到個人身份識別中。因為在全世界60億人中，與你同時出生或姓名一致、長相酷似、聲音相同的人都可能存在，指紋也有可能消失，但只有基因才是代表你本人遺傳特性的、獨一無二、永不改變的指征。據(jù)報道，采用智能卡的形式，儲存著個人基因信息的基因身份證已經(jīng)在中國四川、湖北和香港出現(xiàn)。

制作這種基因身份證，首先是取得有關(guān)的基因，并進行化驗，選取特征位點(DNA指紋)，然后載入中心的電腦儲存庫內(nèi)，這樣，基因身份證就制作出來了。如果人們喜歡加上個人病歷并進行基因化驗的話，也是可以的。發(fā)出基因身份證后，醫(yī)生及有關(guān)的醫(yī)療機構(gòu)等，可利用智能卡閱讀器，閱讀有關(guān)人的病歷。

基因識別是一種高級的生物識別技術(shù)，但由于技術(shù)上的原因，還不能做到實時取樣和迅速鑒定，這在某種程度上限制了它的廣泛應(yīng)用。

除了上面提到的生物識別技術(shù)以外，還有通過氣味、耳垂和其他特征進行識別的技術(shù)。但它們現(xiàn)今還不能走進日常生活。

      9.靜脈識別

靜脈識別，使用近紅外線讀取靜脈模式，與存儲的靜脈模式進行比較，進行本人識別的識別技術(shù)。工作原理，是依據(jù)人類手指中流動的血液可吸收特定波長的光線，而使用特定波長光線對手指進行照射，可得到手指靜脈的清晰圖像。利用這一固有的科學(xué)特征，將實現(xiàn)對獲取的影像進行分析、處理，從而得到手指靜脈的生物特征，再將得到的手指靜脈特征信息與事先注冊的手指靜脈特征進行比對，從而確認登錄者的身份。

靜脈識別系統(tǒng)就是首先通過靜脈識別儀取得個人靜脈分布圖，從靜脈分布圖依據(jù)專用比對算法提取特征值，通過紅外線 CCD攝像頭獲取手指、手掌、手背靜脈的圖像，將靜脈的數(shù)字圖像存貯在計算機系統(tǒng)中，將特征值存儲。靜脈比對時，實時采取靜脈圖，提取特征值，運用先進的濾波、圖像二值化、細化手段對數(shù)字圖像提取特征，同存儲在主機中靜脈特征值比對，采用復(fù)雜的匹配算法對靜脈特征進行匹配，從而對個人進行身份鑒定，確認身份。

在巨大的市場發(fā)展形勢面前，將靜脈識別產(chǎn)品嵌入到門禁控制系統(tǒng)中的新一代門禁控制產(chǎn)品正隨著前些年的鋪墊而日趨成熟。為了謀求門禁系統(tǒng)的智能化發(fā)展和趕上門禁市場飛速發(fā)展的列車，國內(nèi)擁有靜脈識別技術(shù)的企業(yè)整裝待發(fā)，謀求爆破式發(fā)展。在此基礎(chǔ)上開發(fā)適合中國市場的系列產(chǎn)品，并成功應(yīng)用到監(jiān)獄、計劃生育、煤礦、信息安全、金融、教育、社保等行業(yè)或部門。而與此同時，眾多門禁企業(yè)也正以引入"靜脈"為門禁市場開辟藍海。

        10.步態(tài)識別

步態(tài)識別，使用攝像頭采集人體行走過程的圖像序列，進行處理后同存儲的數(shù)據(jù)進行比較，來達到身份識別的目的。中科院自動化所已經(jīng)進行一定研究。 步態(tài)識別作為一種生物識別技術(shù),具有其它生物識別技術(shù)所不具有的獨特優(yōu)勢,即在遠距離或低視頻質(zhì)量情況下的識別潛力,且步態(tài)難以隱藏或偽裝等。 步態(tài)識別主要是針對含有人的運動圖像序列進行分析處理,通常包括運動檢測、特征提取與處理和識別分類三個階段。

但是制約其發(fā)展還存在很多問題，比如拍攝角度發(fā)生改變，被識別人的衣著不同，攜帶有不同的東西，所拍攝的圖像進行輪廓提取的時候會發(fā)生改變影響識別效果。但是該識別技術(shù)卻可以實現(xiàn)遠距離的身份識別在主動防御上有突出的性能。如果能突破現(xiàn)有的制約因素，在實際應(yīng)用中必定有用武之地。

       11. 人臉識別

人臉識別，或稱人像識別，運用人工智能領(lǐng)域內(nèi)先進的生物識別技術(shù)，特指利用分析比較人物視覺特征信息進行身份鑒別的計算機技術(shù)。人物識別概述 廣義的人物識別實際包括構(gòu)建人物識別系統(tǒng)的一系列相關(guān)技術(shù)，包括人物圖像采集、人物定位、人物識別預(yù)處理、身份確認以及身份查找等;而狹義的人物識別特指通過人物進行身份確認或者身份查找的技術(shù)或系統(tǒng)。

       12.多模態(tài)生物識別

所謂多模態(tài)生物識別，是將多種不同的生物識別技術(shù)綜合應(yīng)用到一個項目之中，使采樣特征多樣、優(yōu)勢互補，并建立生物統(tǒng)計學(xué)模型，確保生物識別的精準性。

        三、應(yīng)用范圍

        生物識別技術(shù)可廣泛用于政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務(wù)、安全防務(wù)等等一系列需要身份認證的領(lǐng)域。例如，一位儲戶走進了銀行，他既沒帶銀行卡，也沒有回憶密碼就徑直提款，當他在提款機上提款時，一臺攝像機對該用戶的眼睛掃描，然后迅速而準確地完成了用戶身份鑒定，辦理完業(yè)務(wù)。而該營業(yè)部所使用的正是現(xiàn)代生物識別技術(shù)中的"虹膜識別系統(tǒng)"。

指紋識別、靜脈識別、虹膜識別、面部識別廣為安防領(lǐng)域應(yīng)用。最新消息，為了順應(yīng)形勢發(fā)展需要，中國將應(yīng)用生物識別技術(shù)適時引入生物簽證。生物技術(shù)在簽證領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅提高了簽證頒發(fā)工作的質(zhì)量和水平，也提升了簽證的防偽性能。相關(guān)業(yè)內(nèi)人士表示，要在確保維護國家和公民安全的同時，做好保障正常人員出入境工作，簽證載體和可識別信息的技術(shù)變革勢在必行。

        "打卡"應(yīng)用是利用了生物識別的虹膜識別技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，該技術(shù)現(xiàn)今已在礦山安全生產(chǎn)、監(jiān)獄犯人管理、銀行金庫門禁等眾多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。只要將雙眼對準屏幕，機器就記下了虹膜特征密碼，就完成了注冊環(huán)節(jié);在此后的識別環(huán)節(jié)，帶眼睛的人員便可無需再摘下眼鏡，只要對準屏幕一瞅，不到一秒，機器就完成了比對識別，身份信息與"打卡"時間立即顯示在屏幕上。

       四、未來發(fā)展

        1.采用多模態(tài)技術(shù)，解決單一生物識別的局限性

　　在實際工程應(yīng)用中，由于客觀條件變化的不可預(yù)測，單一生物識別技術(shù)往往會遇到難以克服的特例，使其無法適用于所有人群，比如指紋識別是目前最廣泛應(yīng)用生物識別技術(shù)，但其對被磨平、褶皺多、脫皮嚴重、干濕的手指識別率低;人臉識別雖然便捷性、友好性很強，但受外界因素影響較大，如光線、姿態(tài)、表情，年齡、劉海、戴眼鏡者等要求比較高;虹膜識別精準度高，但采集困難;劇烈運動影響人體血液的流動，影響靜脈識別準確率。在安全性要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域，單一生物識別的性能很難達到預(yù)期的需要，比如照片可能欺騙單一人臉識別設(shè)備，但對人臉掌靜脈多模態(tài)組合驗證的設(shè)備，想同時偽造同一人員的人臉和掌靜脈的難度系數(shù)較高。

　　多模態(tài)生物識別技術(shù)同時利用多種生物特征，結(jié)合數(shù)據(jù)層、特征提取層、匹配層及決策層等多種融合技術(shù)，不僅降低了誤判率和拒絕率，保證所有用戶可用，而且也擴大系統(tǒng)覆蓋的范圍，降低系統(tǒng)的風險，使之更接近實用。例如，在傳統(tǒng)的單一生物識別中，生物識別與密碼、用戶名或RFID等身份認證技術(shù)在決策層融合的系統(tǒng)，由于單一生物識別無法適應(yīng)所有人群，往往需要同時設(shè)置密碼、用戶名或RFID進行身份認證，而多模態(tài)生物識別基本規(guī)避了單一生物識別的局限性。而新一代指紋指靜脈的融合，指紋人臉的融合方式，雙重生物識別認證既能提高正確識別率，又能降低誤判率和拒識率，在提升用戶體驗上取得了良好的效果。

       2.加強技術(shù)防偽，保障生物識別應(yīng)用的高安全性

　　防偽不能解決，用戶的體驗感和產(chǎn)品的實用不能滿足要求，生物識別技術(shù)就形同虛設(shè)。比如硅膠或橡皮泥就可以形成假指紋膜，華爾街日報報道，這種假指紋膜在手機上按壓幾次就可以解鎖，甚至侵入手機支付系統(tǒng);阿里的“Smile to pay”為防止刷臉被欺騙，要求用戶眨眼配合識別活體;在股市、證劵和ATM市場上，現(xiàn)階段生物識別技術(shù)的推廣緩慢，原因都在于一旦在身份認證安全問題上出現(xiàn)紕漏，對于金融系統(tǒng)的影響將不可估量。在考勤和安防行業(yè)的應(yīng)用中，用戶對生物識別的安全性也提出關(guān)切和質(zhì)疑。

　　另外，在國際上許多學(xué)者或企業(yè)已致力于防偽生物識別技術(shù)的研究，例如，NEC、LUMIDIGM、AuthenTec，Sony和富士通等生物識別防偽檢測的專利申請數(shù)量頻多。諸如指紋防偽通過手指膚色、手指凸紋紋寬和凹紋紋寬的相關(guān)性、心率信號、脈搏、靜脈及電屬性等方法，人臉防偽通過三維深度信息分析、光流檢測、多模態(tài)、面部表情、紅外輻射測溫及紋理信息分析等方法。在防偽方面，市面上也出現(xiàn)了通過檢測血液流動和辨識手指膚色來進行防偽辨別的產(chǎn)品。

       3.實現(xiàn)非接觸采樣，提升用戶的體驗感

　　接觸式的生物識別總會讓人感覺不那么自然，不用用戶接觸設(shè)備，非接觸式操作，用戶使用更加自由、高雅、安全及衛(wèi)生。比如人臉識別、虹膜識別、掌靜脈、掌紋都是非接觸式識別，用戶可以很自然的接受?！　?/p>

使用方便中尋求安全保障 是生物識別技術(shù)應(yīng)用的出發(fā)點眾所周知，在蘋果推出Touch ID之前，早已有諸如摩托羅拉、富士通和東芝等公司將指紋采集器集成在它們生產(chǎn)的手機中，很可惜，為什么它們都沒有因為加入指紋識別技術(shù)而受到消費者的青睞呢?無非是用戶體驗感、成本和安全性等未達到要求。蘋果指紋采集系統(tǒng)集成于HOME鍵下方，符合用戶的正常使用邏輯，VIVO、華為手機的指紋采集系統(tǒng)為后置滑動或背面按壓，自手機誕生以來，很少有手機在背面設(shè)置操作按鈕，違反了交互邏輯。精確度最高的虹膜識別，采集清晰的虹膜圖像需要較好的光源和用戶的強制配合，體驗感較差，或許在考勤、手機應(yīng)用上大規(guī)模推廣會成為關(guān)鍵障礙點。在機械門鎖和電子門鎖行業(yè)，面部和虹膜對安裝高度要一定的要求，一旦生物識別門鎖的安裝高度固定，無論怎么樣安裝門鎖，都會給部分人群帶來不適。在安防監(jiān)控行業(yè)，面部識別基于網(wǎng)絡(luò)攝像機的應(yīng)用推廣已多年，但依然停留在演示階段。它們遇到的都是相同的障礙——用戶體驗感差。

       4.引入機深度學(xué)習(xí)技術(shù)，突破生物識別技術(shù)的局限

單獨的或者多模態(tài)生物識別技術(shù)的局限性在于對環(huán)境和采樣條件的要求過高，否則就難以準確完成采樣和識別。當前的解決辦法是嚴格限制采樣的方式和條件，這不僅影響了效率，還給用戶的體驗帶來了不便。因此，為了使生物識別技術(shù)精準、安全和友好、便捷，引入以大數(shù)據(jù)和云計算為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)成為必要。

通過采用多模態(tài)生物識別技術(shù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的結(jié)合運用，可以試想一個以下的場景：

       用戶一進入身份識別區(qū)域，就在不知不覺中接受了數(shù)據(jù)采樣：

（1）通過攝像機就迅速采集了他的身高、體態(tài)、步態(tài)、體溫數(shù)據(jù)，進而取得了他的面部、人臉數(shù)據(jù)；

（2）在迎接人員問候以后，隨著他的應(yīng)答，拾音器采集了他的聲音數(shù)據(jù)；

（3）在留言臺前，地秤采集了他的體重數(shù)據(jù)和鞋底紋數(shù)據(jù)；

（4）用戶用簽字筆題詞的同時，簽字筆采集了他的指紋、脈博、血壓數(shù)據(jù)，攝像頭采集了他的書寫姿態(tài)數(shù)據(jù)，留言薄上留下了他的書寫和簽名數(shù)據(jù)

......

系統(tǒng)在采樣的同時，對數(shù)據(jù)進行了標準化處理：

（1）根據(jù)不同角度采集到的多個側(cè)面的身高、體態(tài)、步態(tài)、面部、人臉、書寫姿態(tài)數(shù)據(jù)進行綜合計算，還原成標準數(shù)據(jù)；

（2）分析錄音數(shù)據(jù)的聲紋、發(fā)聲、音調(diào)、吐字，形成標準數(shù)據(jù)；

（3）確認體重、鞋底紋、脈博、血壓數(shù)據(jù)；

（4）提取確認書寫、簽名標準數(shù)據(jù)；

......

系統(tǒng)在瞬時完成數(shù)據(jù)碰撞計算：

（1）與公安系統(tǒng)大數(shù)據(jù)進行碰撞；

（2）與安全部門大數(shù)據(jù)進行碰撞；

（3）與本系統(tǒng)內(nèi)部歷史數(shù)據(jù)進行碰撞；

（4）與醫(yī)療部門大數(shù)據(jù)進行碰撞；

......

系統(tǒng)及時綜合處理數(shù)據(jù)，并反饋信息：

（1）依據(jù)判別規(guī)則，去偽存真，向接待人員和安全保衛(wèi)部門反饋身份認證結(jié)果；

（2）依據(jù)公安大數(shù)據(jù)，反饋安全保衛(wèi)措施；

（3）依據(jù)接待歷史，反饋預(yù)約信息、接待人員、通知部門等信息；

（4）依據(jù)醫(yī)療大數(shù)據(jù)，反饋接待室溫、茶飲準備等注意事項；

（5）所有數(shù)據(jù)存檔，作為系統(tǒng)自學(xué)習(xí)資料；

......

在用戶進入接待室前，一切認證、接待和防范工作在他不知不覺中準備就緒......

       可以預(yù)見，生物識別技術(shù)應(yīng)用在未來的信息化建設(shè)中將是一片光明！