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生物特征識別技術及其發(fā)展趨勢

來源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間:2008/10/17
 

    目前,常用的生物特征識別技術所用的生物特征有基于生理特征的如人臉、指紋、虹膜,也有基于行為特征的如筆跡、聲音等。下面就這些常見的生物特征識別技術的特點及其發(fā)展趨勢作一簡單介紹。
  
    人臉識別
    人臉識別作為一種基于生理特征的身份認證技術,與目前廣泛應用的以密碼、IC卡為媒介的傳統(tǒng)身份認證技術相比,具有不易偽造、不易竊取、不會遺忘的特點;而人臉識別與指紋、虹膜、掌紋識別等生理特征識別技術相比,具有非侵犯性、采集方便等特點。因而人臉識別是一種非常自然、友好的生物特征識別認證技術。
    人臉識別技術包括圖像或視頻中進行人臉檢測、從檢測出的人臉中定位眼睛位置、然后提取人臉特征、最后進行人臉比對等一系列相關的技術。
    最早的人臉識別系統(tǒng)建成于20世紀60年代,該系統(tǒng)以人臉特征點的間距、比率等參數(shù)作為特征,構建了一個半自動的人臉識別系統(tǒng)。此時的人臉識別研究多集中于研究如何提取特征點進行人臉識別,如人臉特征器官(眼角、嘴角、鼻孔)的相對位置、大小、形狀、面積及彼此間的幾何關系等。由于這些特征點難以準確定位、魯棒性差,因而采用這些方法的人臉識別系統(tǒng)的性能都很低。
    自20世紀80年代開始,人臉識別技術出現(xiàn)了基于面部圖像的方法。與基于特征點的方法相比,基于面部圖像的方法不是提取人臉特征器官這一高層特征,而是將人臉作為一個圖像整體,從圖像中提取反映人臉特性的特征如DCT變換特征、小波特征、Gabor特征等等?;诿娌繄D像的方法由于利用了更多的底層信息,以及統(tǒng)計模式識別方法的引入,使得這類方法具有非常高的識別率和非常好的魯棒性。由于基于面部圖像的人臉識別算法具有很高性能,目前已經(jīng)出現(xiàn)了不少推廣人臉識別技術的廠商,如國內(nèi)的北京海鑫科金高科技股份有限公司、國外的L1ID等。
    為了評測基于面部圖像的人臉識別算法的性能。美國ARPA和ARL于1993年至1996年建立了FERET數(shù)據(jù)庫,用于評測當時的人臉識別算法的性能。共舉行了三次測試FERET94、FERET95、FERET96。FERET測試的結果指出,光照、姿態(tài)和年齡變化會嚴重影響人臉識別的性能。
    FERET的測試結果也表明了基于面部圖像的方法的缺點。人臉是一個三維非剛體,具有姿態(tài)、表情等變化,人臉圖像采集過程中易受到光照、背景、采集設備的影響。這些影響會降低人臉識別的性能。
    為了克服姿態(tài)變化對人臉識別性能的影響,也為了進一步提高人臉識別性能,20世紀90年代后期,一些研究者開始采用基于3D的人臉識別算法。這些算法有的本身就采用三維描述人臉,有的則用二維圖像建立三維模型,并利用三維模型生成各種光照、姿態(tài)下的合成圖像,利用這些合成圖像進行人臉識別。
    2000年后,人臉識別算法逐漸成熟,出現(xiàn)了商用的人臉識別系統(tǒng)。為了評測這些商用系統(tǒng)的性能,也作為FERET測試的延續(xù),美國有關機構組織了FRVT2000、FRVT2002、FRVT2006測試。測試結果表明,人臉識別錯誤率在FRVT2006上下降了至少一個數(shù)量級,這種性能的提升在基于圖像的人臉識別算法和基于三維的人臉識別算法上都得到體現(xiàn)。此外,在可控環(huán)境下,虹膜、靜態(tài)人臉和三維人臉識別技術的性能是相當?shù)?。此外,F(xiàn)RVT2006還展現(xiàn)了不同光照條件下人臉識別性能的顯著提高,最后,F(xiàn)RVT2006表明人臉自動識別的性能優(yōu)于人。值得一提的是,清華大學電子工程系作為國內(nèi)唯一參加FRVT2006的評測的學術機構,其人臉自動識別性能優(yōu)于人類。
    FRVT2006為人臉識別后續(xù)的研究指明了方向,人臉識別中光照、年齡變化依然對人臉識別性能有很大影響,二維人臉識別的性能

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[!--empirenews.page--]不比三維人臉識別差。

    指紋識別
    指紋識別技術是指通過比較不同人指紋中的特征點不同來區(qū)分不同人的身份。指紋識別技術通常由三個部分組成:對指紋圖像進行預處理;提取特征值,并形成特征值模板;指紋特征值比對。
    指紋圖像預處理的目的是為了減少噪聲干擾的影響,以便有效提取指紋特征值。常用的預處理方法有圖像增強、圖像平滑、二值化、圖像細化等。
    特征提取的目的就是從預處理后的指紋圖像中,提取出能夠表達該指紋圖像與眾不同的特征點的過程。最初特征提取是基于圖像的,從圖像整體中提取出特征進行比較,但該方法的精度和性能較低?,F(xiàn)在一般采用基于特征點的方法,從圖像中提取反應指紋特性的全局特征(如紋形、模式區(qū)、核心區(qū)、三角點、紋數(shù)等)和局部特征(如終結點、分叉點、分歧點、孤立點、環(huán)點等)。得到特征點后就可以對特征點進行編碼形成特征值模板。
    指紋特征值比對就是把當前獲得的指紋特征值與存儲的指紋特征值模板進行匹配,并給出相似度的過程。
  
    虹膜識別
    虹膜相對而言是一個較新的生物特征。1983年,F(xiàn)lom與Safir申請了虹膜識別專利保護,使得虹膜識別方面的研究很少。1993年,Daugman發(fā)表了關于虹膜自動識別算法的開創(chuàng)性工作,奠定了世界上首個商業(yè)虹膜自動識別系統(tǒng)的基礎。隨著Flom和Safir專利在2005年的失效和CASIA及ICE2005中虹膜數(shù)據(jù)集的提供,虹膜識別算法的研究越來越蓬勃。ICE2006首次對虹膜識別算法性能進行了測試。
    虹膜識別中需要解決如下兩個難點問題:一是虹膜圖像的獲取,二是實現(xiàn)高性能的虹膜識別算法。
 

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