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生物特征識(shí)別技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

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

    目前,常用的生物特征識(shí)別技術(shù)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(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)作一簡(jiǎn)單介紹。
  
    人臉識(shí)別
    人臉識(shí)別作為一種基于生理特征的身份認(rèn)證技術(shù),與目前廣泛應(yīng)用的以密碼、IC卡為媒介的傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)相比,具有不易偽造、不易竊取、不會(huì)遺忘的特點(diǎn);而人臉識(shí)別與指紋、虹膜、掌紋識(shí)別等生理特征識(shí)別技術(shù)相比,具有非侵犯性、采集方便等特點(diǎn)。因而人臉識(shí)別是一種非常自然、友好的生物特征識(shí)別認(rèn)證技術(shù)。
    人臉識(shí)別技術(shù)包括圖像或視頻中進(jìn)行人臉檢測(cè)、從檢測(cè)出的人臉中定位眼睛位置、然后提取人臉特征、最后進(jìn)行人臉比對(duì)等一系列相關(guān)的技術(shù)。
    最早的人臉識(shí)別系統(tǒng)建成于20世紀(jì)60年代,該系統(tǒng)以人臉特征點(diǎn)的間距、比率等參數(shù)作為特征,構(gòu)建了一個(gè)半自動(dòng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)。此時(shí)的人臉識(shí)別研究多集中于研究如何提取特征點(diǎn)進(jìn)行人臉識(shí)別,如人臉特征器官(眼角、嘴角、鼻孔)的相對(duì)位置、大小、形狀、面積及彼此間的幾何關(guān)系等。由于這些特征點(diǎn)難以準(zhǔn)確定位、魯棒性差,因而采用這些方法的人臉識(shí)別系統(tǒng)的性能都很低。
    自20世紀(jì)80年代開始,人臉識(shí)別技術(shù)出現(xiàn)了基于面部圖像的方法。與基于特征點(diǎn)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(gè)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(jì)模式識(shí)別方法的引入,使得這類方法具有非常高的識(shí)別率和非常好的魯棒性。由于基于面部圖像的人臉識(shí)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(shí)別技術(shù)的廠商,如國(guó)內(nèi)的北京海鑫科金高科技股份有限公司、國(guó)外的L1ID等。
    為了評(píng)測(cè)基于面部圖像的人臉識(shí)別算法的性能。美國(guó)ARPA和ARL于1993年至1996年建立了FERET數(shù)據(jù)庫(kù),用于評(píng)測(cè)當(dāng)時(shí)的人臉識(shí)別算法的性能。共舉行了三次測(cè)試FERET94、FERET95、FERET96。FERET測(cè)試的結(jié)果指出,光照、姿態(tài)和年齡變化會(huì)嚴(yán)重影響人臉識(shí)別的性能。
    FERET的測(cè)試結(jié)果也表明了基于面部圖像的方法的缺點(diǎn)。人臉是一個(gè)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(shè)備的影響。這些影響會(huì)降低人臉識(shí)別的性能。
    為了克服姿態(tài)變化對(duì)人臉識(shí)別性能的影響,也為了進(jìn)一步提高人臉識(shí)別性能,20世紀(jì)90年代后期,一些研究者開始采用基于3D的人臉識(shí)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(jìn)行人臉識(shí)別。
    2000年后,人臉識(shí)別算法逐漸成熟,出現(xiàn)了商用的人臉識(shí)別系統(tǒng)。為了評(píng)測(cè)這些商用系統(tǒng)的性能,也作為FERET測(cè)試的延續(xù),美國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)組織了FRVT2000、FRVT2002、FRVT2006測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,人臉識(shí)別錯(cuò)誤率在FRVT2006上下降了至少一個(gè)數(shù)量級(jí),這種性能的提升在基于圖像的人臉識(shí)別算法和基于三維的人臉識(shí)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(shí)別技術(shù)的性能是相當(dāng)?shù)摹4送?,F(xiàn)RVT2006還展現(xiàn)了不同光照條件下人臉識(shí)別性能的顯著提高,最后,F(xiàn)RVT2006表明人臉自動(dòng)識(shí)別的性能優(yōu)于人。值得一提的是,清華大學(xué)電子工程系作為國(guó)內(nèi)唯一參加FRVT2006的評(píng)測(cè)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),其人臉自動(dòng)識(shí)別性能優(yōu)于人類。
    FRVT2006為人臉識(shí)別后續(xù)的研究指明了方向,人臉識(shí)別中光照、年齡變化依然對(duì)人臉識(shí)別性能有很大影響,二維人臉識(shí)別的性能

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    指紋識(shí)別
    指紋識(shí)別技術(shù)是指通過比較不同人指紋中的特征點(diǎn)不同來區(qū)分不同人的身份。指紋識(shí)別技術(shù)通常由三個(gè)部分組成:對(duì)指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理;提取特征值,并形成特征值模板;指紋特征值比對(duì)。
    指紋圖像預(yù)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(yù)處理方法有圖像增強(qiáng)、圖像平滑、二值化、圖像細(xì)化等。
    特征提取的目的就是從預(yù)處理后的指紋圖像中,提取出能夠表達(dá)該指紋圖像與眾不同的特征點(diǎn)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(jìn)行比較,但該方法的精度和性能較低。現(xiàn)在一般采用基于特征點(diǎn)的方法,從圖像中提取反應(yīng)指紋特性的全局特征(如紋形、模式區(qū)、核心區(qū)、三角點(diǎn)、紋數(shù)等)和局部特征(如終結(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)、分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)等)。得到特征點(diǎn)后就可以對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行編碼形成特征值模板。
    指紋特征值比對(duì)就是把當(dāng)前獲得的指紋特征值與存儲(chǔ)的指紋特征值模板進(jìn)行匹配,并給出相似度的過程。
  
    虹膜識(shí)別
    虹膜相對(duì)而言是一個(gè)較新的生物特征。1983年,F(xiàn)lom與Safir申請(qǐng)了虹膜識(shí)別專利保護(hù),使得虹膜識(shí)別方面的研究很少。1993年,Daugman發(fā)表了關(guān)于虹膜自動(dòng)識(shí)別算法的開創(chuàng)性工作,奠定了世界上首個(gè)商業(yè)虹膜自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)。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(shí)別算法的研究越來越蓬勃。ICE2006首次對(duì)虹膜識(shí)別算法性能進(jìn)行了測(cè)試。
    虹膜識(shí)別中需要解決如下兩個(gè)難點(diǎn)問題:一是虹膜圖像的獲取,二是實(shí)現(xiàn)高性能的虹膜識(shí)別算法。
 

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