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生物特征識(shí)別技術(shù)

　近年來，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已把生物特征識(shí)別技術(shù)，從研究階段轉(zhuǎn)向應(yīng)用階段，我國(guó)一些研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)也相繼開展了這方面的研究開發(fā)工作，并陸續(xù)推出實(shí)用化的系統(tǒng)和產(chǎn)品，而且競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。這種競(jìng)爭(zhēng)既是國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)，也是一項(xiàng)國(guó)際性的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

　隨著人類社會(huì)的發(fā)展，身份的識(shí)別和驗(yàn)證在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越重要，而且已在社會(huì)的各個(gè)方面日益得到應(yīng)用。其中，傳統(tǒng)的身份鑒定手段有基于特定持有物的，如身份證、信用卡、鑰匙、工作證等；有基于特定知識(shí)的，如口令、密碼、暗語等。在很多場(chǎng)合需要將這兩種方法相結(jié)合，如在ATM機(jī)取款時(shí)，你不僅需要信用卡，還需要知道密碼。

但傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)是，特定持有物或知識(shí)易丟失、被盜、遺忘或沒有攜帶。使用特定知識(shí)又存在記憶上的問題。人們很難記住復(fù)雜的密碼，簡(jiǎn)單的密碼，如生日、電話號(hào)碼等又很容易被猜到或破譯。據(jù)估計(jì)有25%可以從信用卡的表面看到信用卡的密碼。其次，它與用戶并不唯一綁定，一旦別人獲得了這些持有物或知識(shí)，他將擁有同失主同樣的權(quán)利。

　生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用水平的提高，就為身份的認(rèn)證和識(shí)別提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。所謂生物特征識(shí)別（Biometrics）技術(shù)，系指利用人體所固有的生理特征（Physiological characteristics）或行為特征（Behavioral characteristics）來進(jìn)行個(gè)人身份鑒定。

　生理特征是指對(duì)人體某部分進(jìn)行直接測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)。一些代表性的生理特征　　指紋、人像、虹膜、視網(wǎng)膜等；行為特征是對(duì)個(gè)人習(xí)慣性動(dòng)作的度量，是對(duì)人體特征的間接性測(cè)量。一些代表性的行為特征包括聲紋、擊鍵習(xí)慣、簽名等。生理特征和行為特征的區(qū)分是人工給定的，在很多場(chǎng)合，二者之間的界限可能不十分嚴(yán)格。而最常用的生物特征識(shí)別技術(shù)有指紋、人像、聲紋、虹膜、視網(wǎng)膜、掌形、簽名、擊鍵習(xí)慣、掌紋等。還有一些技術(shù)因?yàn)槭褂玫牟环奖慊虿怀墒於狈ι虡I(yè)價(jià)值。這些技術(shù)包括DNA、耳型、氣味、手背血管紋路、步態(tài)、指型、手指甲紋理等。與傳統(tǒng)的身份鑒定手段相比，生物特征識(shí)別技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

　生物特征是人體所固有的特征，具有隨身性，不易遺忘或丟失，使用方便；生物特征與人體是唯一綁定的，防偽性好，不易偽造或被盜。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，生物特征鑒定技術(shù)具有傳統(tǒng)的身份鑒定手段無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。如指紋考勤，可防止代打卡的情況；又如身份證，如果嵌入指紋，可有效防止身份證的仿制和偽造問題。系統(tǒng)盡管有各種各樣的加密算法和手段來保證網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳遞的安全。但所有的加密算法都是基于密碼的。因此在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上，密碼代表了幾乎一切的權(quán)利。擁有了一個(gè)用戶的密碼，就擁有了他的全部權(quán)限。但密碼最大的問題是它與用戶并不唯一綁定，實(shí)際上我們根本無法知道密碼輸入者的真實(shí)身份。

　　其次，我們必須記憶愈來愈多的密碼，如信用卡密碼、開機(jī)口令、網(wǎng)絡(luò)登錄口令、E-mail賬戶密碼、電子交易密碼等等，這些密碼的記憶成為一個(gè)問題。密碼太復(fù)雜，容易遺忘；密碼太簡(jiǎn)單，又容易被盜和破譯。如常使用口令，生日、電話號(hào)碼、人名等密碼。這些密碼的使用隱藏著極大的安全隱患，容易被破譯和猜測(cè)。

　采用生物特征識(shí)別技術(shù)，可不必再記憶和設(shè)置密碼，對(duì)重要的文件、數(shù)據(jù)和交易都可以利用它進(jìn)行安全的加密，有效地防止惡意盜用，使用更加方便。利用這項(xiàng)技術(shù)可開發(fā)出保證電子商務(wù)安全的重要門衛(wèi)——基于生物特征識(shí)別技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)身份鑒別系統(tǒng)：當(dāng)有人需要訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，他首先需要將自己的生物特征送到該系統(tǒng)上去驗(yàn)證，以獲得訪問某系統(tǒng)的權(quán)

由此可見，人體生物特征識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的高新技術(shù)，隨著社會(huì)信息化的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)身份識(shí)別認(rèn)證的要求越來越高，該項(xiàng)技術(shù)的重要性也日益凸現(xiàn)出來。但是，既然生物特征識(shí)別技術(shù)，涉及到硬件設(shè)備，在特征提取算法和匹配識(shí)別算法上，是一項(xiàng)技術(shù)難度很大的研發(fā)項(xiàng)目。因此，在生物特征鑒定技術(shù)也不可避免的會(huì)存在一些缺點(diǎn)和問題。首先是指紋采集系統(tǒng)不可避免的會(huì)存在一些缺點(diǎn)和問題。拒識(shí)率即所謂的錯(cuò)誤拒絕，誤識(shí)率即所謂的錯(cuò)誤接受，錯(cuò)誤認(rèn)定了待驗(yàn)用戶的身份。因此，除了提高匹配的準(zhǔn)確性外，在很多場(chǎng)合要提供補(bǔ)充的方案，以彌補(bǔ)系統(tǒng)的某些不足之處。同傳統(tǒng)的方法相比，生物特征識(shí)別技術(shù)，實(shí)際上更加安全可靠；拒識(shí)和誤識(shí)在傳統(tǒng)的身份鑒定手段中更為常見。以鑰匙為例，我們可能丟失它而不能進(jìn)家門，這就是拒識(shí)；同樣，別人可能拿著鑰匙打開我們的門，這就是誤識(shí)。密碼等也有同樣的問題。

　另外，在價(jià)格上也是一個(gè)問題。生物特征識(shí)別技術(shù)一般都需要較好的信號(hào)采集設(shè)備和計(jì)算平臺(tái)。盡管價(jià)格已有較大程度的下降，但仍然比傳統(tǒng)的手段要昂貴。

 指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展

     指紋識(shí)別技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的身份識(shí)別手段，也是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的生物特征識(shí)別技術(shù)。在過去主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)。近幾年來已逐漸走向民用市場(chǎng)。同時(shí)，民用市場(chǎng)也對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)提出了具有小型化、廉價(jià)的指紋采集設(shè)備，高速計(jì)算平臺(tái)，更高的識(shí)別準(zhǔn)確率的要求，以滿足各種不同應(yīng)用的需求。

     據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，公元前7000—6000年，古代的亞述人和中國(guó)人就意識(shí)到了指紋的特點(diǎn)，并使用指紋作為身份的象征，19世紀(jì)中葉開始了對(duì)指紋在科學(xué)意義上的研究，并得出兩個(gè)重要結(jié)論：一是沒有任何兩個(gè)手指指紋的紋線形態(tài)一致；二是指紋紋線的形態(tài)終生不變。從而這些研究使一些政府開始使用指紋進(jìn)行罪犯鑒別，如阿根廷在1896年，蘇格蘭在1901年，其他一些國(guó)家在20世紀(jì)初期也紛紛引入指紋技術(shù)鑒定罪犯。20世紀(jì)60年代起用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別指紋，同時(shí)刑偵用的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AFIS）逐漸在全球開始了廣泛應(yīng)用。而這時(shí)的指紋采集一般都采用油墨捺印的方式。

　1980年后，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)和光學(xué)指紋采集器的發(fā)明，指紋識(shí)別技術(shù)開始進(jìn)入了一些非司法領(lǐng)域，如居民身份證等。1990年以后，廉價(jià)指紋采集器和計(jì)算設(shè)備的出現(xiàn)，解決了快速準(zhǔn)確的匹配算法問題，使指紋識(shí)別技術(shù)走向了基于個(gè)人的應(yīng)用。從此，人們對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)的研究,對(duì)指紋的性質(zhì)也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。因此，指紋也就是成為當(dāng)之無愧的“物證之首選”的應(yīng)用對(duì)象。

  　指紋的特征系指手指表面由交替的“脊”（ridges）和“溝”（valleys）組成的平滑紋理模式，其形成取決于胚胎中形成手指表皮部分的初始環(huán)境，有很強(qiáng)的隨機(jī)性。一枚指紋的特征被用來區(qū)分與其他不同的指紋。其中端點(diǎn)和分叉點(diǎn)是最為常用的特征。在算法是都要記錄它們的位置和方向，中心點(diǎn)和三角點(diǎn)在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因?yàn)檫@些應(yīng)用中所使用的采集器往往面積小，較難完整地采集到中心點(diǎn)和三角點(diǎn)。交叉和小島由于計(jì)算機(jī)上的困難，在實(shí)際系統(tǒng)中往往不予采用。有人曾提出用汗腺孔來進(jìn)行指紋識(shí)別，但這種方法要求指紋采集設(shè)備要有非常高的分辨率，所以在實(shí)際系統(tǒng)中沒有采用。

　指紋采集器，目前常用的指紋采集設(shè)備有三種，光學(xué)式、硅芯片式、超聲波式。其中，光學(xué)指紋采集器是最早的指紋采集器，是使用最為普遍的，也

光學(xué)指紋采集器具有使用時(shí)間長(zhǎng)；對(duì)溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)能力強(qiáng)；分辨率較高的優(yōu)點(diǎn)。但是由于受光路限制，無畸變型采集器尺寸較大。通常有較嚴(yán)重的光學(xué)畸變；采集窗口表面往往有痕跡遺留現(xiàn)象。CCD器件可能因壽命老化，有降低圖像質(zhì)量等缺陷。

硅芯片式指紋采集器出現(xiàn)于90年代末。大部分硅芯片測(cè)量手指表面與芯片表面的直流電容場(chǎng)。這個(gè)電容場(chǎng)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為灰度數(shù)字圖像。但Authentec公司的芯片可以測(cè)量手指真皮層的交流電容。其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量較好；尺寸較小，容易集成到其他設(shè)備中去。其缺點(diǎn)是耐用性和環(huán)境適應(yīng)性差，尤其在一些較惡劣的環(huán)境下，抗靜電能力、抗腐蝕能力、抗壓力等方面的不足；圖像面積小，可能降低識(shí)別的準(zhǔn)確性，并導(dǎo)致用戶使用的不方便?？傊?，硅芯片采集器現(xiàn)在尚不成熟，但可能是未來的方向。

　超聲波式指紋采集器：可能是最準(zhǔn)確的指紋采集器。目前，在技術(shù)上尚不成熟，這種采集器發(fā)射超聲波，根據(jù)經(jīng)過手指表面，采集器表面和空氣的回波來測(cè)量反射距離，從而可以得到手指表面凹凸不平的圖像。超聲波可以穿透灰塵和汗?jié)n等，從而得到優(yōu)質(zhì)的圖像。由于該產(chǎn)品尚未大量使用，因此，很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)它的性能。然而一些實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用指出，這種采集器具有優(yōu)越的性能。它吸收了光學(xué)采集器和硅芯片采集器的長(zhǎng)處，如圖像面積大，使用方便，耐用性好的優(yōu)點(diǎn)等。

　指紋識(shí)別過程：具有登記過程和識(shí)別兩過程，用戶需要先采集指紋，然后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行特征提取，提取后的特征將作為模板保存在數(shù)據(jù)庫(kù)或其他指定的地方。在識(shí)別或驗(yàn)證階段，用戶首先要采集指紋，然后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行特征提取，提取后的待驗(yàn)特征將與數(shù)據(jù)庫(kù)中的模板進(jìn)行比對(duì)，并給出比對(duì)結(jié)果。在很多場(chǎng)合，用戶可能要輸入其他的一些輔助信息，以幫助系統(tǒng)進(jìn)行匹配，如帳號(hào)、用戶名等。這是個(gè)通用過程，對(duì)所有的生物特征識(shí)別技術(shù)都適用。

　指紋識(shí)別技術(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：主要是拒登率（FTE）、拒識(shí)率（FRR）、誤識(shí)率（FAR）、相等錯(cuò)誤率（EER）。盡管不少指紋驗(yàn)證技術(shù)的提供廠商，通常宣稱他們的產(chǎn)品可以達(dá)到的指標(biāo)為FRR<0.01%，F(xiàn)AR<0.001%。但從公開發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和權(quán)威性的測(cè)試看，這樣的指標(biāo)很難達(dá)到。

2000年8月，公安部一所組織了一次測(cè)試，涉及國(guó)內(nèi)外20多家單位參加，測(cè)試結(jié)果和排名未對(duì)外正式公布。漢王的指標(biāo)為FTE=0.54%，EER=1.82%，位居前列，并獲準(zhǔn)向其提供指紋識(shí)別技術(shù)。在技術(shù)上達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平，達(dá)到實(shí)用化水平。

　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)至關(guān)重要，標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)意味著技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用的開始。在美國(guó)，F(xiàn)BI和NIST等機(jī)構(gòu)曾制定了大量的指紋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)包括指紋圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)、指紋圖像和特征數(shù)據(jù)的公共交換格式標(biāo)準(zhǔn)等。為廣泛開展應(yīng)用，我國(guó)公安部也制定了一系列指紋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了圖像壓縮、數(shù)據(jù)交換格式、網(wǎng)絡(luò)傳輸規(guī)范、采集技術(shù)規(guī)范等。而這些標(biāo)準(zhǔn)都是針對(duì)刑偵系統(tǒng)的。它對(duì)民用指紋系統(tǒng)有很好的參考作用，但很難直接應(yīng)用到身份驗(yàn)證的民用系統(tǒng)中。

   一些國(guó)際組織已經(jīng)開始制定一些標(biāo)準(zhǔn)，以推動(dòng)指紋技術(shù)更廣泛的開展應(yīng)用。典型的如BioAPI Consortium，它已經(jīng)制定了一些有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)（生物特征識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)接口標(biāo)準(zhǔn)，

 BioAPI），以推動(dòng)生物特征驗(yàn)證技術(shù)在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和電子商務(wù)等方面的應(yīng)用?？赡軐?duì)不同的應(yīng)用都需要有不同的專業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)。目前還缺乏完善的標(biāo)準(zhǔn)來支持不同類型的應(yīng)用.

指紋識(shí)別技術(shù)

  生物特征識(shí)別是一種計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)，可根據(jù)指紋、虹膜、掌紋、臉型、DNA等生物特征，通過多指紋識(shí)別算法，在較短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)任

  由于人體指紋具有不變性和唯一性，所以指紋識(shí)別技術(shù)成為應(yīng)用最廣泛的識(shí)別技術(shù)。因此，采用指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份驗(yàn)證是安全可靠的系統(tǒng)，它可以取代傳統(tǒng)的基于密碼、鑰匙和證件的安全系統(tǒng)，而且不需記憶密碼，無需攜帶證件，指紋就是身份證明。近年來，在世界范圍指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用以爆炸性速度增長(zhǎng)，如上海正推行的社會(huì)保險(xiǎn)指紋身份驗(yàn)證系統(tǒng)，香港推行的指紋特征的電子身份證等,而且向更廣闊的領(lǐng)域開展應(yīng)用。

　指紋識(shí)別技術(shù)，主要用于個(gè)人身份鑒定，可廣泛用于考勤、門禁控制、PC登錄認(rèn)證、私人數(shù)據(jù)安全、電子商務(wù)安全、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全、身份證件、信用卡、機(jī)場(chǎng)安全檢查，刑事偵破與罪犯緝捕等。目前已推出新一代指紋考勤系統(tǒng)、滾動(dòng)指紋采集系統(tǒng)等，并已得到一定程度的應(yīng)用。特別是指紋考勤系統(tǒng)，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代先進(jìn)的管理思想，利用指紋進(jìn)行考勤不僅解決了出勤和嚴(yán)格了上下班制度問題，而且考勤系統(tǒng)推向市場(chǎng)以來，在一些用戶中產(chǎn)生良好反響，指紋考勤制度的推行，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效益，凡使用指紋考勤機(jī)的單位都認(rèn)為，指紋考勤制度的推行，不僅建立了好的上下班秩序，而且樹立了先進(jìn)管理理念，解決了多年來采用其它考勤方式，所沒有解決的弊端問題，大大顯示了指紋考勤的威力和其優(yōu)越性。

　隨著指紋識(shí)別技術(shù)的成熟并產(chǎn)業(yè)化，可廣泛用于“金盾工程”、銀行、證券、高考身份驗(yàn)證、社會(huì)養(yǎng)老保險(xiǎn)身份驗(yàn)證、指紋門禁鎖等領(lǐng)域，它的推廣將具有很大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用

  指紋識(shí)別屬于生物特征的一種，通過攝像頭提取指紋圖像，輸入計(jì)算機(jī)，再通過一系列復(fù)雜的圖像處理和模式識(shí)別算法對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別，完成身份證過程，可廣泛用于上下班指紋考勤，安全保密，防偽認(rèn)證，公安刑事偵破、指紋門禁、銀行、社會(huì)養(yǎng)老保險(xiǎn)以及凡是需要用于身份認(rèn)證的單位和部門。由于信息技術(shù)的發(fā)展，所面臨的金融安全、刑事偵察破案的要求等多方面的需要。傳統(tǒng)的以密碼為特征的身份認(rèn)證技術(shù)越來越滿足不了這些行業(yè)安全性的要求，在這種情況下，采用生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)證，是我國(guó)實(shí)施安全保密措施的必然要求。通過建立人體生物特征數(shù)據(jù)庫(kù)，在公安、金融、軍隊(duì)等行業(yè)領(lǐng)域開始采用這項(xiàng)技術(shù)，從而保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)、軍事、國(guó)防、保密部門的安全以及公民財(cái)產(chǎn)、人身安全不受侵犯。