生物識別技術(shù)論文

生物特征識別技術(shù)作為一種身份識別的手段，具有獨特的優(yōu)勢，對信息安全具有重要意義，下面是小編精心推薦的生物識別技術(shù)論文，希望你能有所感觸!

生物識別技術(shù)論文篇一

生物特征識別技術(shù)概述

【摘 要】生物特征識別技術(shù)是利用人的生理特征或行為特征，來進行個人身份的鑒定。文章論述了現(xiàn)有的各種生物特征識別技術(shù)的原理、特征、 應(yīng)用 的優(yōu)缺點，介紹了生物特征識別技術(shù)的標準化 工作和 發(fā)展 趨勢。

【關(guān)鍵詞】身份鑒別;生物特征識別;標準化

網(wǎng)絡(luò) 信息化 時代 的一大特征就是個人身份的數(shù)字化和隱性化。如何準確鑒定一個人的身份，保護信息安全是當今信息化時代必須解決的一個關(guān)鍵性 社會 問題 。 目前 ，我國的各種 管理大部分使用證件、磁卡、IC卡和密碼，這些手段無法避免偽造或遺失，密碼也很容易被竊取或遺忘。這些都給管理者和使用者帶來很大不方便。生物特征身份鑒別 方法 可以避免這些麻煩。因此，這一技術(shù)已成為身份鑒別領(lǐng)域的 研究 熱點。

所謂生物特征識別技術(shù)就是，通過 計算 機與各種傳感器和生物 統(tǒng)計學(xué)原理等高 科技 手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性和行為特征，來進行個人身份的鑒定。生理特征與生俱來，多為先天性的;行為特征則是習(xí)慣使然，多為后天性的。將生理和行為特征統(tǒng)稱為生物特征。

并非所有的生物特征都可用于個人的身份鑒別。身份鑒別可利用的生物特征必須滿足以下幾個條件：第一，普遍性：即必須每個人都具備這種特征。第二，唯一性：即任何兩個人的特征是不一樣的。第三，可測量性：即特征可測量。第四，穩(wěn)定性：即特征在一段時間內(nèi)不改變。當然，在應(yīng)用過程中，還要考慮其他的實際因素，比如：識別精度、識別速度、對人體無傷害、被識別者的接受性等等。現(xiàn)在常用的生物特征有：人臉識別、虹膜識別、手形識別、指紋識別、掌紋識別、簽名識別、聲音識別等。下面將分別介紹各種生物特征識別技術(shù)：

一、生物識別技術(shù)介紹

常用的生理特征有臉像、指紋、虹膜等;常用的行為特征有步態(tài)、簽名等。聲紋兼具生理和行為的特點，介于兩者之間。

(一)基于生理特征的識別技術(shù)

1.指紋識別。指紋識別技術(shù)是通過取像設(shè)備讀取指紋圖像，然后用 計算機識別 軟件 分析 指紋的全局特征和指紋的局部特征，特征點如嵴、谷、終點、分叉點和分歧點等，從指紋中抽取特征值，可以非?？煽康赝ㄟ^指紋來確認一個人的身份。

指紋識別的優(yōu)點表現(xiàn)在：研究 歷史 較長，技術(shù)相對成熟;指紋圖像提取設(shè)備小巧;同類產(chǎn)品中，指紋識別的成本較低。其缺點表現(xiàn)在：指紋識別是物理接觸式的，具有侵犯性;指紋易磨損，手指太干或太濕都不易提取圖像。

2.虹膜識別。虹膜識別技術(shù)是利用虹膜終身不變性和差異性的特點來識別身份的，虹膜是一種在眼睛中瞳孔內(nèi)的織物狀的各色環(huán)狀物，每個虹膜都包含一個獨一無二的基于水晶體、細絲、斑點、凹點、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)。虹膜在眼睛的內(nèi)部，用外科手術(shù)很難改變其結(jié)構(gòu);由于瞳孔隨光線的強弱變化，想用偽造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。目前世界上還沒有發(fā)現(xiàn)虹膜特征重復(fù)的案例，就是同一個人的左右眼虹膜也有很大區(qū)別。除了白內(nèi)障等原因外，即使是接受了角膜移植手術(shù)，虹膜也不會改變。虹膜識別技術(shù)與相應(yīng)的算法結(jié)合后，可以到達十分優(yōu)異的準確度，即使全人類的虹膜信息都錄入到一個數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)認假和拒假的可能性也相當小。

和常用的指紋識別相比，虹膜識別技術(shù)操作更簡便，檢驗的精確度也更高。統(tǒng)計表明，到目前為止，虹膜識別的錯誤率是各種生物特征識別中最低的，并且具有很強的實用性，386以上計算機CCD攝像機即可滿足對硬件的需求。

3.視網(wǎng)膜識別。人體的血管紋路也是具有獨特性的，人的視網(wǎng)膜上面血管的圖樣可以利用光學(xué)方法透過人眼晶體來測定。用于生物識別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍，即視網(wǎng)膜四層細胞的最遠處。如果視網(wǎng)膜不被損傷，從三歲起就會終身不變。同虹膜識別技術(shù)一樣，視網(wǎng)膜掃描可能具有最可靠、最值得信賴的生物識別技術(shù)，但它運用起來的難度較大。視網(wǎng)膜識別技術(shù)要求激光照射眼球的背面以獲得視網(wǎng)膜特征的唯一性。

視網(wǎng)膜技術(shù)的優(yōu)點:視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征，因為它是“隱藏”的，故而不易磨損，老化或是為疾病 影響 ;非接觸性的;視網(wǎng)膜是不可見的，故而不會被偽造。缺點是:視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過任何測試，可能會給使用者帶來健康的損壞，這需要進一步的研究;對于消費者，視網(wǎng)膜技術(shù)沒有吸引力;很難進一步降低它的成本。

4.面部識別。面部識別技術(shù)通過對面部特征和它們之間的關(guān)系(眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對位置)來進行識別，用于撲捉面部圖像的兩項技術(shù)為標準視頻和熱成像技術(shù)：標準視頻技術(shù)通過視頻攝像頭攝取面部的圖像，熱成像技術(shù)通過分析由面部的毛細血管的血液產(chǎn)生的熱線來產(chǎn)生面部圖像，與視頻攝像頭不同，熱成像技術(shù)并不需要在較好的光源，即使在黑暗情況下也可以使用。

面部識別技術(shù)優(yōu)點是：非接觸性的。缺點是：要比較高級的攝像頭才可有效高速地撲捉面部圖像;使用者面部的位置與周圍的光 環(huán)境都可能影響系統(tǒng)的精確性，而且面部識別也是最容易被欺騙的;另外，對于因人體面部的如頭發(fā)，飾物，變老以及其他的變化可能需要通過人工智能技術(shù)來得到補償;對于采集圖像的設(shè)備會比其他技術(shù)昂貴得多。這些因素限制了面部識別技術(shù)廣泛地運用。

5.掌紋識別。掌紋與指紋一樣也具有穩(wěn)定性和唯一性，利用掌紋的線特征、點特征、紋理特征、幾何特征等完全可以確定一個人的身份，因此掌紋識別是基于生物特征身份認證技術(shù)的重要 內(nèi)容 。目前采用的掌紋圖象主要分脫機掌紋和在線掌紋兩大類。脫機掌紋圖象，是指在手掌上涂上油墨，然后在一張白紙上按印，然后通過掃描儀進行掃描而得到數(shù)字化的圖象。在線掌紋則是用專用的掌紋采樣設(shè)備直接獲取，圖象質(zhì)量相對比較穩(wěn)定。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，在線身份認證將變得更加重要。

掌紋識別一般用作整體分離后的同一認定。有將其用做批量商品的防偽，以防止成箱的商品內(nèi)有部分被“調(diào)包”，以部分贗品充真。也有將其用于通道口安全防范系統(tǒng)。

6.手形識別。手形指的是手的外部輪廓所構(gòu)成的幾何圖形.手形識別技術(shù)中，可利用的手形幾何信息包括手指不同部位的寬度、手掌寬度和厚度、手指的長度等。經(jīng)過生物學(xué)家大量實驗證明，人的手形在一段時期具有穩(wěn)定性，且兩個不同人手形是不同的，即手形作為人的生物特征具有唯一性，手形作為生物特征也具有穩(wěn)定性，且手形也比較容易采集，故可以利用手形對人的身份進行識別和認證.

手形識別是速度最快的一種生物特征識別技術(shù)，它對設(shè)備的要求較低，圖像處理簡單，且可接受程度較高。由于手形特征不像指紋和掌紋特征那樣具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于認證，滿足中/低級的安全要求。

7.紅外溫譜圖。人的身體各個部位都在向外散發(fā)熱量，而這種散發(fā)熱量的模式就是一種每人都不同的生物特征。通過紅外設(shè)備可以獲得反映身體各個部位的發(fā)熱強度的圖像，這種圖像稱為溫譜圖。拍攝溫譜圖的方法和拍攝普通照片的方法類似，因此，可以用人體的各個部位來進行鑒別，比如可對面部或手背靜脈結(jié)構(gòu)進行鑒別來區(qū)分不同的身份。

溫譜圖的數(shù)據(jù)采集方式?jīng)Q定了利用溫譜圖的方法可以用于隱蔽的身份鑒定。除了用來進行身份鑒別外，溫譜圖的另一個應(yīng)用是吸毒檢測，因為人體服用某種毒品后，其溫譜圖會顯示特定的結(jié)構(gòu)。

溫譜圖的方法具有可接受性，因為數(shù)據(jù)的獲取是非接觸式的，具有非侵犯性。但是，人體的溫譜值受外界環(huán)境影響很大，對于每個人來說不是完全固定的。目前，已經(jīng)有溫譜圖身份鑒別的產(chǎn)品，但是由于紅外測溫設(shè)備的昂貴價格，使得該技術(shù)不能得到廣泛的應(yīng)用。

8.人耳識別。人耳識別技術(shù)是20世紀90年代末開始興起的一種生物特征識別技術(shù)。人耳具有獨特的生理特征和觀測角度的優(yōu)勢，使人耳識別技術(shù)具有相當?shù)?理論 研究價值和實際應(yīng)用前景。從生理解剖學(xué)上，人的外耳分耳廓和外耳道。人耳識別的對象實際上是外耳裸露在外的耳廓，也就是人們習(xí)慣上所說的“耳朵”。一套完整的人耳自動識別系統(tǒng)一般包括以下幾個過程：人耳圖像采集、圖像的預(yù)處理、人耳圖像的邊緣檢測與分割、特征提取、人耳圖像的識別。目前的人耳識別技術(shù)是在特定的人耳圖像庫上實現(xiàn)的，一般通過攝像機或數(shù)碼相機采集一定數(shù)量的人耳圖像，建立人耳圖像庫，動態(tài)的人耳圖像檢測與獲取尚未實現(xiàn)。

與其它生物特征識別技術(shù)比較人耳識別具有以下幾個特點：(1)與人臉識別方法比較，耳識別方法不受面部表情、化妝品和胡須變化的影響，同時保留了面部識別圖象采集方便的優(yōu)點，與人臉相比，整個人耳的顏色更加一致、圖像尺寸更小，數(shù)據(jù)處理量也更小。(2)與指紋識別方法比較，耳圖象的獲取是非接觸的，其信息獲取方式容易被人接受。(3)與虹膜識別方法比較，耳圖像采集更為方便。并且，虹膜采集裝置的成本要高于耳采集裝置。

9.味紋識別。人的身體是一種味源，人類的氣味，雖然會受到飲食、情緒、 環(huán)境、時間等因素的 影響 和干擾，其成分和含量會發(fā)生一定的變化，但作為由基因決定的那一部分氣味——味紋卻始終存在，而且終生不變，可以作為識別任何一個人的標記。

由于氣味的性質(zhì)相當穩(wěn)定，如果將其密封在試管里制成氣味檔案，足足可以保存3年，即使是在露天空氣中也能保存18小時。 科學(xué) 家告訴我們，人的味紋從手掌中可以輕易獲得。首先將手掌握過的物品，用一塊經(jīng)過特殊處理的棉布包裹住，放進一個密封的容器，然后通入氮氣，讓氣流慢慢地把氣味分子轉(zhuǎn)移到棉布上，這塊棉布就成了保持人類味紋的檔案。可以利用訓(xùn)練有素的警犬或 電子 鼻來識別不同的氣味。

10.基因(DNA)識別。DNA(脫氧核糖核酸)存在于一切有核的動(植)物中，生物的全部遺傳信息都貯存在DNA分子里。DNA 識別是利用不同的人體的細胞中具有不同的DNA 分子結(jié)構(gòu)。人體內(nèi)的DNA 在整個人類范圍內(nèi)具有唯一性和永久性。因此， 除了對雙胞胎個體的鑒別可能失去它應(yīng)有的功能外， 這種 方法 具有絕對的權(quán)威性和準確性。不象指紋必須從手指上提取，DNA 模式在身體的每一個細胞和 組織都一樣。這種方法的準確性優(yōu)于其他任何生物特征識別方法， 它廣泛 應(yīng)用 于識別罪犯。它的主要 問題 是使用者的倫理問題和實際的可接受性， DNA 模式識別必須在實驗室中進行， 不能達到實時以及抗干擾， 耗時長是另一個問題。這就限制了DNA 識別技術(shù)的使用; 另外， 某些特殊疾病可能改變?nèi)梭wDNA 的結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)無法對這類人群進行識別。

(二)基于行為特征的生物識別技術(shù)

1.步態(tài)識別。步態(tài)是指人們行走時的方式，這是一種復(fù)雜的行為特征。步態(tài)識別主要提取的特征是人體每個關(guān)節(jié)的運動。盡管步態(tài)不是每個人都不相同的，但是它也提供了充足的信息來識別人的身份。步態(tài)識別的輸入是一段行走的視頻圖像序列，因此其數(shù)據(jù)采集與臉相識別類似，具有非侵犯性和可接受性。但是，由于序列圖像的數(shù)據(jù)量較大，因此步態(tài)識別的 計算 復(fù)雜性比較高，處理起來也比較困難。盡管生物力學(xué)中對于步態(tài)進行了大量的 研究 工作，基于步態(tài)的身份鑒別的研究工作卻是剛剛開始。到 目前 為止，還沒有商業(yè)化的基于步態(tài)的身份鑒別系統(tǒng)。

2.擊鍵識別。這是基于人擊鍵時的特性如: 擊鍵的持續(xù)時間、擊不同鍵之間的時間、出錯的頻率以及力度大小等而達到進行身份識別的目的。上世紀80年代初期，美國國家科學(xué)基金和國家標準局研究證實，擊鍵方式是一種可以被識別的動態(tài)特征。

3.簽名識別。簽名作為身份認證的手段已經(jīng)用了幾百年了，而且我們都很熟悉在銀行的格式表單中簽名作為我們身份的標志。將簽名數(shù)字化是這樣一個過程：測量圖像本身以及整個簽名的動作——在每個字母以及字母之間的不同的速度、順序和壓力。簽名識別易被大眾接受，是一種公認的身份識別的技術(shù)。但事實表明人們的簽名在不同的時期和不同的精神狀態(tài)下是不一樣的。 這就降低了簽名識別系統(tǒng)的可靠性。

(三)兼具生理特征和行為特征的聲紋識別

聲音識別本質(zhì)上是一個模式識別問題。 識別時需要說話人講一句或幾句試驗短句，對它們進行某些測量，然后計算量度矢量與存儲的 參考 矢量之間的一個(或多個) 距離函數(shù)。語音信號獲取方便，并且可以通過電話進行鑒別。語音識別系統(tǒng)對人們在感冒時變得嘶啞的聲音比較敏感;另外，同一個人的磁帶錄音也能欺騙語音識別系統(tǒng)。

(四)不同生物特征識別技術(shù)的比較

各種生物特征識別技術(shù)各有其優(yōu)缺點，在下表中，將各種生物特征識別技術(shù)的性能進行了一個簡單的比較。

二、生物特征識別技術(shù)的標準化工作

隨著IT的 發(fā)展 ，人們獲取生物特征的方法也越來越多，而且可獲取的生物特征種類也在不斷增加。但不管生物特征識別的手段如何、獲取何種生物特征，對于某一個具體的人，其相應(yīng)的生物特征是確定的，因此通過多種手段獲取的生物特征之間應(yīng)該存在信息的共享和交換。為達到信息交互，采用統(tǒng)一的準則評價生物特征識別和特征信息，需要制定生物特征識別標準。

目前，生物特征識別的國際標準化工作主要由ISO/IEC JTC1負責，而近期對此項工作的關(guān)注主要源于9.11恐怖襲擊事件。美國為首的發(fā)達國家為防止和打擊恐怖活動，提出了基于生物特征識別的國防土安全，并提出在SC17和SC27的基礎(chǔ)上建立，在JTC1下面組建生物特征識別標準化分技術(shù)委員會，即SC37。SC37自2002年6月成立以來，一直保持著快速的標準制定速度。從當前SC37的標準制定情況可以看出在生物特征識別領(lǐng)域，當前最急需的是用于信息共享和信息交換的數(shù)據(jù)格式標準，其他接口、測試、輪廓類標準現(xiàn)在的重點還處于概念性標準研制階段。

三、生物特征識別技術(shù)的發(fā)展趨勢

(一)多生物特征識別融合

各種生物特征識別技術(shù)都有其一定的適用范圍和要求，單一的生物特征識別系統(tǒng)在實際應(yīng)用中顯現(xiàn)出各自的局限性，如有些人的指紋無法提取特征，患白內(nèi)障的人虹膜會發(fā)生變化等等， 統(tǒng)計顯示迄今為止，還沒有一個單生物特征能達到完美無錯的要求。因此，生物特征識別領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新方向，即多種生物特征識別技術(shù)結(jié)合使用。將數(shù)據(jù)融合方法用于身份鑒別，結(jié)合多種生理和行為特征進行身份鑒別具有低錯誤拒絕率、特征變化的適應(yīng)性強，安全可靠性高等優(yōu)點，進一步精化了識別率，提高鑒別系統(tǒng)的可靠性。

(二)實時性要求

生物特征識別系統(tǒng)要求大量的計算，這其中包括圖像的預(yù)處理、特征提取與識別分類等。具有實時的快速計算能力是達到系統(tǒng)特定性能要求的關(guān)鍵。實現(xiàn)的方法基本上有兩條途徑：一是在 軟件上改進即采用高效快速算法;二是在硬件上實現(xiàn)。

(三)生物特征識別技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合

傳統(tǒng)的用來識別身份的IC卡和生物特征識別技術(shù)的結(jié)合使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。智能IC卡利用其自身的存儲、計算功能，將人的生物識別特征存儲在卡內(nèi)，可以現(xiàn)場進行脫機認證，既提高了效率，又節(jié)省了聯(lián)網(wǎng)在線查詢的成本，有效地避免了“認卡不認人”的現(xiàn)象，以防由于卡的丟失及密碼泄露而帶來的損失。

四、結(jié)語

“執(zhí)生命密匙，啟身份之鎖”。全球生物特征識別技術(shù)市場迅速增長，生物識別領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸普及，已逐漸滲透到 社會 生活的各個方面，發(fā)展前景一片大好。

【參考 文獻 】

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