常见生物特征识别分析

【摘要】生物特征识别技术采用不同于传统身份识别技术的口令、密码等，而是利用人体自身所携带的生理特征或后天习惯使然的行为特征来进行鉴别，目前这一技术已逐渐成为身份鉴别领域研究的热点。本文主要分析一些常见生物特征的特点、区别与联系。

【关键词】生理特征；行为特征；鉴定

随着越来越多的电子设备不断进入日常生活，传统使用口令、密码或身份证号等来辨识身份的方式已远远不能满足人们对安全性和便利性的渴求。生物特征识别技术不再需要身份证号或密码，也免去随身携带智能卡之类物件的烦恼，它是根据人自身所拥有的东西，是人的个体特性，目前生物识别市场正处于快速增长当中。

1生物特征识别技术的历史

最早采用生物特征来鉴定人的身份可追溯到古埃及人采用测量人的尺寸来鉴定身份。指纹识别起源于古代的中国，而在美国和西欧，指纹识别技术也使用了有一百多年。1986年从事掌纹识别的RecognitionSystem,Inc.成立。1987年Drs.Flom&Safir研究虹膜获得专利。1990年从事签字识别的PenOp，Inc.在英国成立。1994年Drs.Atick,Griffin成立了从事人脸识别的Vi⁃sionicsCorp。

2生物特征识别技术的发展

每种生物特征识别技术不一定适合所有场合。例如有些人的指纹是很难提取特征的，患白内障的人虹膜会发生变化等。在对安全级别要求较高的领域中，人们往往需要结合多种生物特征来实现高精度的系统识别，提高鉴别系统的精确度和可靠性是未来身份鉴别领域发展的必然趋势。

3生物特征识别系统的内容

生物特征识别系统一般包括“生物特征采集子系统”“图像预处理子系统”“生物特征提取子系统”“生物特征鉴定子系统”和“生物特征数据库子系统”，以及系统识别的对象——人。在“生物特征数据库子系统”中建立了生物特征与相关身份信息的对应关系，并保证数据存储的安全性和可靠性。“生物特征鉴定子系统”通过模式识别方法，把待识别的生物特征与数据库子系统中生物特征进行比对，按照事先确定的筛选条件（阈值）决策来确定是否匹配成功。

4生物特征识别技术的种类

生物特征包括生理特征和行为特征，生理特征有指纹、人脸、手形、虹膜、人体气味和DNA等；行为特征有签名、声音、步态、击打键盘的力度等。

5基于生理特征的生物识别技术

5.1指纹识别

指纹识别的优势是该技术是较早被开发应用的，作为研发历史最为长久的生物识别技术是比较成熟的。提取指纹设备小巧方便，相应的价格成本也比较低。其缺点是指纹的采集是接触式的，人工操作比较耗时，可接受性较差，而且指纹也可以通过手术或者一些有创手段得以改变或者破坏，因此不是最稳定和可靠的身份识别手段。

5.2人脸识别

人脸识别与其它生物特征识别相比具有以下特点：（1）方便高效，在实际应用场景中，人脸识别可以同时进行多个人脸的分拣、判断以及识别。（2）非接触的，用户不需要和设备直接接触。（3）由于人脸脸部存在相似性，不同个体的区别不大，所有人脸的结构都相似。再加上现代妆容技术的发展，人脸识别还是有很大的识别难度。（4）人脸的易变性，人脸的外形其实并不稳定，可以通过脸部变化产生很多表情，而在不同的观察角度，人脸的视觉图像差别也较大。此外，人脸识别还受光照条件等多种因素的影响。

5.3虹膜识别

虹膜识别的优点有：虹膜本身具有稳定性和唯一性，基本不会随着人年龄的增长而发生变化；另外同一个人双眼的虹膜，包括双胞胎的虹膜特征都不会一样，相似概率为亿万分之一，所以虹膜识别最大的优点就是安全性高。在各项生物识别技术中，仅次于DNA。当然虹膜也有缺点：获取图像不是很方便，一般人眼和设备要保持在20cm-40cm，镜头可能产生图像畸变而使可靠性降低，用户交互效果并不很好。另外虹膜识别技术依赖光学设备，需要红外灯配合红外镜头才能取到用于身份识别的虹膜图像。不同种族人的虹膜颜色不同，比如亚洲人和非洲人的虹膜是黑色或者棕色。由于很难将图像获取设备的尺寸小型化，设备造价高，所以无法大范围推广。

5.4视网膜识别

有人认为视网膜技术识别的可靠性和准确率要高于虹膜识别，所以基于视网膜的身份识别技术也是非常可靠、值得信赖的。视网膜识别技术的优点相似于虹膜技术，比如无法伪造，不会磨损，更不会老化，也不受疾病影响。缺点是到目前为止还无法证明在使用视网膜技术对用户进行检测时，是否对用户的健康有影响还需进一步确实。

5.5掌静脉识别

用掌静脉进行身份认证时，获取的是手掌内部的静脉图像特征，而不是手掌表面的图像特征。因此，掌静脉识别不同于指纹识别，它不存在因为手掌表面的损伤、磨损、干燥或太湿等带来的识别障碍。另外，和人脸识别技术相比，掌静脉识别时摄像机应对不同光照环境、双胞胎和化妆等问题时人工智能算法更加容易自我学习和调整。但它也存在一些缺点：（1）手背静脉的永久性尚未得到证实。（2）存在无法成功注册登记的可能。（3）采集设备要求特殊，相关设计比其它生物特征获取设备复杂，价格高，难于推广。（4）由于优秀的人工智能算法不多，只有极少数厂商能应对海量掌静脉数据的瞬时比对。

5.6人耳识别

人耳识别有基于二维图像的人耳识别、基于3D的人耳识别和耳纹识别。人耳识别和常用的几种生理特征识别技术相比有以下几个优势：（1）人耳识别相比于虹膜识别方法其人耳图像的获取更加便捷。（2）和人脸识别方法比较，人耳获取的图像要小很多，相应颜色也比较一致，因此对数据的处理量更小，更方便。另外，人耳识别方法不像人脸识别会因脸部化妆、表情等变化而受到影响。（3）相比指纹识别接触式的获取方式，人耳图像非接触式的采集方法更容易让人接受。

5.7红外温谱图

由红外设备获取能够反映人身体各个部位热量值的图像称为温谱图。获取温谱图的方法和拍摄普通照片的方法类似，它的采集是非接触式的，非常隐蔽的，更不具侵犯性，所以它的可接受性是比较高的。然而人体的温谱值不是恒定不变的，它会受外界环境的变化而发生变化。

5.8基因识别

基因识别的特点简单点来说就是唯一性、强识别性和防伪。但是它最大的优点也是最让人担忧的，因为在制作“基因身份证”时可以测出这个人基因有哪些缺陷，有哪些疾病易感基因等，这些都涉及到个人隐私和伦理上的问题。所以基因识别的可接受性还有待商榷。目前基因识别是在特定实验室完成的，耗时较长，和其它生物特征识别技术比起来在便利性和及时性方面是处于劣势的。

6基于行为特征的生物特征识别技术

6.1签名识别

签名被认为是身份识别的最广泛的行为特征之一，是人类最常见的确认他们的身份的社会和法律认可的方式之一。相关的写作习惯是在儿童时期养成的，它们主要受视觉知觉、协调、灵巧、成长、写作系统、社会关系、写作频率、教育和民俗等几个参数的影响[1]。因此一个人的签名不是一生中都固定不变的，这为签名识别的准确率提高了难度。

6.2步态识别

步态识别在生物特征识别技术研究中算是起步较晚的，目前基于步态的身份识别还只是起步阶段。和人脸识别不同的是，步态识别不只是采集到人脸图像就行，它是要采集到步态图像的序列，因此它处理的数据量比人脸识别要大很多，应用到的算法也复杂许多。步态识别的采集装置只需要一个监控摄像头就行，简单、经济。它对采集的距离要求比人脸识别低，只要能看清走路的姿态就行，甚至可以背离摄像机，这是人脸识别所不能的；另外它也不需要像人脸识别那样具备较好的光照条件，因此使用起来较为方便。

6.3声音识别

声音识别与其他生物特征相比优势在于：（1）声音提取方便，可在不知不觉中完成，可接受性强。（2）获取声音的设备简单方便，比如麦克风，价格相对比较低廉。（3）和其它生物特征身份识别相比可以实现远程身份辨认，比如通过手机或麦克风可以实现网络远程登录。当然声音识别也有一些缺点：（1）声音在人不同的年龄或是身体状况、情绪等情况下获取会有所差别。（2）不同的采集设备或采用不同的信道对声音识别也会有影响。（3）环境噪音对识别有于扰。（4）混合说话情形下，人的声音特征不易提取。（5）同一个人的磁带录音也能欺骗语音识别系统。

7总结

在上述生物特征识别技术中，每种识别技术都各自有优缺点，在应用上难免会出现一些问题。所以，在一些安全等级要求较高的应用场景当中，往往会采用两种甚至多种生物特征识别技术进行验证[2]。随着物联网时代的到来，生物识别将拥有更为广阔的市场前景。

参考文献

[1]曾晓云.基于探测网格的离线签名认证方法[J].现代信息科技,2019,3(23):90-92.

[2]李徐周.生物特征识别技术的发展与应用[J].山东省青年管理干部学院学报,2004(1):141-143.

作者：曾晓云 焦涛 单位：扬州市职业大学