搜索
自动识别技术第六章生物特征识别技术第六章生物特征识别技术生物特征识别技术概述生物识别技术原理虹膜识别指纹识别步态识别掌纹识别人脸识别生物识别技术指标一、生物特征识别技术概述无处不在的身份验证人的身份识别在现代社会变得越来越重要。如何证明你的身份？（设想你被警察拦下……）传统方法Whatyouhave身份证、暂住证、结婚证、工作证、护照……Whatyouknow密码、信息……传统身份鉴定技术传统身份鉴定技术是指基于特定持有物（如：身份证）和基于特定知识（如：密码）进行身份鉴定的一种技术。应用：通过信用卡和密码可以实现在ATM机上取款。传统方法的缺点特定持有物易丢失、被盗和遗忘。特定知识存在记忆上的问题。•密码太复杂，容易遗忘；•密码简单（如：生日、电话号码等），容易被破译和猜测。我们需要一种更加方便、有效、安全的身份识别技术。生物特征识别技术——BiometricsBio——生物Metrics——量度通过人体的生理特征（whatyouare）或行为特征（howyoudo）进行身份验证的技术。生物识别技术正成为信息处理及计算机工业的一个重要应用方向。生物识别技术是指通过可测量的身体或行为等生物特征进行身份认证的一种技术；而生物特征是指唯一的可以测量或可自动识别和验证的生理特征或行为方式。生理特征（whatyouare）手指，脸，手掌，手，足，虹膜，静脉……行为特征（howyoudo）步态，声音，敲击键盘，签名……人人拥有，人各不同！目前部分学者将视网膜识别、虹膜识别和指纹识别等归为高级生物识别技术；将掌型识别、脸型识别、语音识别和签名识别等归为次级生物识别技术；将血管纹理识别、人体气味识别、DNA识别等归为“深奥的”生物识别技术。生物识别技术的特点随身性：人体固有的特征，与人体是唯一绑定的。安全性：个人身份的最好证明，可以满足更高的安全需求。唯一性：每个人拥有的生物特征各不相同。稳定性：不会随时间等条件的变化而变化。广泛性：每个人都具有这种特征。方便性：不需记忆，不会遗失。可采集性：选择的生物特征易于测量。可接受性：使用者对所选择的个人生物特征及其应用愿意接受。基于以上特点，生物识别技术具有传统的身份鉴定手段无法比拟的优点。采用生物识别技术，可不必记忆和设置密码，对重要的文件、数据和交易都可以利用它进行安全加密，有效地防止恶意盗用，使用更加方便。现代信息技术为生物识别提供了非常雄厚的技术支持，各种先进的图像处理技术、计算机技术、网络技术得到了广泛的应用，从而使得基于数字信息技术的现代生物识别系统迅速发展起来。生物识别的技术核心在于如何获取这些生物特征，并转换为数字信息，存储于计算机中，利用可靠的匹配算法来完成验证与识别。所有生物识别系统都包括如下几个处理过程：采集、特征提取、比对和匹配。生物图像采集包括了高精度的扫描仪、摄像机等光学设备，以及基于电容、电场技术的晶体传感芯片、超声波扫描设备、红外线扫描设备等。在数字信息处理方面，高性能、低价格的数字信号处理器（DSP）已开始大量的应用于民用领域，其对于系统所采集的信息进行数字化处理的功能也越来越强。在比对和匹配技术方面，各种先进的算法技术不断的开发成功，大型数据库和分布式网络技术的发展，使得生物识别系统的应用得以顺利实现。一个优秀的生物识别系统要求能实时迅速有效地完成其识别过程，但不同的生物识别系统的采集方式以及计算机处理算法等都不一样。二、生物识别技术原理样本采集通过某种原理可以测量生物特征，并将其转化成计算机可以处理的数字信号。预处理目的主要是去除噪声，加强有用的信息，并对输入测量仪器或其他因素所造成的退化现象进行复原。特征抽取机器通过学习获取生物特征信号中能够凸显个性化差异的本质特征，从而实现身份的识别。特征匹配计算两个生物特征样本的特征模板之间的相似度。三、虹膜识别什么是虹膜？虹膜是指眼球中瞳孔和眼白之间的充满了丰富纹理信息的环形区域。每一个虹膜都包含一个独一无二的基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构。•瞳孔：虹膜中间直径2.5～4mm的圆孔。•眼球前部含色素的环形薄膜，由结缔组织细胞、肌纤维等构成，当中是瞳孔。•眼球的颜色由虹膜所含色素的多少决定。虹膜识别技术的工作原理捕捉虹膜的数据图像；为虹膜的图像分析准备过程；从虹膜的纹理或类型创造512字节的iriscode；使用iriscode模板用于确认。虹膜识别技术的特点高独特性几乎任何两个人（包括双胞胎）的虹膜都是不完全相同的，即使是同一个人左右眼的虹膜也存在一定的差异。高稳定性虹膜本身一般不易发病，可以保持几十年不变。良好的防伪性能要想精细地修改虹膜的表面结构特征，即使采用目前先进的眼科手术，也必须冒着视力损伤的危险。另外，利用虹膜本身有规律的震颤特性以及虹膜随光强度变化而缩放的特性，可以把假冒的虹膜图片区分开来。易接受性可以不与人体接触，甚至能够在人们没有觉察的情况下把虹膜图像拍摄下来。一般来说，人们可以通过三方面评价一种人体生物认证识别技术的好坏：安全性、实用性和公众能否接受。虹膜身份认证的可靠性高，认证的错误接受和错误拒绝率是最低的，虹膜在眼睛的内部，用外科手术很难改变其结构，由于瞳孔随光线的强弱变化，想用伪造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。虹膜认证可以不让受试者有犯罪感或被调查的感觉，在不接触状态下摄取图像，对人身没有侵犯，因而容易被公众接受。虹膜检测仪的发展第一代：纯光学仪器采用普通的放大镜，需要由外部环境光做光源，在普及过程中，配备了检测灯光。缺点：环境的光线不足对检测的影响很大。第二代：光学+电子仪器由光学部件组成虹膜仪的镜头，电子元件完成信号采集/转换、临时储存的功能，然后通过显示仪器显示出来。具备了更多功能，如定格功能；更换各种倍率的镜头，使虹膜仪具备照相、皮肤检测、头发检测的功能；配备小型LCD显示器的便携式仪器。第三代：光学+电子+计算机技术计算机的出现，使虹膜仪进入了智能时代。电脑自动诊察分析，不需要熟记虹谱图；可以储存客户档案、测试资料，并打印诊察报告；采用USB接口与计算机连接，无需外接电源，可配合手提电脑在各种环境下应用；开放式分析系统让使用者不断完善升级自己的系统。第四代：光学+电子+计算机技术+增加像素提高了像素，解决了图像失真的问题。虹膜识别技术，由于独特的优势，必然会成为未来社会的主流生物认证技术。未来的安全控制、海关进出口检验、电子商务等多种领域的应用，也会以虹膜识别技术为重点。虹膜识别系统自动收款机门禁系统……虹膜识别的应用国家级别军事基地、枪械库、核能设备、电脑机房、政府办公、资料保密……商用级别金融业、银行业、商业、保密机构、医疗记录……民用级别公司考勤、学校管理、社区控制、门禁、电子商务……四、指纹识别指纹识别技术把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证其真实身份。识别指纹总体特征纹形：环型（又称斗形）、弓形、螺旋形模式区：指纹上包括了总体特征的区域。核心点：在读取指纹和比对指纹时作为参考点，位于指纹纹路的渐进中心。三角点：从核心点开始的第一个分叉点或者断点。纹数：模式区内指纹纹路的数量。指纹分类（指纹自动识别系统）弓形纹（弧形纹、帐形纹）箕形纹（左箕、右箕）斗形纹杂形纹指纹识别应用的发展阶段超声波指纹图像半导体电容式光学采集油墨+指纹卡超声波的反射信号根据指纹与半导体电容感应利用光的全反射来成像利用的是指纹“触物留痕”的特性油墨+指纹卡系统复杂程度高；硬件成本，运行环境要求程度高；使用和维护的成本较高。20世纪60年代起，主要应用于司法与刑侦领域。光学采集指纹的应用1980年后，随着个人计算机和光学指纹采集器的发明，指纹识别技术开始进入了一些非司法领域。1990年以后，廉价指纹采集器和计算设备的出现，解决了快速准确的匹配算法问题，使指纹识别技术走向了基于个人的应用。半导体指纹采集的应用电容传感器开创了指纹识别应用的新时代。电容传感器始于1998年，属半导体传感器的一种。半导体指纹传感器还包括半导体压感式传感器、半导体温度感应传感器等，其中，应用最广泛的是半导体电容式指纹传感器。体积更小，速度更快，系统复杂度降低。超声波录入技术手指在放在玻璃台板上，超声波扫描开始时会听到蜂鸣声并感觉到震动。由于使用了声波，因此，在录入图像时，手指不必直接接触台板。指纹识别系统的发展第一代指纹识别系统属于光学识别系统光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层（死性皮肤层），所以只能够扫描手指皮肤的表面，或者扫描到死性皮肤层，但不能深入真皮层。第二代电容式传感器电容传感器技术是采用了交替命令的传感器电板。交替板的形式是两个电容板，以及指纹的山谷和山脊成为板之间的电介质。两者之间的恒量电介质的传感器检测变化生成指纹图像。第三代生物射频指纹识别技术通过传感器本身发射出微量射频信号，穿透手指的表皮层去探测里层的纹路，来获得最佳的指纹图像。指纹图像特征提取平均每个指纹都有几个独一无二可测量的特征点，每个特征点都有大约七个特征，十个手指产生最少4900个独立可测量的特征点，足以确认指纹识别的可靠性。最常见的指纹局部特征包括纹线端点、分叉点和短纹（孤立点）。局部特征和模式在指纹分析中都非常重要，由于这些特征，没有两个指纹是相同的。指纹识别的优点专一性强，复杂程度高；可靠性高；速度快、使用方便；设备小、价格低。指纹识别的缺点某些人或某些群体的指纹因为指纹特征很少，故而很难成像。指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。五、步态识别步态：人走路的姿势。步态特征的稳定性、唯一性较低。步态识别突出的优点在于可以远距离获取。应用犯罪分子追踪家庭防盗物品防盗系统……六、掌纹识别掌纹含有大量的信息可用于身份鉴别。人宽阔的手掌皮肤表面有丰富的纹路结构，包括主线、皱纹线、脊线、奇异点、纹理等图像特征，这些特征都是人各有异、和基因无关。以三维空间测试手掌的形状、四指的长度、手掌的宽度及厚度、各手指的两个关节部分的宽与高等作为辨别的条件。掌纹识别技术特点对硬件要求低识别精度高采集非接触移动身份识别计算速度快七、人脸识别识别什么？脸形，面部器官结构——国田由用，目甲风申皮肤和肤色——光滑/粗糙，黝黑/白皙局部特性——黑痣，刀疤，鹰勾鼻子，独眼龙动态特征——酒窝，皱纹人世间找不两张完全一样的脸！人脸是人类赖以区分不同人的基本途径。谁决定了你的长相？基因+成长环境——双胞胎、夫妻相世间一切尽在脸上！人脸识别是指人的面部五官以及轮廓的分布。这些分布特征因人而异，与生俱来。相对于其他生物识别技术，人脸识别具有非侵扰性，无需干扰人们的正常行为就能较好地达到识别效果。由于采用人脸识别技术的设备可以随意安放，设备的安放隐蔽性非常好，能远距离非接触快速锁定目标识别对象，因此被国外广泛应用到公众安防系统中，应用规模庞大。生物识别技术比较误认率拒认率易用性处理速度/人评价人脸识别低0.2非常好1秒最好的生物识别技术指纹识别很低5%好5秒较好的生物识别技术掌纹识别低5%使用困难5-15秒易传染细菌，采样困难，设备昂贵瞳孔扫描很低10%需培训后使用，操作难度大仪器对准需3-5秒，手工要5-25秒。仪器对准价格昂贵，手工操作复杂，且不适用于隐形眼睛用者声音识别一般一般一般3秒可能被磁带欺骗人脸识别技术特点快速、非侵扰人脸识别技术有快速、简便、非侵扰和不需要人的被动配合的特点。其它人体生物特征识别技术对人们来说都是一种干扰，都需要人的被动配合。人脸识别无需干扰人们的行为，你只需要很快从一架摄像机前走过，你的面貌就已经被快速地采集和检验，所以非常简便。准确、直观人脸识别技术有良好的防