标题:生物识别与指纹识别的应用和发展
作者:互联网
日期:2008-09-28 00:00:00
内容:

    生物特征识别技术正在成为一个蓬勃发展的领域,成为计算机工业的一个重要应用方向;指纹识别技术则是其中最具有吸引力的方向,也是技术竞争最为激烈的方向。生物特征识别技术
 近年来,一些发达国家已把生物特征识别技术,从研究阶段转向应用阶段,我国一些研究机构和企业也相继开展了这方面的研究开发工作,并陆续推出实用化的系统和产品,而且竞争十分激烈。这种竞争既是国内的竞争,也是一项国际性的技术竞争。
 随着人类社会的发展,身份的识别和验证在各个领域的应用越来越重要,而且已在社会的各个方面日益得到应用。其中,传统的身份鉴定手段有基于特定持有物的,如身份证、信用卡、钥匙、工作证等;有基于特定知识的,如口令、密码、暗语等。在很多场合需要将这两种方法相结合,如在ATM机取款时,你不仅需要信用卡,还需要知道密码。
但传统方法的缺点是,特定持有物或知识易丢失、被盗、遗忘或没有携带。使用特定知识又存在记忆上的问题。人们很难记住复杂的密码,简单的密码,如生日、电话号码等又很容易被猜到或破译。据估计有25%可以从信用卡的表面看到信用卡的密码。其次,它与用户并不唯一绑定,一旦别人获得了这些持有物或知识,他将拥有同失主同样的权利。
 生物特征识别技术的发展和实际应用水平的提高,就为身份的认证和识别提供了先进的技术手段。所谓生物特征识别(Biometrics)技术,系指利用人体所固有的生理特征(Physiological characteristics)或行为特征(Behavioral characteristics)来进行个人身份鉴定。
 生理特征是指对人体某部分进行直接测量所获得的数据。一些代表性的生理特征  指纹、人像、虹膜、视网膜等;行为特征是对个人习惯性动作的度量,是对人体特征的间接性测量。一些代表性的行为特征包括声纹、击键习惯、签名等。生理特征和行为特征的区分是人工给定的,在很多场合,二者之间的界限可能不十分严格。而最常用的生物特征识别技术有指纹、人像、声纹、虹膜、视网膜、掌形、签名、击键习惯、掌纹等。还有一些技术因为使用的不方便或不成熟而缺乏商业价值。这些技术包括DNA、耳型、气味、手背血管纹路、步态、指型、手指甲纹理等。与传统的身份鉴定手段相比,生物特征识别技术具有以下特点:
 生物特征是人体所固有的特征,具有随身性,不易遗忘或丢失,使用方便;生物特征与人体是唯一绑定的,防伪性好,不易伪造或被盗。在很多应用场合,生物特征鉴定技术具有传统的身份鉴定手段无法比拟的优点。如指纹考勤,可防止代打卡的情况;又如身份证,如果嵌入指纹,可有效防止身份证的仿制和伪造问题。系统尽管有各种各样的加密算法和手段来保证网络上数据传递的安全。但所有的加密算法都是基于密码的。因此在计算机和网络上,密码代表了几乎一切的权利。拥有了一个用户的密码,就拥有了他的全部权限。但密码最大的问题是它与用户并不唯一绑定,实际上我们根本无法知道密码输入者的真实身份。
  其次,我们必须记忆愈来愈多的密码,如信用卡密码、开机口令、网络登录口令、E-mail账户密码、电子交易密码等等,这些密码的记忆成为一个问题。密码太复杂,容易遗忘;密码太简单,又容易被盗和破译。如常使用口令,生日、电话号码、人名等密码。这些密码的使用隐藏着极大的安全隐患,容易被破译和猜测。
 采用生物特征识别技术,可不必再记忆和设置密码,对重要的文件、数据和交易都可以利用它进行安全的加密,有效地防止恶意盗用,使用更加方便。利用这项技术可开发出保证电子商务安全的重要门卫――基于生物特征识别技术的计算机网络身份鉴别系统:当有人需要访问计算机系统时,他首先需要将自己的生物特征送到该系统上去验证,以获得访问某系统的权
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限。计算机网络身份鉴别系统,通过联机实现生物特征信息的搜索与处理,可实时快速地获取鉴别结果。这种新方法将在信息社会中起到越来越重要的作用。
               
由此可见,人体生物特征识别技术是一项实用性很强的高新技术,随着社会信息化的进一步发展,对身份识别认证的要求越来越高,该项技术的重要性也日益凸现出来。但是,既然生物特征识别技术,涉及到硬件设备,在特征提取算法和匹配识别算法上,是一项技术难度很大的研发项目。因此,在生物特征鉴定技术也不可避免的会存在一些缺点和问题。首先是指纹采集系统不可避免的会存在一些缺点和问题。拒识率即所谓的错误拒绝,误识率即所谓的错误接受,错误认定了待验用户的身份。因此,除了提高匹配的准确性外,在很多场合要提供补充的方案,以弥补系统的某些不足之处。同传统的方法相比,生物特征识别技术,实际上更加安全可靠;拒识和误识在传统的身份鉴定手段中更为常见。以钥匙为例,我们可能丢失它而不能进家门,这就是拒识;同样,别人可能拿着钥匙打开我们的门,这就是误识。密码等也有同样的问题。
 另外,在价格上也是一个问题。生物特征识别技术一般都需要较好的信号采集设备和计算平台。尽管价格已有较大程度的下降,但仍然比传统的手段要昂贵。
 指纹识别技术的发展
     指纹识别技术是通过计算机实现的身份识别手段,也是当今应用最为广泛的生物特征识别技术。在过去主要应用于刑侦系统。近几年来已逐渐走向民用市场。同时,民用市场也对指纹识别技术提出了具有小型化、廉价的指纹采集设备,高速计算平台,更高的识别准确率的要求,以满足各种不同应用的需求。
     据考古发现,公元前7000―6000年,古代的亚述人和中国人就意识到了指纹的特点,并使用指纹作为身份的象征,19世纪中叶开始了对指纹在科学意义上的研究,并得出两个重要结论:一是没有任何两个手指指纹的纹线形态一致;二是指纹纹线的形态终生不变。从而这些研究使一些政府开始使用指纹进行罪犯鉴别,如阿根廷在1896年,苏格兰在1901年,其他一些国家在20世纪初期也纷纷引入指纹技术鉴定罪犯。20世纪60年代起用计算机自动识别指纹,同时刑侦用的指纹自动识别系统(AFIS)逐渐在全球开始了广泛应用。而这时的指纹采集一般都采用油墨捺印的方式。
 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,如居民身份证等。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。从此,人们对指纹识别技术的研究,对指纹的性质也有了进一步的认识。因此,指纹也就是成为当之无愧的“物证之首选”的应用对象。
   指纹的特征系指手指表面由交替的“脊”(ridges)和“沟”(valleys)组成的平滑纹理模式,其形成取决于胚胎中形成手指表皮部分的初始环境,有很强的随机性。一枚指纹的特征被用来区分与其他不同的指纹。其中端点和分叉点是最为常用的特征。在算法是都要记录它们的位置和方向,中心点和三角点在刑侦系统中普遍使用,而在民用系统中并不常用。因为这些应用中所使用的采集器往往面积小,较难完整地采集到中心点和三角点。交叉和小岛由于计算机上的困难,在实际系统中往往不予采用。有人曾提出用汗腺孔来进行指纹识别,但这种方法要求指纹采集设备要有非常高的分辨率,所以在实际系统中没有采用。
 指纹采集器,目前常用的指纹采集设备有三种,光学式、硅芯片式、超声波式。其中,光学指纹采集器是最早的指纹采集器,是使用最为普遍的,也
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出现了用光栅式镜头替换棱镜和透镜系统的采集器。光电转换的CCD器件有的已经换成了CMOS成像器件,从而省略了图像采集卡直接得到数字图像。
光学指纹采集器具有使用时间长;对温度等环境因素的适应能力强;分辨率较高的优点。但是由于受光路限制,无畸变型采集器尺寸较大。通常有较严重的光学畸变;采集窗口表面往往有痕迹遗留现象。CCD器件可能因寿命老化,有降低图像质量等缺陷。
硅芯片式指纹采集器出现于90年代末。大部分硅芯片测量手指表面与芯片表面的直流电容场。这个电容场经A/D转换后成为灰度数字图像。但Authentec公司的芯片可以测量手指真皮层的交流电容。其优点是图像质量较好;尺寸较小,容易集成到其他设备中去。其缺点是耐用性和环境适应性差,尤其在一些较恶劣的环境下,抗静电能力、抗腐蚀能力、抗压力等方面的不足;图像面积小,可能降低识别的准确性,并导致用户使用的不方便。总之,硅芯片采集器现在尚不成熟,但可能是未来的方向。
 超声波式指纹采集器:可能是最准确的指纹采集器。目前,在技术上尚不成熟,这种采集器发射超声波,根据经过手指表面,采集器表面和空气的回波来测量反射距离,从而可以得到手指表面凹凸不平的图像。超声波可以穿透灰尘和汗渍等,从而得到优质的图像。由于该产品尚未大量使用,因此,很难准确评价它的性能。然而一些实验性的应用指出,这种采集器具有优越的性能。它吸收了光学采集器和硅芯片采集器的长处,如图像面积大,使用方便,耐用性好的优点等。
 指纹识别过程:具有登记过程和识别两过程,用户需要先采集指纹,然后计算机系统自动进行特征提取,提取后的特征将作为模板保存在数据库或其他指定的地方。在识别或验证阶段,用户首先要采集指纹,然后计算机系统自动进行特征提取,提取后的待验特征将与数据库中的模板进行比对,并给出比对结果。在很多场合,用户可能要输入其他的一些辅助信息,以帮助系统进行匹配,如帐号、用户名等。这是个通用过程,对所有的生物特征识别技术都适用。
 指纹识别技术的评价标准:主要是拒登率(FTE)、拒识率(FRR)、误识率(FAR)、相等错误率(EER)。尽管不少指纹验证技术的提供厂商,通常宣称他们的产品可以达到的指标为FRR<0.01%,FAR<0.001%。但从公开发表的学术论文和权威性的测试看,这样的指标很难达到。
2000年8月,公安部一所组织了一次测试,涉及国内外20多家单位参加,测试结果和排名未对外正式公布。汉王的指标为FTE=0.54%,EER=1.82%,位居前列,并获准向其提供指纹识别技术。在技术上达到当时国际先进水平,达到实用化水平。
 行业标准:标准对行业至关重要,标准的出现意味着技术的成熟和广泛应用的开始。在美国,FBI和NIST等机构曾制定了大量的指纹技术标准,这些标准包括指纹图像的压缩标准、指纹图像和特征数据的公共交换格式标准等。为广泛开展应用,我国公安部也制定了一系列指纹技术标准,这些标准涵盖了图像压缩、数据交换格式、网络传输规范、采集技术规范等。而这些标准都是针对刑侦系统的。它对民用指纹系统有很好的参考作用,但很难直接应用到身份验证的民用系统中。
   一些国际组织已经开始制定一些标准,以推动指纹技术更广泛的开展应用。典型的如BioAPI Consortium,它已经制定了一些有关的标准(生物特征识别技术的应用开发接口标准,
 BioAPI),以推动生物特征验证技术在计算机操作系统、网络和电子商务等方面的应用。可能对不同的应用都需要有不同的专业性标准。目前还缺乏完善的标准来支持不同类型的应用.
指纹识别技术
  生物特征识别是一种计算机识别技术,可根据指纹、虹膜、掌纹、脸型、DNA等生物特征,通过多指纹识别算法,在较短时间内完成对任
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何人的身份认证。指纹识别属于生物特征识别的一种,通过采集指纹图像进行匹配识别,确定或确认指纹所有人身份的生物特征识别技术,其基本原理是通过取像设备读取指纹图像,然后用计算机识别软件,提取指纹的特征数据,最后通过匹配算法获得识别结果。
  由于人体指纹具有不变性和唯一性,所以指纹识别技术成为应用最广泛的识别技术。因此,采用指纹识别技术进行身份验证是安全可靠的系统,它可以取代传统的基于密码、钥匙和证件的安全系统,而且不需记忆密码,无需携带证件,指纹就是身份证明。近年来,在世界范围指纹识别技术的应用以爆炸性速度增长,如上海正推行的社会保险指纹身份验证系统,香港推行的指纹特征的电子身份证等,而且向更广阔的领域开展应用。
 指纹识别技术,主要用于个人身份鉴定,可广泛用于考勤、门禁控制、PC登录认证、私人数据安全、电子商务安全、网络数据安全、身份证件、信用卡、机场安全检查,刑事侦破与罪犯缉捕等。目前已推出新一代指纹考勤系统、滚动指纹采集系统等,并已得到一定程度的应用。特别是指纹考勤系统,充分体现了现代先进的管理思想,利用指纹进行考勤不仅解决了出勤和严格了上下班制度问题,而且考勤系统推向市场以来,在一些用户中产生良好反响,指纹考勤制度的推行,取得了比较好的经济效益,凡使用指纹考勤机的单位都认为,指纹考勤制度的推行,不仅建立了好的上下班秩序,而且树立了先进管理理念,解决了多年来采用其它考勤方式,所没有解决的弊端问题,大大显示了指纹考勤的威力和其优越性。
 随着指纹识别技术的成熟并产业化,可广泛用于“金盾工程”、银行、证券、高考身份验证、社会养老保险身份验证、指纹门禁锁等领域,它的推广将具有很大社会效益和经济效益,具有广阔的市场应用前景。
指纹识别技术的应用
  指纹识别属于生物特征的一种,通过摄像头提取指纹图像,输入计算机,再通过一系列复杂的图像处理和模式识别算法对指纹进行识别,完成身份证过程,可广泛用于上下班指纹考勤,安全保密,防伪认证,公安刑事侦破、指纹门禁、银行、社会养老保险以及凡是需要用于身份认证的单位和部门。由于信息技术的发展,所面临的金融安全、刑事侦察破案的要求等多方面的需要。传统的以密码为特征的身份认证技术越来越满足不了这些行业安全性的要求,在这种情况下,采用生物识别技术进行身份认证,是我国实施安全保密措施的必然要求。通过建立人体生物特征数据库,在公安、金融、军队等行业领域开始采用这项技术,从而保障国家经济、军事、国防、保密部门的安全以及公民财产、人身安全不受侵犯。
 
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