指紋識別

原理

指紋是手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路。盡管指紋只是人體皮膚的小部分,但是,它蘊涵著(zhù)大量的信息。指紋特征可分為兩類(lèi):總體特征和局部特征。

總體特征指那些用人眼直接就可以觀(guān)察到的特征,包括基本紋路圖案、模式區、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、式樣線(xiàn)和紋線(xiàn)等�；�本紋路圖案有環(huán)形、弓形、螺旋形。

局部特征即指紋上節點(diǎn)的特征,這些具有某種特征的節點(diǎn)稱(chēng)為特征點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會(huì )具有相同的總體特征,但它們的局部特征——特征點(diǎn),卻不可能完全相同。指紋上的特征點(diǎn),即指紋紋路上的終結點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉折點(diǎn)。
指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來(lái)進(jìn)行分類(lèi),再用局部特征如位置和方向等來(lái)進(jìn)行用戶(hù)身份識別。

通常,首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點(diǎn)”(minutiae),然后根據特征點(diǎn)的特性建立用戶(hù)活體指紋的數字表示——指紋特征數據(一種單向的轉換,可以從指紋圖像轉換成特征數據但不能從特征數據轉換成為指紋圖像)。

由于兩枚不同的指紋不會(huì )產(chǎn)生相同的特征數據,所以通過(guò)對所采集到的指紋圖像的特征數據和存放在數據庫中的指紋特征數據進(jìn)行模式匹配,計算出它們的相似程度,最終得到兩個(gè)指紋的匹配結果,根據匹配結果來(lái)鑒別用戶(hù)身份。由于每個(gè)人的指紋不同,就是同一人的十指之間,指紋也有明顯區別,因此指紋可用于身份鑒定。

優(yōu)點(diǎn)

1)指紋是人體獨一無(wú)二的特征,并且它們的復雜度足以提供用于鑒別的足夠特征。

2)如果想要增加可靠性,只需登記更多的指紋,鑒別更多的手指,最多可以達到十個(gè),而每一個(gè)指紋都是獨一無(wú)二的。

3)掃描指紋的速度很快,使用非常方便。

4)讀取指紋時(shí),用戶(hù)必須將手指與指紋采集頭互相接觸,與指紋采集頭直接接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法,這也是指紋識別技術(shù)能夠占領(lǐng)大部分市場(chǎng)的一個(gè)主要原因。

5)指紋采集頭可以更加小型化,并且價(jià)格會(huì )更加低廉。

缺點(diǎn)

1)某些人或某些群體的指紋因為指紋特征很少,故而很難成像。

2)過(guò)去因為在犯罪記錄中使用指紋,使得某些人害怕“將指紋記錄在案”。然而,實(shí)際上現在的指紋鑒別技術(shù)都可以保證不存儲任何含有指紋圖像的數據,而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數據。

3)每一次使用指紋時(shí)都會(huì )在指紋采集頭上留下用戶(hù)的指紋印痕,而這些指紋痕跡存在被用來(lái)復制指紋的可能性。
可見(jiàn),指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的生物識別技術(shù)解決方案,市場(chǎng)應用有著(zhù)很大的潛力。

聲音識別

 原理

所謂聲紋(Voiceprint),是用電聲學(xué)儀器顯示的攜帶言語(yǔ)信息的聲波頻譜。人類(lèi)語(yǔ)言的產(chǎn)生是人體語(yǔ)言中樞與發(fā)音器官之間一個(gè)復雜的生理物理過(guò)程,人在講話(huà)時(shí)使用的發(fā)聲器官--舌、牙齒、喉頭、肺、鼻腔在尺寸和形態(tài)方面每個(gè)人的差異很大,所以任何兩個(gè)人的聲紋圖譜都有差異。每個(gè)人的語(yǔ)音聲學(xué)特征既有相對穩定性,又有變異性,不是絕對的、一成不變的。

這種變異可來(lái)自生理、病理、心理、模擬、偽裝,也與環(huán)境干擾有關(guān)。盡管如此,由于每個(gè)人的發(fā)音器官都不盡相同,因此在一般情況下,人們仍能區別不同的人的聲音或判斷是否是同一人的聲音。

優(yōu)缺點(diǎn)

聲紋識別的應用有一些缺點(diǎn),比如同一個(gè)人的聲音具有易變性,易受身體狀況、年齡、情緒等的影響；比如不同的麥克風(fēng)和信道對識別性能有影響；比如環(huán)境噪音對識別有干擾；又比如混合說(shuō)話(huà)人的情形下人的聲紋特征不易提取。

盡管如此,與其他生物特征相比,聲紋識別的應用有一些特殊的優(yōu)勢:

1)蘊含聲紋特征的語(yǔ)音獲取方便、自然,聲紋提取可在不知不覺(jué)中完成,因此使用者的接受程度也高；
2)獲取語(yǔ)音的識別成本低廉,使用簡(jiǎn)單,一個(gè)麥克風(fēng)即可,在使用通訊設備時(shí)更無(wú)需額外的錄音設備；
3)適合遠程身份確認,只需要一個(gè)麥克風(fēng)或電話(huà)、手機就可以通過(guò)網(wǎng)路(通訊網(wǎng)絡(luò )或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò ))實(shí)現遠程登錄；
4)聲紋辨認和確認的算法復雜度低；
5)配合一些其他措施,如通過(guò)語(yǔ)音識別進(jìn)行內容鑒別等,可以提高準確率；……等等。這些優(yōu)勢使得聲紋識別的應用越來(lái)越收到系統開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)青睞,聲紋識別的世界市場(chǎng)占有率15.8%,僅次于指紋和掌紋的生物特征識別,并有不斷上升的趨勢。

視網(wǎng)膜識別

視網(wǎng)膜是眼睛底部的血液細胞層。視網(wǎng)膜掃描是采用低密度的紅外線(xiàn)去捕捉視網(wǎng)膜的獨特特征,血液細胞的唯一模式就因此被捕捉下來(lái)。

視網(wǎng)膜是一些位于眼球后部十分細小的神經(jīng)(一英寸的 1/50),它是人眼感受光線(xiàn)并將信息通過(guò)視神經(jīng)傳給大腦的重要器官,它同膠片的功能有些類(lèi)似,用于生物識別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周?chē)?即視網(wǎng)膜四層細胞的最遠處。

優(yōu)點(diǎn)

1)視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征,因為它是“隱藏“的,故而不可能磨損,老化或是為疾病影響

2)使用者不需要和設備進(jìn)行直接的接觸

3)是一個(gè)最難欺騙的系統因為視網(wǎng)膜是不可見(jiàn)的,故而不會(huì )被偽造。

缺點(diǎn)

1)視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過(guò)任何測試

2)很明顯,視網(wǎng)膜技術(shù)可能會(huì )給使用者帶來(lái)健康的損壞,這需要進(jìn)一步的研究

3)對于消費者,視網(wǎng)膜技術(shù)沒(méi)有吸引力

4)很難進(jìn)一步降低它的成本

虹膜識別

原理

1)捕捉虹膜的數據圖像

2)為虹膜的圖像分析準備過(guò)程

3)從虹膜的紋理或類(lèi)型創(chuàng )造512字節的iriscode

4)使用iriscode模板用于確認。

在當今世界,虹膜識別仍被公認為是識別精度最高的生物識別系統。

生物測定學(xué)是一種技術(shù),這種技術(shù)是將獨特的人體特征(諸如面部特征、聲音,指紋特征等)翻譯成數字編碼,這種編碼可以識別、檢驗身份。

而虹膜識別技術(shù)通過(guò)人體獨一無(wú)二眼睛虹膜的特征來(lái)識別身份,虹膜特征匹配的準確性甚至超過(guò)了DNA匹配。
這種技術(shù)在生物測定行業(yè)已經(jīng)被廣泛認為是目前精確度、穩定性、可升級性最高的身份識別系統。

優(yōu)點(diǎn)

1)便于用戶(hù)使用；
2)可能會(huì )是最可靠的生物識別技術(shù)；
3)不需物理的接觸；
4)可靠性高。

快捷方便:擁有本系統,不需要攜帶任何證件,就能實(shí)現門(mén)控,可單向亦可雙向；既可以被授權控制一扇門(mén),也可以控制開(kāi)啟多扇門(mén)；

授權靈活:本系統根據管理的需要,可任意調整用戶(hù)權限,隨時(shí)了解用戶(hù)動(dòng)態(tài),包括客戶(hù)身份、操作地點(diǎn)、功能及時(shí)間次序等,實(shí)現實(shí)時(shí)智能管理；

無(wú)法復制:本系統以虹膜信息為密碼,不可復制；且每一次活動(dòng),都可自動(dòng)記錄,便于追溯、查詢(xún),非法情況則自動(dòng)報警；

配置靈活多樣:使用人和管理者可根據自身喜好、需要或場(chǎng)合的不同,設定不同的安裝及運行方式。比如在大堂等公共場(chǎng)所,可以只采用輸入密碼的方式,但在重要場(chǎng)合,則禁止使用密碼,只采用虹膜識別方式,當然也可以?xún)煞N方式同時(shí)使用；

投入少、免維護:裝配本系統可以保留原來(lái)的鎖,但其機械運動(dòng)件減少,且運動(dòng)幅度小,門(mén)栓的壽命更長(cháng)；系統免維護,并可隨時(shí)擴充、升級,無(wú)須重新購置設備。長(cháng)遠來(lái)看,效益顯著(zhù),并可使管理檔次大大的提高。

應用行業(yè)廣泛:廣泛應用于煤礦、銀行、監獄、門(mén)禁、社保、醫療等多種行業(yè)

缺點(diǎn)

1)很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；

2)設備造價(jià)高,無(wú)法大范圍推廣；

4)鏡頭可能產(chǎn)生圖像畸變而使可靠性降低；

5)兩大模塊:硬件和軟件；

6)一個(gè)自動(dòng)虹膜識別系統包含硬件和軟件兩大模塊:虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應于圖像獲取和模式匹配這兩個(gè)基本問(wèn)題。

面部識別

原理

人臉識別技術(shù)中被廣泛采用的區域特征分析算法,它融合了計算機圖像處理技術(shù)與生物統計學(xué)原理于一體,利用計算機圖像處理技術(shù)從視頻中提取人像特征點(diǎn),利用生物統計學(xué)的原理進(jìn)行分析建立數學(xué)模型,即人臉特征模板。利用已建成的人臉特征模板與被測者的面像進(jìn)行特征分析,根據分析的結果來(lái)給出一個(gè)相似值。通過(guò)這個(gè)值即可確定是否為同一人。

優(yōu)勢

1)人臉識別作為一種新興的生物特征識別技術(shù)(Biometrics),與虹膜識別、指紋掃描、掌形掃描等技術(shù)相比,人臉識別技術(shù)在應用方面具有獨到的優(yōu)勢:

2)使用方便,用戶(hù)接受度高人臉識別技術(shù)使用通用的攝像機作為識別信息獲取裝置,以非接觸的方式在識別對象未察覺(jué)的情況下完成識別過(guò)程。

3)直觀(guān)性突出人臉識別技術(shù)所使用的依據是人的面部圖像,而人臉無(wú)疑是肉眼能夠判別的最直觀(guān)的信息源,方便人工確認、審計,“以貌取人”符合人的認知規律。

識別精確度高,速度快與其它生物識別技術(shù)相比,人臉識別技術(shù)的識別精度處于較高的水平,誤識率、拒認率較低。
 

不易仿冒在安全性要求高的應用場(chǎng)合,人臉識別技術(shù)要求識別對象必須親臨識別現場(chǎng),他人難以仿冒。人臉識別技術(shù)所獨具的活性判別能力保證了他人無(wú)法以非活性的照片、木偶、蠟像來(lái)欺騙識別系統。這是指紋等生物特征識別技術(shù)所很難做到的。舉例來(lái)說(shuō),用合法用戶(hù)的斷指即可仿冒合法用戶(hù)的身份而使識別系統無(wú)從覺(jué)察。
使用通用性設備人臉識別技術(shù)所使用的設備為一般的PC、攝像機等常規設備,由于計算機、閉路電視監控系統等已經(jīng)得到了廣泛的應用,因此對于多數用戶(hù)而言使用人臉識別技術(shù)無(wú)需添置大量專(zhuān)用設備,從而既保護了用戶(hù)的原有投資又擴展了用戶(hù)已有設備的功能,滿(mǎn)足了用戶(hù)安全防范的需求。

基礎資料易于獲得人臉識別技術(shù)所采用的依據是人臉照片或實(shí)時(shí)攝取的人臉圖像,因而無(wú)疑是最容易獲得的。

成本較低,易于推廣使用由于人臉識別技術(shù)所使用的是常規通用設備,價(jià)格均在一般用戶(hù)可接受的范圍之內,與其它生物識別技術(shù)相比,人臉識別產(chǎn)品具有很高的性能價(jià)格比。

概括地說(shuō),人臉識別技術(shù)是一種高精度、易于使用、穩定性高、難仿冒、性?xún)r(jià)比高的生物特征識別技術(shù),具有極其廣闊的市場(chǎng)應用前景。

缺點(diǎn)

面部識別被認為是生物特征識別領(lǐng)域甚至人工智能領(lǐng)域最困難的研究課題之一。面部識別的困難主要是面部作為生物特征的特點(diǎn)所帶來(lái)的。

相似性不同個(gè)體之間的區別不大,所有的面部的結構都相似,甚至面部器官的結構外形都很相似。這樣的特點(diǎn)對于利用面部進(jìn)行定位是有利的,但是對于利用面部區分人類(lèi)個(gè)體是不利的。
易變性面部的外形很不穩定,人可以通過(guò)臉部的變化產(chǎn)生很多表情,而在不同觀(guān)察角度,面部的視覺(jué)圖像也相差很大,另外,面部識別還受光照條件(例如白天和夜晚,室內和室外等)、面部的很多遮蓋物(例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等)、年齡等多方面因素的影響。

在面部識別中,第一類(lèi)的變化是應該放大而作為區分個(gè)體的標準的,而第二類(lèi)的變化應該消除,因為它們可以代表同一個(gè)個(gè)體。通常稱(chēng)第一類(lèi)變化為類(lèi)間變化,而稱(chēng)第二類(lèi)變化為類(lèi)內變化。對于面部,類(lèi)內變化往往大于類(lèi)間變化,從而使在受類(lèi)內變化干擾的情況下利用類(lèi)間變化區分個(gè)體變得異常困難。

靜脈識別

主要是利用靜脈血管的結構來(lái)進(jìn)行身份識別。由于靜脈紋絡(luò )包含大量的特征信息,可以作為驗證的對象。
手掌靜脈識別的原理也是利用靜脈血管與肌肉、骨骸之間對特定波長(cháng)紅外光不同的吸收特性來(lái)進(jìn)行靜脈血管造影。

與手掌靜脈識別的原理相同。由于手掌較厚,紅外光通常無(wú)法進(jìn)行透射,因而只能采用反射造影法。
紅外光照射在手背上,有靜脈的部位吸收紅外光反射暗淡,肌肉與骨路部位反射強烈,從而實(shí)現對靜脈的造影。

優(yōu)點(diǎn)

1)屬于內牛理特征,不會(huì )磨損,較難偽造,具有很高安全性。
2)血管特征通常更明顯,容易辨識,抗干擾性好。
3)可實(shí)現非接觸式測量,衛生性好,易于為用戶(hù)接受。
4)不易受手表面傷痕或油污的影響。

缺點(diǎn)
1)手背靜脈仍可能隨著(zhù)年齡和生理的變化而發(fā)生變化,永久性尚未得到證實(shí)
2)雖然可能性較小,但仍然存在無(wú)法成功注冊登記的可能。
3)由于采集方式受自身特點(diǎn)的限制,產(chǎn)品難以小型化。
4)采集設備有特殊要求,設計相對復雜,制造成本高。