生物特徵識別(BIOMETRICS) 技術，是指通過計算機利用人體所固有的生理特徵（指紋、虹膜、面相、DNA等）或行為特徵(步態、擊鍵習慣等)來進行個人身份鑑定的技術。
基本介紹
技術概述,摘錄,關鍵字,定義,熱點技術,指紋識別,臉像識別,皮膚晶片,步態識別,虹膜識別,靜脈識別,視網膜識別,手掌幾何學識別,DNA識別,聲音和簽字識別,親子鑑定,手形識別,簽名識別,技術優勢,技術發展,發展趨勢,人臉識別,套用方向,主要案例,
技術概述
摘錄
在當今信息化時代，如何準確鑑定一個人的身份、保護信息安全，已成為一個必須解決的關鍵社會問題。傳統的身份認證由於極易偽造和丟失，越來越難以滿足社會的需求，目前最為便捷與安全的解決方案無疑就是生物識別技術。它不但簡潔快速，而且利用它進行身份的認定，安全、可靠、準確。同時更易於配合電腦和安全、監控、管理系統整合，實現自動化管理。由於其廣闊的套用前景、巨大的社會效益和經濟效益，已引起各國的廣泛關注和高度重視。因此，本論文將嘗試探討整理生物特徵識別技術這項前沿技術，和新興的多模態發展趨勢，並且關注其最新的科研方向及在實際中的推廣利用現狀！
關鍵字
每個個體都有唯一的可以測量或可自動識別和驗證的生理特性或行為方式，即生物特徵。它可劃分為生理特徵（如指紋、面像、虹膜、掌紋等）和行為特徵（如步態、聲音、筆跡等）。生物識別就是依據每個個體之間獨一無二的生物特徵對其進行識別與身份的認證。他的主要內容是生物識別技術和生物識別系統
定義
生物識別技術（Biometric Identification Technology）是指利用人體生物特徵進行身份認證的一種技術。更具體一點，生物特徵識別技術就是通過計算機與光學、聲學、生物感測器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性和行為特徵來進行個人身份的鑑定。
生物識別系統是對生物特徵進行取樣，提取其唯一的特徵並且轉化成數字代碼，並進一步將這些代碼組合而成的特徵模板。人們同識別系統互動進行身份認證時，識別系統獲取其特徵並與數據可中的特徵模板進行比對，以確定是否匹配，從而決定接受或拒絕該人。
在目前的研究與套用領域中，生物特徵識別主要關係到計算機視覺、圖象處理與模式識別、計算機聽覺、語音處理、多感測器技術、虛擬現實、計算機圖形學、可視化技術、計算機輔助設計、智慧型機器人感知系統等其他相關的研究。已被用於生物識別的生物特徵有手形、指紋、臉形、虹膜、視網膜、脈搏、耳廓等，行為特徵有簽字、聲音、按鍵力度等。基於這些特徵，生物特徵識別技術已經在過去的幾年中已取得了長足的進展。
熱點技術
指紋識別
指紋識別已被全球大部分國家政府接受與認可，已廣泛地套用到政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務和安全防衛等領域。在我國，北大高科等對指紋識別技術的研究開發已達到可與國際先進技術抗衡，中科院的漢王科技公司在一對多指紋識別算法上取得重大進展，達到的性能指標中拒識率小於0.1%，誤識率小於0.0001%，居國際先進水平；指紋識別技術在我國已經得到較廣泛的套用，隨著網路化的更加普及，指紋識別的套用將更加廣泛。
臉像識別
人臉識別的實現包括面部識別（多採用"多重對照人臉識別法"，即先從拍攝到的人像中找到人臉，從人臉中找出對比最明顯的眼睛，最終判斷包括兩眼在內的領域是不是想要識別的面孔）和面部認證（為提高認證性能已開發了“攝動空間法”，即利用三維技術對人臉側面及燈光發生變化時的人臉進行準確預測。以及“適應領域混合對照法”，使得對部分偽裝的人臉也能進行識別）兩方面，基本實現了快速而高精度的身份認證。由於其屬於是非接觸型認證，僅僅要看到臉部就可以實現很多套用，因而可被套用在：證件中的身份認證；重要場所中的安全檢測和監控；智慧卡中的身份認證；計算機登錄等網路安全控制等多種不同的安全領域。隨著網路技術和桌上視頻的廣泛採用、電子商務等網路資源的利用對身份驗證提出的新的要求，依託於圖像理解、模式識別、計算機視覺和神經網路等技術的臉像識別技術在一定套用範圍內已獲得了成功。目前國內該項識別技術在警用等安全領域用得比較多。這項技術亦被用在現在的一些中高檔相機的輔助拍攝方面（如人臉識別拍攝）。
皮膚晶片
這種方法通過把紅外光照進一小塊皮膚並通過測定的反射光波長來確認人的身份。其理論基礎是每個具有不同皮膚厚度和皮下層的人類皮膚，都有其特有的標記。由於皮膚、皮層和不同結構具有個性和專一特性，這些都會影響光的不同波長，目前Lumidigm公司開發了一種包含銀幣大小的兩種電子晶片的系統。第一個晶片用光反射二極體照明皮膚的一片斑塊，然後收集反射回來的射線，第二個晶片處理由照射產生的“光印”（light print）標識信號。相對於指紋（Fingerprinting）和面認(Face recognition)所採用的採集原始形象並仔細處理大量數據來從中抽提出需要特徵的生物統計學方法（See“Face Recognition”/TR Nov 2001），光印不依賴於形象處理，使得設備只需較少的計算能力。
步態識別
步態識別技術現還處在初期階段，其發展還面臨許多艱難的挑戰。這項技術的最新進展在由美國國防先進研究項目代表設立基金研究通過人體語言確認人的身份的美國科研機構中。其理論是每個人以相同的方式生活，都有自己專一的信號或指紋，每個人也有自己專一的走路步伐。其技巧是收集人體語言並把它轉化為計算機能識別的數字。
一種方法每個人建立“運動信號”來識別。他們從拍攝人走路或跑步的方法開始研究每個人的運動信號，再利用計算機上的模擬照相機捕捉和儲存這一運動行為（用軟體工具除去冗餘最終只以數字形象儲存物體的一系列輪廓）。之後只要一個人把他的整個走路過程拍攝下來，指令計算機就能根據儲存的形象確定這個人的身份。通過系統很好地歸納所有不同的步伐後，據稱現已經獲得90%~95%的正確匹配。”
另一種方法則是使用結構分析方法去測定一個人的跨步和腿伸展特性。
這兩種技術迄今所有的資料庫形象是兩維的，並很大程度上取決於照相機的角度。當一個系統企圖採用不同的角度去比較同一個人兩個鏡頭時，就會出現問題。很大程度上直接限制了它的發展！
虹膜識別
個體的虹膜結構獨一無二、不具遺傳性（使即使是同卵雙胞胎虹膜也各不相同），並且自童年以後，便基本不再變化，使得其非常適合套用於生物識別。有統計表明，到目前為止，虹膜識別的錯誤率是各種生物特徵識別中最低的。目前，國際上掌握虹膜識別核心技術的僅有我國中科模識科技有限公司和另一家美國公司。並且我國已經獲得了“虹膜圖像採集裝置”和“基於虹膜識別的身份鑑定方法與裝置”等多項專利。
靜脈識別
靜脈識別系統就是首先通過靜脈識別儀取得個人靜脈分布圖，從靜脈分布圖依據專用比對算法提取特徵值，通過紅外線CMOS攝像頭獲取手指靜脈、手掌靜脈、手背靜脈的圖像，將靜脈的數字圖像存貯在計算機系統中，將特徵值存儲。靜脈比對時，實時採取靜脈圖，提取特徵值，運用先進的濾波、圖像二值化、細化手段對數字圖像提取特徵，同存儲在主機中靜脈特徵值比對，採用複雜的匹配算法對靜脈特徵進行匹配，從而對個人進行身份鑑定，確認身份。全過程採用非接觸式
視網膜識別
手掌幾何學識別
手掌幾何學識別就是通過測量使用者的手掌和手指的物理特徵來進行識別，高級的產品還可以識別三維圖象。作為一種已經確立的方法，手掌幾何學識別不僅性能好，而且使用比較方便。它適用的場合是用戶人數比較多，或者用戶雖然不經常使用，但使用時很容易接受。如果需要，這種技術的準確性可以非常高，同時可以靈活地調整性能以適應相當廣泛的使用要求。手形讀取器使用的範圍很廣，且很容易集成到其他系統中，因此成為許多生物特徵識別項目中的首選技術。
DNA識別
人體內的DNA在整個人類範圍內具有唯一性（除了同卵雙胞胎可能具有同樣結構的DNA外）和永久性。因此，除了對同卵雙胞胎個體的鑑別可能失去它應有的功能外，這種方法具有絕對的權威性和準確性。DNA鑑別方法主要根據人體細胞中DNA分子的結構因人而異的特點進行身份鑑別。這種方法的準確性優於其它任何身份鑑別方法，同時有較好的防偽性。然而，DNA的獲取和鑑別方法（DNA鑑別必須在一定的化學環境下進行）限制了DNA鑑別技術的實時性；另外，某些特殊疾病可能改變人體DNA的結構組成，系統無法正確的對這類人群進行鑑別。
聲音和簽字識別
聲音和簽字識別屬於行為識別的範疇。聲音識別主要是利用人的聲音特點進行身份識別。聲音識別的優點在於它是一種非接觸識別技術，容易為公眾所接受。但聲音會隨音量、音速和音質的變化而影響。比如，一個人感冒時說話和平時說話就會有明顯差異。再者，一個人也可有意識地對自己的聲音進行偽裝和控制，從而給鑑別帶來一定困難。簽字是一種傳統身份認證手段。現代簽字識別技術，主要是透過測量簽字者的字形及不同筆劃間的速度、順序和壓力特徵，對簽字者的身份進行鑑別。簽字與聲音識別一樣，也是一種行為測定，因此，同樣會受人為因素的影響。
親子鑑定
由於人體約有30億個核苷酸構成整個染色體系統，而且在生殖細胞形成前的互換和組合是隨機的，所以世界上沒有任何兩個人具有完全相同的30億個核苷酸的組成序列，這就是人的遺傳多態性。儘管遺傳多態性的存在，但每一個人的染色體必然也只能來自其父母，這就是DNA親子鑑定的理論基礎。
手形識別
手形指的是手的外部輪廓所構成的幾何圖形。大量生物學研究表明，人的手形在一個相當長的時期內具有良好的穩定性，並且，兩個不同人的手形是不同的，即手形特徵具有唯一性。此外，手形特徵也具有普遍性，易採集性等其他特點，滿足成為生物特徵的所有要求，因此可以利用手形來對人的身份進行認證。
手形研究多採用人手手指的三維輪廓特徵作為手形特徵，但是，由於三維點採集起來比較複雜，目前，有越來越多的研究者把目光轉向了二維手形識別方法的研究，並且取得了一定的進展。
簽名識別
個人手寫簽名雖然不是一種固有生理特徵的外在表現，但是由於簽名基本上是一種自在的手腕運動，個人簽名時在握筆姿勢、運筆習慣、用力輕重等方面都有自己的特點。 J.J. Denier，VGon和J. Thuring等認為手寫簽名是一種“彈道運動”，是個人無意識的習慣動作。手寫簽名認證就是根據個人書寫的特點來比較當前簽名與預先存儲的簽名樣本或模板之間的相似程度，通過相似程度來判斷簽名的真偽並相應地判別當前簽名者身份的真偽。
簽名認證與其他生物特徵認證方法相比，最明顯的特點就是傳統手寫簽名的身份鑑別形式在人們日常生活中經常使用，同時文字書寫也是人們普遍具有和使用的技能，因而容易被人們接受。隨著感測器技術和計算機技術的發展，支持手寫功能的計算機和電子設備（手寫板、個人數字助理，智慧型手機等）日漸普及，這也為手寫簽名認證的套用提供了極大的便利。
技術優勢
生物識別技術是目前最為方便與安全的識別技術，它不需要記住複雜的密碼，也不需隨身攜帶鑰匙、智慧卡之類的東西。生物識別技術認定的是人本身，這就直接決定了這種認證方式更安全、更方便了。由於每個人的生物特徵具有與其他人不同的唯一性和在一定時期內不變的穩定性，不易偽造和假冒，所以利用生物識別技術進行身份認定，安全、可靠、準確。此外，生物識別技術產品均藉助於現代計算機技術實現，很容易配合電腦和安全、監控、管理系統整合，實現自動化管理。
技術發展
人類利用生物特徵識別的歷史可追溯到古代埃及人通過測量人體各部位的尺寸來進行身份鑑別，現代生物識別技術始於70年代中期，由於早期的識別設備比較昂貴，因而僅限於安全級別要求較高的原子能實驗、生產基地、犯罪甄別等。現在由於微處理器及各種電子元器件成本不斷下降，精度逐漸提高，生物識別系統逐漸套用於商業上的授權控制等領域。
目前人們已經發展了指紋識別、掌紋與掌形識別、虹膜識別、人臉識別、手指靜脈識別、聲音識別、簽字識別、步態識別、鍵盤敲擊習慣識別，甚至DNA識別等多種生物識別技術。但相關市場上占有率最高的仍是指紋機和手形機，並且這兩種識別方式也是目前技術發展中最成熟的。
發展趨勢
生物特徵識別系統在利用個人特徵來鑑別或驗證用戶身份時，如果有生物特徵被察覺或檢測到是“有噪音的”（比如指紋中帶有疤痕或者因感冒而改變聲音時），這個生物特徵識別系統的性能可能會受到損害，此時的匹配評分計算是不可靠的。這個問題可以通過安裝多種感測器捕捉不同的生物特徵來解決，這也被稱為生物特徵融合或多模態生物特徵識別系統。
基於多模態或多生物特徵融合的解決方案代表了一個新興趨勢，某些套用會比單一方法的識別系統具有更好的技術性能。國際標準化組織（ISO）和國際電工委員會（IEC）已經聯合公布了《信息技術—生物特徵—多模態和其他多生物特徵融合》（ISO/IECTR24722∶2007），該方案能融合多種生物指令，以保證在一種生物特徵失真的情況下，仍能順利識別。新的ISO/IECTR24722∶2007不但包含了目前就多模態和多生物特徵融合做法的描述和分析，它還研討了需求、可能的路徑和標準化來支持多生物特徵識別系統，以提高其通用性和實用性。這項最新的ISO/IEC技術報告提供了多模態和其他多生物識別系統的總的概述，並給出了關於多生物特徵融合的一個參考——生物特徵識別系統需要一種以上的生物模態。
多生物特徵解決方案的潛在好處是能延伸到人體進入控制區域從而獲取敏感數據。這樣，就能使生物特徵識別系統更安全，入侵者用人造物或模仿品來同時騙過多生物特徵基本上是不可能的，而個人在某項特徵不便時亦可靈活調換。
在國內，由清華大學丁曉青教授組研製的TH-ID系統多模式生物特徵（人臉、筆跡、簽字、虹膜）身份認證識別系統已通過教育部組織的專家鑑定。能夠實現在複雜背景下的圖像和視頻人臉自動檢測、識別和認證，在人臉、筆跡、簽字、虹膜的識別認證技術上取得了重要進展，在整體上達到了國際領先水平。
該系統包括兩大部分內容：人臉、筆跡、簽字和虹膜四種生物特徵的身份認證（識別和驗證）的四個子系統和利用多種生物特徵的多模生物特徵融合的身份認證系統。他們構建了基於統一資料庫的人臉、筆跡、簽字、虹膜四種生物特徵的多模生物特徵身份識別認證系統，能夠進行融合模式的選擇，進行各種可能的模式融合。可以有效克服單一生物特徵常有的缺陷，極大地提高了身份認證的準確度，從而也為生物特徵身份認證的實際套用打下了堅實的基礎。
人臉識別
在所有的技術中，現階段更受矚目的並迅速發展是人臉識別。它目前主要有三種套用模式：1、是人臉識別監控，即將需要重點關注的人員照片存放在系統中，當此類人員出現在監控設備覆蓋的範圍中時系統將報警提示。此種模式主要套用在奧運通道安檢、捷運等需要實時預警的地點。2、人臉識別比對檢索，即利用特定對象的照片與已知人員照片庫進行比對，進而確定其身份信息。能夠解決傳統人工方式工作量巨大、速度慢、效率低等問題，可套用在網路照片檢索、身份識別等環境。適合於機場等人員流動大的公眾場所，但需要大型資料庫的支持。3、身份確認，即確認監控設備和照片中的人是否是同一人。可廣泛套用於需要身份認證的場所，如自助通關、銀行金庫、門禁以及需要實行實名制管理的業務，如銀行業務等。
據悉2008年北京奧運會將全面運用人臉識別系統人群中快速辨認和甄別恐怖分子和其他可能引發犯罪的人員，以防止其進入相關的敏感區域。
在生物特徵識別領域近些年的發展中，國際上雖然制定了一些標準，但遠不夠完善。鑒於我國目的技術在國際上也屬於領先水平，因此在現階段我們有必要抓緊制定國內標準，掌握主動權。在可預見的將來，我們有理由對自己有信心，對我們所在的生物特徵識別領域有信心！中國在這一方面必將取得喜人的成就！
套用方向
目前，生物識別技術在生活方面主要有三大套用方向：1、作為刑偵鑑定的重要手段；2、滿足企業安全、管理上的需求（例如物理門禁、邏輯門禁、考勤、巡更等系統，已經全面引入生物識別技術）；3、自助式政府服務、出入境管理，金融服務、電子商務，信息安全（個人隱私保護）方面。
生物識別套用之發展潛力和背景，在現階段的中國，主要體現在以下幾個方面：首先，巨大的人口基數，以及越來越頻繁的流動性。這其中不論靜態管理還是動態控制，身份識別當然是首要因素。其次，經濟全球化背景下，中國產生的數量龐大、規模超凡的世界工廠的安全和管理，亦是生物識別的用武之地。另外，經濟全球化帶來更直接的影響，是頻繁的個人身份認證的需求。再次，電子商務和電子政務的演變和普及中生物識別，是現階段及可預見的將來最佳的解決方案。
主要案例
昆明恐怖攻擊事件發生後，經歷40餘小時，全部罪犯落網。公安部的公告中提到了偵破、追捕過程中運用的兩大科技手段：DNA鑑定和指紋對比。這兩項技術是目前世界範圍內套用最廣、也是最為成熟的犯罪偵查技術之一。在抓捕過程中，政府通過對犯罪現場的偵查獲得罪犯指紋，然後在追捕過程中通過不斷收集嫌疑人指紋並進行核對，以此判斷罪犯的行蹤，確保追捕方向的準確性。
聲紋識別除了可以用於識別說話人，還可以進行語意的判斷，以此掌握恐怖組織的具體行動部署。當然，這種套用對技術有更高的要求。通常除了理解表層的話語主題以外，還需要對話語的深層信息包括特定對象的語言風格進行鑑識，語言風格實際上就是個人長期形成的語言套用特點系列。2002年11月，拉登的一段錄音在卡達半島電視台播放。當月18日，美國白宮發言人斯科特·麥克萊倫稱，“我們的情報專家已經確認，那盤錄音帶是真的”。麥克萊倫披露，美國中央情報局和國家安全局情報專家、語言學家將此錄音與拉登此前的錄音進行了比對。不久，美聯社詳細報導了對拉登語言風格的鑑識結果：“講話者在此次錄音中使用了和以往賓·拉登錄音帶中相似的語言，包括尋章摘句的修辭風格與柔和的語音語調。”
