指紋識(shí)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(yùn)涵著大量的信息。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(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、式樣線(xiàn)和紋線(xiàn)等。基本紋路圖案有環(huán)形、弓形、螺旋形。

局部特征即指紋上節(jié)點(diǎn)的特征,這些具有某種特征的節(jié)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(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
指紋識(shí)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(shí)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(jù)特征點(diǎn)的特性建立用戶(hù)活體指紋的數(shù)字表示——指紋特征數(shù)據(jù)(一種單向的轉(zhuǎn)換,可以從指紋圖像轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù),所以通過(guò)對(duì)所采集到的指紋圖像的特征數(shù)據(jù)和存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配,計(jì)算出它們的相似程度,最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果,根據(jù)匹配結(jié)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(qū)別,因此指紋可用于身份鑒定。

優(yōu)點(diǎn)

1)指紋是人體獨(dú)一無(wú)二的特征,并且它們的復(fù)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(dá)到十個(gè),而每一個(gè)指紋都是獨(dú)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(shí)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?yàn)橹讣y特征很少,故而很難成像。

2)過(guò)去因?yàn)樵诜缸镉涗浿惺褂弥讣y,使得某些人害怕“將指紋記錄在案”。然而,實(shí)際上現(xiàn)在的指紋鑒別技術(shù)都可以保證不存儲(chǔ)任何含有指紋圖像的數(shù)據(jù),而只是存儲(chǔ)從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)。

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(fù)制指紋的可能性。
可見(jiàn),指紋識(shí)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(shí)別技術(shù)解決方案,市場(chǎng)應(yīng)用有著很大的潛力。

聲音識(shí)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(fù)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(duì)穩(wěn)定性,又有變異性,不是絕對(duì)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?nèi)阅軈^(qū)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(shí)別的應(yīng)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(duì)識(shí)別性能有影響；比如環(huán)境噪音對(duì)識(shí)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(shí)別的應(yīng)用有一些特殊的優(yōu)勢(shì):

1)蘊(yùn)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(shí)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(shè)備時(shí)更無(wú)需額外的錄音設(shè)備；
3)適合遠(yuǎn)程身份確認(rèn),只需要一個(gè)麥克風(fēng)或電話(huà)、手機(jī)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(xiàn)遠(yuǎn)程登錄；
4)聲紋辨認(rèn)和確認(rèn)的算法復(fù)雜度低；
5)配合一些其他措施,如通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)行內(nèi)容鑒別等,可以提高準(zhǔn)確率；……等等。這些優(yōu)勢(shì)使得聲紋識(shí)別的應(yīng)用越來(lái)越收到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者和用戶(hù)青睞,聲紋識(shí)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(shí)別,并有不斷上升的趨勢(shì)。

視網(wǎng)膜識(shí)別

視網(wǎng)膜是眼睛底部的血液細(xì)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(dú)特特征,血液細(xì)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(xì)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(shí)別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周?chē)?即視網(wǎng)膜四層細(xì)胞的最遠(yuǎn)處。

優(yōu)點(diǎn)

1)視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征,因?yàn)樗�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(shè)備進(jìn)行直接的接觸

3)是一個(gè)最難欺騙的系統(tǒng)因?yàn)橐暰W(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(cè)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(duì)于消費(fèi)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(shí)別

原理

1)捕捉虹膜的數(shù)據(jù)圖像

2)為虹膜的圖像分析準(zhǔn)備過(guò)程

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

4)使用iriscode模板用于確認(rèn)。

在當(dāng)今世界,虹膜識(shí)別仍被公認(rèn)為是識(shí)別精度最高的生物識(shí)別系統(tǒng)。

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

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

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(shí)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(tǒng),不需要攜帶任何證件,就能實(shí)現(xiàn)門(mén)控,可單向亦可雙向；既可以被授權(quán)控制一扇門(mén),也可以控制開(kāi)啟多扇門(mén)；

授權(quán)靈活:本系統(tǒng)根據(jù)管理的需要,可任意調(diào)整用戶(hù)權(quán)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(xiàn)實(shí)時(shí)智能管理；

無(wú)法復(fù)制:本系統(tǒng)以虹膜信息為密碼,不可復(fù)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(bào)警；

配置靈活多樣:使用人和管理者可根據(jù)自身喜好、需要或場(chǎng)合的不同,設(shè)定不同的安裝及運(yùn)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(shí)別方式,當(dāng)然也可以?xún)煞N方式同時(shí)使用；

投入少、免維護(hù):裝配本系統(tǒng)可以保留原來(lái)的鎖,但其機(jī)械運(yùn)動(dòng)件減少,且運(yùn)動(dòng)幅度小,門(mén)栓的壽命更長(zhǎng)；系統(tǒng)免維護(hù),并可隨時(shí)擴(kuò)充、升級(jí),無(wú)須重新購(gòu)置設(shè)備。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,效益顯著,并可使管理檔次大大的提高。

應(yīng)用行業(yè)廣泛:廣泛應(yīng)用于煤礦、銀行、監(jiān)獄、門(mén)禁、社保、醫(yī)療等多種行業(yè)

缺點(diǎn)

1)很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化；

2)設(shè)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(shí)別系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大模塊:虹膜圖像獲取裝置和虹膜識(shí)別算法。分別對(duì)應(yīng)于圖像獲取和模式匹配這兩個(gè)基本問(wèn)題。

面部識(shí)別

原理

人臉識(shí)別技術(shù)中被廣泛采用的區(qū)域特征分析算法,它融合了計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理于一體,利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)從視頻中提取人像特征點(diǎn),利用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理進(jìn)行分析建立數(shù)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(cè)者的面像進(jìn)行特征分析,根據(jù)分析的結(jié)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(shì)

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

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

3)直觀(guān)性突出人臉識(shí)別技術(shù)所使用的依據(jù)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(rèn)、審計(jì),“以貌取人”符合人的認(rèn)知規(guī)律。

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

不易仿冒在安全性要求高的應(yīng)用場(chǎng)合,人臉識(shí)別技術(shù)要求識(shí)別對(duì)象必須親臨識(shí)別現(xiàn)場(chǎng),他人難以仿冒。人臉識(shí)別技術(shù)所獨(dú)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(shí)別系統(tǒng)。這是指紋等生物特征識(shí)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(shí)別系統(tǒng)無(wú)從覺(jué)察。
使用通用性設(shè)備人臉識(shí)別技術(shù)所使用的設(shè)備為一般的PC、攝像機(jī)等常規(guī)設(shè)備,由于計(jì)算機(jī)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,因此對(duì)于多數(shù)用戶(hù)而言使用人臉識(shí)別技術(shù)無(wú)需添置大量專(zhuān)用設(shè)備,從而既保護(hù)了用戶(hù)的原有投資又?jǐn)U展了用戶(hù)已有設(shè)備的功能,滿(mǎn)足了用戶(hù)安全防范的需求。

基礎(chǔ)資料易于獲得人臉識(shí)別技術(shù)所采用的依據(jù)是人臉照片或?qū)崟r(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(shí)別技術(shù)所使用的是常規(guī)通用設(shè)備,價(jià)格均在一般用戶(hù)可接受的范圍之內(nèi),與其它生物識(shí)別技術(shù)相比,人臉識(shí)別產(chǎn)品具有很高的性能價(jià)格比。

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

缺點(diǎn)

面部識(shí)別被認(rèn)為是生物特征識(shí)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(shí)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(qū)別不大,所有的面部的結(jié)構(gòu)都相似,甚至面部器官的結(jié)構(gòu)外形都很相似。這樣的特點(diǎn)對(duì)于利用面部進(jìn)行定位是有利的,但是對(duì)于利用面部區(qū)分人類(lèi)個(gè)體是不利的。
易變性面部的外形很不穩(wěn)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(shí)別還受光照條件(例如白天和夜晚,室內(nèi)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(shí)別中,第一類(lèi)的變化是應(yīng)該放大而作為區(qū)分個(gè)體的標(biāo)準(zhǔn)的,而第二類(lèi)的變化應(yīng)該消除,因?yàn)樗鼈兛梢源�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(nèi)變化。對(duì)于面部,類(lèi)內(nèi)變化往往大于類(lèi)間變化,從而使在受類(lèi)內(nèi)變化干擾的情況下利用類(lèi)間變化區(qū)分個(gè)體變得異常困難。

靜脈識(shí)別

主要是利用靜脈血管的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別。由于靜脈紋絡(luò)包含大量的特征信息,可以作為驗(yàn)證的對(duì)象。
手掌靜脈識(shí)別的原理也是利用靜脈血管與肌肉、骨骸之間對(duì)特定波長(zhǎng)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(shí)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(qiáng)烈,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靜脈的造影。

優(yōu)點(diǎn)

1)屬于內(nèi)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(shí),抗干擾性好。
3)可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量,衛(wèi)生性好,易于為用戶(hù)接受。
4)不易受手表面?zhèn)�痕或油污的影響�?/font>