六大熱門生物識別技術(shù)，為何都有致命缺點？

所謂生物識別技術(shù)就是,通過計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合,利用人體固有的生理特性,(如指紋、臉象、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態(tài)等)來進行個人身份的鑒定。

生物識別技術(shù)主要是指通過人類生物特征進行身份認證的一種技術(shù),人類的生物特征通常具有唯一性、可以測量或可自動識別和驗證、遺傳性或終身不變等特點,因此生物識別認證技術(shù)較傳統(tǒng)認證技術(shù)存在較大的優(yōu)勢。

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,它蘊涵著大量的信息。指紋特征可分為兩類: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察到的特征,包括基本紋路圖案、模式區(qū)、核心點、三角點、式樣線和紋線等。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)點的特征,這些具有某種特征的節(jié)點稱為特征點。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征,但它們的局部特征——特征點,卻不可能完全相同。指紋上的特征點,即指紋紋路上的終結(jié)點、分叉點和轉(zhuǎn)折點。
指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點等來進行分類,再用局部特征如位置和方向等來進行用戶身份識別。

通常,首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點”(minutiae),然后根據(jù)特征點的特性建立用戶活體指紋的數(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產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù),所以通過對所采集到的指紋圖像的特征數(shù)據(jù)和存放在數(shù)據(jù)庫中的指紋特征數(shù)據(jù)進行模式匹配,計算出它們的相似程度,最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果,根據(jù)匹配結(jié)果來鑒別用戶身份。由于每個人的指紋不同,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

1)指紋是人體獨一無二的特征,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,最多可以達到十個,而每一個指紋都是獨一無二的。

3)掃描指紋的速度很快,使用非常方便。

4)讀取指紋時,用戶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)大部分市場的一個主要原因。

5)指紋采集頭可以更加小型化,并且價格會更加低廉。

缺點

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,實際上現(xiàn)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(shù)據(jù),而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)。

3)每一次使用指紋時都會在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕,而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性。
可見,指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的生物識別技術(shù)解決方案,市場應(yīng)用有著很大的潛力。

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信息的聲波頻譜。人類語言的產(chǎn)生是人體語言中樞與發(fā)音器官之間一個復(fù)雜的生理物理過程,人在講話時使用的發(fā)聲器官--舌、牙齒、喉頭、肺、鼻腔在尺寸和形態(tài)方面每個人的差異很大,所以任何兩個人的聲紋圖譜都有差異。每個人的語音聲學(xué)特征既有相對穩(wěn)定性,又有變異性,不是絕對的、一成不變的。

這種變異可來自生理、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

聲紋識別的應(yīng)用有一些缺點,比如同一個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；又比如混合說話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(yīng)用有一些特殊的優(yōu)勢:

1)蘊含聲紋特征的語音獲取方便、自然,聲紋提取可在不知不覺中完成,因此使用者的接受程度也高；
2)獲取語音的識別成本低廉,使用簡單,一個麥克風即可,在使用通訊設(shè)備時更無需額外的錄音設(shè)備；
3)適合遠程身份確認,只需要一個麥克風或電話、手機就可以通過網(wǎng)路(通訊網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò))實現(xiàn)遠程登錄；
4)聲紋辨認和確認的算法復(fù)雜度低；
5)配合一些其他措施,如通過語音識別進行內(nèi)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(yīng)用越來越收到系統(tǒng)開發(fā)者和用戶青睞,聲紋識別的世界市場占有率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。

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),它是人眼感受光線并將信息通過視神經(jīng)傳給大腦的重要器官,它同膠片的功能有些類似,用于生物識別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍,即視網(wǎng)膜四層細胞的最遠處。

優(yōu)點

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(shè)備進行直接的接觸

3)是一個最難欺騙的系統(tǒng)因為視網(wǎng)膜是不可見的,故而不會被偽造。

缺點

1)視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過任何測試

2)很明顯,視網(wǎng)膜技術(shù)可能會給使用者帶來健康的損壞,這需要進一步的研究

3)對于消費者,視網(wǎng)膜技術(shù)沒有吸引力

4)很難進一步降低它的成本

虹膜識別

原理

1)捕捉虹膜的數(shù)據(jù)圖像

2)為虹膜的圖像分析準備過程

3)從虹膜的紋理或類型創(chuàng)造512字節(jié)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(tǒng)。

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(shù)字編碼,這種編碼可以識別、檢驗身份。

而虹膜識別技術(shù)通過人體獨一無二眼睛虹膜的特征來識別身份,虹膜特征匹配的準確性甚至超過了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(wěn)定性、可升級性最高的身份識別系統(tǒng)。

優(yōu)點

1)便于用戶使用；
2)可能會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(tǒng),不需要攜帶任何證件,就能實現(xiàn)門控,可單向亦可雙向；既可以被授權(quán)控制一扇門,也可以控制開啟多扇門；

授權(quán)靈活:本系統(tǒng)根據(jù)管理的需要,可任意調(diào)整用戶權(quán)限,隨時了解用戶動態(tài),包括客戶身份、操作地點、功能及時間次序等,實現(xiàn)實時智能管理；

無法復(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,都可自動記錄,便于追溯、查詢,非法情況則自動報警；

配置靈活多樣:使用人和管理者可根據(jù)自身喜好、需要或場合的不同,設(shè)定不同的安裝及運行方式。比如在大堂等公共場所,可以只采用輸入密碼的方式,但在重要場合,則禁止使用密碼,只采用虹膜識別方式,當然也可以兩種方式同時使用；

投入少、免維護:裝配本系統(tǒng)可以保留原來的鎖,但其機械運動件減少,且運動幅度小,門栓的壽命更長；系統(tǒng)免維護,并可隨時擴充、升級,無須重新購置設(shè)備。長遠來看,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、門禁、社保、醫(yī)療等多種行業(yè)

缺點

1)很難將圖像獲取設(shè)備的尺寸小型化；

2)設(shè)備造價高,無法大范圍推廣；

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)一個自動虹膜識別系統(tǒng)包含硬件和軟件兩大模塊:虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應(yīng)于圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。

面部識別

原理

人臉識別技術(shù)中被廣泛采用的區(qū)域特征分析算法,它融合了計算機圖像處理技術(shù)與生物統(tǒng)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,利用生物統(tǒng)計學(xué)的原理進行分析建立數(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者的面像進行特征分析,根據(jù)分析的結(jié)果來給出一個相似值。通過這個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(yīng)用方面具有獨到的優(yōu)勢:

2)使用方便,用戶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的情況下完成識別過程。

3)直觀性突出人臉識別技術(shù)所使用的依據(jù)是人的面部圖像,而人臉無疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源,方便人工確認、審計,“以貌取人”符合人的認知規(guī)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(yīng)用場合,人臉識別技術(shù)要求識別對象必須親臨識別現(xiàn)場,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法以非活性的照片、木偶、蠟像來欺騙識別系統(tǒng)。這是指紋等生物特征識別技術(shù)所很難做到的。舉例來說,用合法用戶的斷指即可仿冒合法用戶的身份而使識別系統(tǒng)無從覺察。

使用通用性設(shè)備人臉識別技術(shù)所使用的設(shè)備為一般的PC、攝像機等常規(guī)設(shè)備,由于計算機、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)等已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,因此對于多數(shù)用戶而言使用人臉識別技術(shù)無需添置大量專用設(shè)備,從而既保護了用戶的原有投資又擴展了用戶已有設(shè)備的功能,滿足了用戶安全防范的需求。

基礎(chǔ)資料易于獲得人臉識別技術(shù)所采用的依據(jù)是人臉照片或?qū)崟r攝取的人臉圖像,因而無疑是最容易獲得的。

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(guī)通用設(shè)備,價格均在一般用戶可接受的范圍之內(nèi),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格比。

概括地說,人臉識別技術(shù)是一種高精度、易于使用、穩(wěn)定性高、難仿冒、性價比高的生物特征識別技術(shù),具有極其廣闊的市場應(yīng)用前景。

缺點

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所帶來的。

相似性不同個體之間的區(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。這樣的特點對于利用面部進行定位是有利的,但是對于利用面部區(qū)分人類個體是不利的。

易變性面部的外形很不穩(wěn)定,人可以通過臉部的變化產(chǎn)生很多表情,而在不同觀察角度,面部的視覺圖像也相差很大,另外,面部識別還受光照條件(例如白天和夜晚,室內(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。

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

靜脈識別

主要是利用靜脈血管的結(jié)構(gòu)來進行身份識別。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紅外光不同的吸收特性來進行靜脈血管造影。

與手掌靜脈識別的原理相同。由于手掌較厚,紅外光通常無法進行透射,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,從而實現(xiàn)對靜脈的造影。

優(yōu)點

1)屬于內(nèi)牛理特征,不會磨損,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)可實現(xiàn)非接觸式測量,衛(wèi)生性好,易于為用戶接受。
4)不易受手表面?zhèn)刍蛴臀鄣挠绊憽?/p>

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