指紋識(shí)別中的圖像處理研究------背景與基礎(chǔ)名詞解釋（二）

　1.3幾種生物識(shí)別技術(shù)的比較

　　生物識(shí)別技術(shù)或使用人體的生理特征，或使用人的行為動(dòng)作。但是從識(shí)別的準(zhǔn)確度而言，生理特征要比行為動(dòng)作更加可靠。因?yàn)樯硖卣鞣从沉巳梭w更本質(zhì)的部分，在操作過程中有更好的重復(fù)性，而且不易模仿、復(fù)制。目前，廣泛使用或熱點(diǎn)研究的生物識(shí)別技術(shù)有：人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、掌形識(shí)別、手部血管識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜圖形識(shí)別、面部熱象圖識(shí)別、人耳識(shí)別、簽名識(shí)別和聲紋識(shí)別[36].其中人臉、指紋、掌形、手部血管、虹膜、面部熱象圖、人耳和視網(wǎng)膜圖形屬于生理特征，而簽名和聲紋屬于行為動(dòng)作。

　　人臉識(shí)別：是最直觀的，也是最常用的身份認(rèn)證手段。根據(jù)其應(yīng)用目的不同，人臉識(shí)別分為靜態(tài)識(shí)別和動(dòng)態(tài)識(shí)別兩種模式.所謂靜態(tài)識(shí)別就是用來識(shí)別的人臉圖像是靜態(tài)圖像，且背景及其它外界條件不變。這種情況下人臉的檢測和分割都非常簡單，同一人臉的不同圖像間的距離比較小，因此識(shí)別就變得相對(duì)容易。

　　而動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別則是指在復(fù)雜的變化背景下對(duì)人臉進(jìn)行識(shí)別，這種識(shí)別模式干擾因素較多，目前還只是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還有許多問題亟待解決。人臉識(shí)別還主要是利用人面部各器官如眼睛、眉毛、鼻子、嘴和下巴間的位置關(guān)系。目前，人臉識(shí)別中所用的有效的算法有基本元素分析法(PCA)，線形辨別分析法(LDA)，奇異點(diǎn)值分解法(SVD)，局部特征分析法以及各種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法.

　　面部熱像圖識(shí)別的基本原理是這樣的：當(dāng)熱量通過面部組織，會(huì)被皮膚發(fā)散，從而使皮下血液系統(tǒng)呈現(xiàn)出一種獨(dú)特的面部信號(hào).這種信號(hào)可以被紅外照相機(jī)獲取，通常就稱之為面部熱像圖。相對(duì)于人臉識(shí)別來說，面部熱像識(shí)別很難被假冒。即使是精巧的外科手術(shù)，因?yàn)殡y于對(duì)血管重新布線，改變它的結(jié)構(gòu);并且，獲取面部熱像圖也不依賴于外部光源。目前面部熱像圖是否具有唯一性和穩(wěn)定性，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　指紋是分布在人體手指表面凸凹不平的紋線。不同指紋的紋線在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，也就是說，指紋是具有唯一性的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來，通過對(duì)他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。多年來，人們對(duì)指紋和指紋識(shí)別做了大量的研究.指紋的唯一性與穩(wěn)定性已經(jīng)得到了有力的驗(yàn)證，并在司法、公安和各種安全防護(hù)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。指紋識(shí)別作為模式識(shí)別最先涉足的領(lǐng)域之一，發(fā)展極為迅猛，實(shí)際上在很多場合已經(jīng)成為生物識(shí)別技術(shù)的代名詞。

　　掌形識(shí)別是利用手掌的幾何尺寸關(guān)系來識(shí)別人的身份，這些尺寸主要包括手掌的形狀，手指的長度和寬度以及手指的三維特征等等。掌形圖像的獲取，可以使用機(jī)械或光學(xué)的方法?；谑终频纳矸菡J(rèn)證系統(tǒng)目前在世界各地有廣泛應(yīng)用，如1996年亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)和迪斯尼主題公園等.這種識(shí)別技術(shù)非常簡單，并且價(jià)格低廉，可以很方便地嵌入已有應(yīng)用系統(tǒng)，識(shí)別的精度在一定條件下也較為可靠，人們對(duì)其也能夠接受。關(guān)于這種技術(shù)，它最大的缺點(diǎn)在于如果用于大人群的身份認(rèn)證，其識(shí)別可靠性會(huì)大大下降，因此，它一般只用于驗(yàn)證系統(tǒng)。此外掌形識(shí)別還有一下的問題

　?、僬菩我脖容^容易被仿冒，系統(tǒng)本身的物理尺寸也較為龐大;

　?、谡菩蔚姆€(wěn)定性較差。

　　手部的血管分布作為一種較穩(wěn)定的生物特征，可以被用于身份識(shí).通過紅外照相機(jī)，我們可以獲取手部血管的數(shù)字化圖像。手部血管的結(jié)構(gòu)很難通過手術(shù)加以改變，因此別人無法模仿?；谑植垦茏R(shí)別的系統(tǒng)，其精確度基本可以滿足應(yīng)用要求，并且，一般說來，人們對(duì)其也較易接受。這種識(shí)別技術(shù)的不足在于，到目前為止，手部血管特征的唯一性還無法得到可靠的證明。人的虹膜組織結(jié)構(gòu)依賴于胚胎生長發(fā)育的環(huán)境，它對(duì)于每個(gè)人來說都是獨(dú)一無二和終生不變的.即使是同一個(gè)人，他的左右眼虹膜也是不一樣的。虹膜不與其它任何外界環(huán)境相關(guān)聯(lián)，也無法用手術(shù)修補(bǔ)。所有這些特征使虹膜識(shí)別成為一種最為安全可靠的認(rèn)證手段，實(shí)驗(yàn)表明，其識(shí)別精度甚至超過了DNA.虹膜識(shí)別技術(shù)要求的算法復(fù)雜度相對(duì)來說比較簡單，但其識(shí)別精度卻相當(dāng)高。當(dāng)前，制約虹膜識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的主要有以下兩個(gè)原因：

　?、?。虹膜圖像的采集需要用光線掃描人的眼睛，會(huì)使人感到不適;

　?、?。虹膜掃描器的價(jià)格太高，目前還很難向普通民用市場推廣。視網(wǎng)膜圖形識(shí)別與虹膜識(shí)別類似，有很高的可靠性，但是因?yàn)樗鼘?duì)人眼有刺激作用，且價(jià)格也一直居高不下，所以沒有能夠在應(yīng)用中推廣。

　　以上介紹了當(dāng)今流行的幾種生物識(shí)別技術(shù)，表1.2給出了這幾種生物識(shí)別技術(shù)的唯一性、穩(wěn)定性、可采集性、識(shí)別精度、防偽性能等參數(shù)。從表中我們可以看出，指紋識(shí)別技術(shù)從唯一性、穩(wěn)定性、識(shí)別精度、防偽性能等方面均有優(yōu)勢(shì)，是一種值得推廣的生物識(shí)別技術(shù)。