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    生物特征的比较与应用

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    • 更新日期:2014-01-12 16:57
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    详细介绍

    王钢
    一、生物特征识别的特点
    第一个特点 是“足够有效”的匹配原则。生物认证与口令认证系统中采取的匹配原则不大一样,在口令认证系统中采取的是精确匹配的原则。也就是说,被认证者提交的口令必须与数据库中存储的口令数据完全一致,相差一个字符都不能通过。而在生物认证系统中,匹配软件把当前收集到的被认证者的生物特征数据和存储在数据库中的模板进行匹配,不是看是否绝对的匹配,而是看匹配的结果是否在有效范围内。我们可以把这种匹配的模式称为“模糊匹配”,它涉及到模糊数学的理论。
    第二个特点 是系统在认证对象每次出示生物特征时采集到的特征数据是不同的。如采集指纹时,每次手指按压的力度和手指在指纹读取器上的相对位置都不可能完全一样。
    第三个特点 是系统使用的是认证对象的生物特征的典型数据,并非生物特征的完整记录。基于生理特征的主要有:指纹、掌纹、指静脉、视网膜、虹膜、面部特征等;基于行为特征的生物鉴定主要是对认证对象的行为进行测量,例如签名、鼠标动作、击键等。
    二、生物特征的种类与应用
    人的生物特征有很多种,直到目前,已经投入应用和正在研究的人的生物认证技术包括了DNA、指纹、掌纹、脚印、手形、脸形、耳形、牙印、唇印、声纹、虹膜、视网膜、指静脉、汗毛孔、握手、指甲、身体气味、皮肤色彩与光滑、脑电波、步态及其他运动行态、笔迹、鼠标动作和击键动力学等。目前,生物认证技术广泛应用于安全保卫、反恐、刑事案件侦破中,使用较多的是指纹、人像、DNA等,特别是DNA技术,在灾难、命案和强奸案当中,是非常强有用的。
    (一)指纹特征
    指纹是人手指末端掌面皮肤乳突线隆起形成的纹理。在安全保卫和反恐中,主要是指纹识别与查询。通过计算机和网络建立指纹数据库,使指纹识别的价值得到了提高。
    指纹识别技术的优点是:1.指纹是相当稳定的,不易随着年龄、身体状况发生变化;2.每个人的指纹各不相同,重复的概率极小;3.指纹便于采集,易于推广使用;4.指纹特征易于使用现在成熟的算法处理,特征数据量小,为建立大指纹数据库和网络快速指纹检索提供了有利的条件。
    (二)人脸特征
    人脸识别或人像识别,是近年来发展较快的身份认证技术。人的面貌特征包括:眼睛、眼睛轮廓、鼻子、嘴唇、眉毛、耳廓、下颚线、脸颊、骨周围区域等面部立体特征。
    人脸识别技术的优点是:1.人脸采集速度快、方便、直观、成本低,对人友好,最易于配合;2.可以隐蔽和远距离采集人脸,适用于监控场所;3.可以利用现有的各种证书、用人单位人事部门的人像照片资源。
    人脸识别技术的缺点是:1.人脸存在一定差异,就目前的图像处理算法,误识率较高;2.人脸随着个体的健康状态变化,而发生一定的变化;3.利用整形改变脸型,易于伪装;4.采集人像时,受环境的光线亮度、方向、角度的影响很大;5.面部表情的细微变化,在计算机自动识别中很困难。
    (三)虹膜特征
    虹膜是眼睛瞳孔周围圆形色素隔膜,其中的肌肉可以调整进入眼睛的光通量。据推算两个人的虹膜相同的概率是。虹膜识别技术主要用于安全场所、银行、旅客检查、海关身份认证等。
    虹膜识别技术的优点是:1.被采集人无需接触采集设备;2.建立虹膜数据库,查询速度快,准确性高;3.在虹膜识别中,计算机识别系统自动完成,不用人工干预。
    虹膜识别技术的缺点是:1.盲人和眼睛有疾病的人不适合使用虹膜识别技术;2.虹膜采集设备的成本高,依赖于周围的环境,不易普及;3.需要特殊的光源,才能显示出利于采集的虹膜图案;4.对黑眼睛的识别比较困难。
    (四)视网膜特征
    每个人的视网膜图纹也都是不同的。视网膜血管分布具有唯一性,视网膜的结构在人的一生中是稳定的,误识率低于百万分之一。
    视网膜识别技术的优点是:1.视网膜识别的可靠性高;2.视网膜识别技术的准确性高;3.视网膜是不可见的,不易伪装,有效防止生物欺骗。
    视网膜识别技术的缺点是:1.采集设备昂贵,成本高,采集过程较复杂;2.有眼睛疾病的不适合使用视网膜识别技术;3.采集视网膜图案时,要求有较近的距离和静止注视采集设备;4.视网膜静脉图像不够稳定,视网膜识别系统的拒识率较高;5.视网膜采集设备对人的眼睛有一定的伤害。
    (五)语音特征
    人类语言的产生是人体语言中枢与发音器官之间一个复杂的生理物理过程,人在讲话时使用的发声器官——舌、牙齿、喉头、肺、鼻腔在尺寸和形态方面的差异很大,所以任何两个人的声纹图谱都有差异。
    识别技术的优点是:1.声纹识别技术不依赖于特定文字;2.声纹识别具有不会遗失和忘记、不需记忆、使用方便等优点;3.非接触的采集声音的方式,使被采集者接受程度高;4.利用语音进行身份识别是最自然和最经济的方法之一。
    识别技术的缺点是:1.由于音量、语速、语气、人的状态等变化,容易产生识别上的误差;2.易于进行声音欺骗,现代技术使得声音欺骗更加容易和简单。同一个人的磁带录音也能欺骗语音识别系统;3.声音识别主要用于个体身份识别、安全认证、语音合成、方言识别等。
    (六)DNA
    DNA 是脱氧核糖核酸的英文缩写,DNA存在于一切有核的动物和植物中,生物的全部遗传信息都贮存在DNA分子里。核苷酸的总数达30亿左右,如随机查两个人的DNA图谱,其完全相同的概率仅为三千亿分之一,这一概率远低于目前世界人口总数的倒数,所以其认定个人的价值可看作是100%。
    识别技术的优点是:1.可以对嫌疑人父母兄妹做样品检验,间接认定罪犯;2.为案件的侦查、嫌疑人的排查提供方向,节约大量的时间、警力和财力,使DNA 成为真正意义上的“物证之首”;3.采集的检材少,如脱落的表皮和毛发等。
    识别技术的缺点是:对双胞胎无法使用DNA技术进行个体识别。
    (七)签名特征
    签名笔迹特征含有生物特征、心理特征和社会语言学特征。签名主要是通过生物特征中的行为特征表现出来的,不能完全排除心理特征和社会语言学特征的迹象。
    签名识别技术的优点是:1.使用签名作为身份识别的方法,有良好的心理基础,易于接受;2.静态签名应用普及,方便、快速,几乎没有成本;3.动态签名不易模仿,即行为动力学特征不易模仿和被盗。
    签名识别技术的缺点是:1.动态签名的设备成本较高;2.静态签名易于模仿和伪造;3.静态签名的自动识别、误判率较高;4.受书写工具、心情、心理等影响,产生不稳定。
    三、生物特征的融合
    没有一种生物识别技术在各种指标上全是最佳的,也不能认为在某个指标上是最佳的,应用价值就最大。将多种生物特征采用信息融合的方法,将会使识别系统的准确性、可靠性和适用性得到很大提高。这就是多种生理或行为特征进行人的身份识别的技术。
    多种生物特征融合技术的优点是:1.提高身份认证的准确性;2.增加了生物特征欺骗的难度,提高了系统的可靠性;3.可以在一定程度上排除干扰特征,利用有价值的特征进行身份认证;4.在一定范围内,可以避免由于某些生物特征的变化带来的影响;5.多种生物特征融合技术是计算机技术和人工智能技术结合的方法,可以在特征的细节上和在整个系统的决策上得出更为客观和理想的结果。
     
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