生物特征識別技術(shù)

1、專業(yè)文獻(xiàn)綜述題 目: 生物特征識別技術(shù)綜述 姓 名: 閆少博 學(xué) 院: 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè): 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級: 計(jì)科121班 學(xué) 號: 19212107 指導(dǎo)教師: 伍艷蓮 職稱: 副教授 2015 年 6 月 19 日南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制生物特征識別技術(shù)綜述作者：閆少博 指導(dǎo)老師：伍艷蓮摘要：生物特征識別技術(shù)是利用人體所固有的生物特征來進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)定的技術(shù)。本文不僅分析了生物特征識別技術(shù)的工作模式和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了基于生理特征和行為特征的各種生物特征識別方法及其應(yīng)用進(jìn)展過程，指出了生物特征識別技術(shù)的發(fā)展趨勢。也對于各種生物特征識別技術(shù)的基本原理和一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡要的說明

2、, 對每種生物特征的優(yōu)勢和不足進(jìn)行了分析, 并對生物特征識別技術(shù)中存在的問題和未來的研究方向進(jìn)行了討論，并且表達(dá)了自己對于生物特征識別的理解和認(rèn)識。關(guān)鍵詞：生物特征識別；生理特征；行為特征A Survey of Biometric Recognition Technology Information Author: YAN Shao-bo Tutor: WU Yan-lian(Nanjing Agricultural University, College of Information Science and Technology, Jiangsu Nanjing 210095) Abstra

3、ct: Biometric identification technology is the use of human biological characteristics to identify the personal identity of the technology. In this paper, not only analysis the work mode and the development of biometric identification technology, and the biological characteristics identification met

4、hod based on physiological characteristics and behavioral characteristics, pointed out the development trend of biometric identification technology. but also explain biometric identification technology is the basic principle and some key techniques ,analysis the advantages and disadvantages of each

5、biological characteristics , and discussion the existing biometric identification technology issues and directions for future research.Key words: biological characteristics recognition；physiological characteristics；behavioral characteristics隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與現(xiàn)代化，人們的生活變得更加豐富多彩起來，在我們生活中許許多多的地方都要用到身份識別這種技術(shù)，所謂身

6、份識別就是我們在進(jìn)行某一種特定的活動(dòng)時(shí)所需要進(jìn)行的一種出于安全考慮的特殊步驟，而人類作為一種特殊的生物，這也就可以把身份識別歸結(jié)到我們的生物特征識別中來。1. 生物特征識別技術(shù)的認(rèn)識以及生物特征識別系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)生物特征識別技術(shù)，從字面上的含義就是利用人體所固有的生物特征進(jìn)行個(gè)人身份認(rèn)定的技術(shù)，但是我們要知道并非所有的生物特征都可用于個(gè)人的身份識別，因?yàn)槟苡糜谏矸葑R別的生物特征必須滿足幾個(gè)條件：普遍性；唯一性；可測量性；穩(wěn)定性。普遍性就是每個(gè)人都有的特征，唯一性就是任何兩個(gè)人的這種特征是不一樣的，可測量性就是這種特征是可以測量的，穩(wěn)定性就是這種特征在一段時(shí)間內(nèi)能夠保持不變。以上四點(diǎn)是某種生物特征能

7、否用于人身份識別的基本條件。生物特征識別技術(shù)之所以可以運(yùn)用到我們大家的生活中去是因?yàn)檫@是一個(gè)已經(jīng)形成系統(tǒng)的成熟的技術(shù)，生物特征識別系統(tǒng)由四部分組成，包括傳感器，特征提取，匹配器，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。四個(gè)部分緊密聯(lián)系相互配合，非常高效的完成我們的特征識別工作。當(dāng)然我們都知道，我們的一個(gè)系統(tǒng)形成以后并不是滿足了上面的特性以及擁有了所有的原件就是可行的，我們還需要考慮很多的問題，比如：我們系統(tǒng)的性能：包括識別的準(zhǔn)確性、運(yùn)行的持久性等等，人們的可接受性：人們是否可以接受這種新興的事物？對于欺騙的方法是否能夠做出應(yīng)有的反應(yīng)等等還有很多我們需要考慮的東西，這些都會(huì)直接影響到我們的系統(tǒng)是否可以正常的運(yùn)行，以及是否可

8、以進(jìn)行大范圍的推廣的關(guān)鍵所在，所以這些也就成為了我們生物識別系統(tǒng)形成標(biāo)準(zhǔn)。我大概把系統(tǒng)可以正常運(yùn)作的標(biāo)準(zhǔn)歸結(jié)為三點(diǎn)：(1)在合理的資源需求下實(shí)現(xiàn)可接受的識別準(zhǔn)確性和速度;(2)對人沒有傷害而且可為人們所接受;(3)對各種欺詐方法有足夠的魯棒性1.2.兩大類生物特征識別技術(shù)經(jīng)過較長時(shí)間的參閱各種資料我發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在通常將我們的特征識別分為這么兩種：基于生理特征識別和基于行為特征識別。兩種識別技術(shù)都有自己的的特別之處，也有著較為相似的地方，下面我們就來看看這兩種特征識別。2.1基于生理特征的生物識別技術(shù)所謂生理特征，無非就是我們?nèi)松聛碇缶筒粫?huì)變化的一些自己特有的特征，包括DNA，指紋，體味，虹膜等

9、等一系列我們天生就擁有的東西。而這些我們不變的東西往往是最好也是最容易辨別我們個(gè)人身份的特征，所以現(xiàn)在發(fā)展較為成熟的生物識別技術(shù)大多都是生理特征方面的。下面我就舉其中的幾個(gè)例子來進(jìn)行基本的說明。2.1.1指紋識別指紋識別是最早的也是現(xiàn)在發(fā)展的最完善的生物特征識別技術(shù)，在生活中指紋識別非常的常見，很多人在用的蘋果手機(jī)也一樣運(yùn)用了指紋識別的技術(shù)。其實(shí)所謂的指紋識別，核心的內(nèi)容就是指紋匹配，用過蘋果手機(jī)的人都知道，用來解鎖的指紋識別首先就要進(jìn)行的是指紋的錄入，也就是對于你的指紋進(jìn)行記錄，用專業(yè)的術(shù)語來說就是進(jìn)行指紋的特征提取。而后存入到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，下次當(dāng)用戶再想打開手機(jī)屏幕的時(shí)候，就從數(shù)據(jù)庫中調(diào)

10、出所存入的指紋進(jìn)行匹配，進(jìn)而進(jìn)行決策是否為你打開手機(jī)屏幕，這個(gè)叫做匹配決策。其實(shí)在每次進(jìn)行指紋識別的時(shí)候都要進(jìn)行特征的提取以用于跟數(shù)據(jù)庫中的已存數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。這就是我們現(xiàn)在所運(yùn)用最廣泛的指紋識別。2.1.2虹膜識別我們在很多電視跟電影里面都看見過類似的場景，就是在美國那些設(shè)計(jì)到國家安全機(jī)密的機(jī)構(gòu)中進(jìn)出一些比較核心的地方人們都會(huì)將眼睛靠在一個(gè)粘在墻上的儀器上面進(jìn)行身份識別，從而打開那道門。這就是我現(xiàn)在要說的虹膜識別。說到虹膜我先要解釋一下這是個(gè)什么器官。虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環(huán)狀部分，總體上呈現(xiàn)一種由里到外的放射狀結(jié)構(gòu),包含有很多相互交錯(cuò)的斑點(diǎn)、細(xì)絲、冠狀、條紋、隱窩等細(xì)節(jié)特征

11、 ,這些特征在出生之前以隨機(jī)組合的方式確定下來 ,一旦形成終生不變。所以虹膜識別就是利用虹膜的這種終身不變性跟人人之間的差異性來進(jìn)行身份識別的。虹膜識別其實(shí)是利用算法來完成的，其算法內(nèi)容包括虹膜定位，虹膜編碼，跟匹配決策三個(gè)階段，其中虹膜編碼又稱為模式表達(dá)。典型的算法是利用虹膜內(nèi)外邊界近似環(huán)形的特性來搜索虹膜的內(nèi)外邊界。何家峰等提出一種兩步定位法 ,即先利用灰度投影量進(jìn)行粗定位 ,再利用圓形模板進(jìn)行精定位 ,提高了定位的準(zhǔn)確度和速度。虹膜識別雖然精確，但是畢竟對人類的身體健康還是會(huì)有一定影響的，這點(diǎn)也就遠(yuǎn)不如指紋識別要更加被人們所接受。2.1.3 人臉識別人臉識別也是現(xiàn)在發(fā)展的還算是比較成熟的

12、另一種生物特征識別方式，其實(shí)相對于指紋識別，虹膜識別等等一些列其他的運(yùn)用在更加細(xì)微的特征上的識別技術(shù)來說，人臉識別的準(zhǔn)確度相比于他們還是低了一些，但是由于這種識別方式更加的自然，也相對于虹膜識別來說也更加的健康，安全，所以更加被人們所接受。人臉識別有很多種，其實(shí)總的來說就是用數(shù)學(xué)的方法來進(jìn)行識別，而數(shù)學(xué)大家都知道，分為幾何方法跟代數(shù)方法。幾何方法就是運(yùn)用選取幾何的特征矢量的方式來反映不同的人面部有不同的特性，從而達(dá)到識別的目的，但是這種方法由于需要很高的精確度，所以現(xiàn)在還是試驗(yàn)階段，并沒有投入使用。代數(shù)的方法就是選取代數(shù)的特征矢量來表示人臉。最經(jīng)典的當(dāng)屬在讀取人臉之后的總體散布矩陣作為初始矩陣

13、進(jìn)行K-L變換得到相應(yīng)的一組特征矢量，從而形成一組坐標(biāo)系來描述人臉特征2。人臉識別是最為方便快捷的一種識別方法，我想以后在他的精確度上如果有新的突破的話，它必將取代指紋識別成為最大眾化的生物特征識別方式。2.1.4 DNA識別DNA，學(xué)名叫脫氧核糖核酸，是人類的遺傳因子，學(xué)過高中生物之后我們大家都知道，人與人的DNA是不可能一樣的，所以理論上講用它來做特征識別是最具有效性跟權(quán)威性的了，當(dāng)然，對于某些雙胞胎個(gè)體的鑒別除外。DAN可以在人類的身體上任何一處地方提取，不像指紋識別或者虹膜識別那樣必須從一個(gè)器官上提取特征，但是我們大家都知道，這項(xiàng)工作在我們現(xiàn)在高節(jié)奏的生活當(dāng)中其實(shí)是根本不可能融入的。首

14、先這項(xiàng)識別必須在實(shí)驗(yàn)室才能夠進(jìn)行，而后就是人們會(huì)不會(huì)接受這樣的識別方式也是有待考證的。所以，現(xiàn)在的這項(xiàng)識別技術(shù)只有在親子鑒定上才會(huì)用的到。當(dāng)然以后科學(xué)發(fā)展的越來越發(fā)達(dá)，或許我們就不用在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行DNA的身份鑒定也不是沒有可能的事情。2.1.5 掌紋識別相比于指紋識別，掌紋識別是用整個(gè)手掌，所以聽起來更加能夠被大眾所接受，而且掌紋識別的特征會(huì)較為明顯。手掌上最明顯的有3到5條掌線，成為我們手掌上的主線。在我們的手掌上，能夠用來當(dāng)做特征進(jìn)行識別的有很多，手掌的長，寬還有面積等，這些都稱為幾何特征，還有主線的特征，褶皺特征，還有我們通常說的三角區(qū)域的特征，還有就是細(xì)節(jié)方面的特征。2現(xiàn)在社會(huì)上，比較

15、常用的兩種掌紋識別是主線識別跟褶皺識別。掌紋特征識別包括兩個(gè)步驟，掌紋特征提取和掌紋特征匹配，這跟我們其他的生理特征識別的基本步驟是一樣的，掌紋識別的特征提取主要分為兩種，特征線提取和特征點(diǎn)提取，而且他們都有自己的有點(diǎn)，特征線提取的話可以英語低分辨率的圖像，二特征點(diǎn)提取則是提取速度比較快。至于特征匹配前文已經(jīng)講述很詳細(xì)了，這里便不在贅述。 除了上述描述的兩種生理特征識別技術(shù)的典型代表以外，剩下的生理特征識別也在生活中某些地方應(yīng)用著，有些也處于開發(fā)或者完善之中，生理特征識別其實(shí)就是我們生物特征識別的主體，因?yàn)楝F(xiàn)在絕大部分的識別技術(shù)都是依托于每個(gè)人的固有特征進(jìn)行開發(fā)2.2 基于行為特征的生物識別技

16、術(shù)說到行為特征，就是我們一系列的日常行為所擁有的特征，這些是我們后天養(yǎng)成的并不是我們先天就擁有的。有人會(huì)問，那后天養(yǎng)成的行為習(xí)慣肯定會(huì)有人相似甚至一模一樣啊。是的，但是我們可以從眾多的后天養(yǎng)成的行為中挑選出我們獨(dú)一無二的東西，這樣就可以進(jìn)行識別啦。由于行為特征識別現(xiàn)在生活中運(yùn)用的并不是十分廣泛，我在這里舉兩個(gè)例子：2.2.1 簽名識別簽名識別其實(shí)就是運(yùn)用每個(gè)人簽名是的筆跡或者手法來進(jìn)行識別，這種東西聽起來確實(shí)挺難以置信的，但是其實(shí)找到這么幾個(gè)可以識別的點(diǎn)的話，要做到其實(shí)并不難。就是通過寫字是行筆的速度，對于紙面的壓力還有寫字時(shí)筆尖的傾斜度來進(jìn)行身份的識別。近年來由于計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地發(fā)展，現(xiàn)在這

17、項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)愈發(fā)的成熟，目前提出的簽名認(rèn)證方法, 按照所應(yīng)用的模型可以歸為三類:模板匹配的方法3，隱馬爾可夫模型方法4，譜分析法5。模板匹配的方法是計(jì)算被測簽名和參考簽名的特征矢量間的距離進(jìn)行匹配，隱馬爾可夫模型方法是將簽名分成一系列幀或狀態(tài), 然后與從其它簽名中抽取的對應(yīng)狀態(tài)相比較，譜分析法是利用倒頻譜或?qū)?shù)譜等對簽名進(jìn)行認(rèn)證.2.2.2 聲紋識別每個(gè)人從生來就是不一樣的，有時(shí)我們經(jīng)常會(huì)在沒有看見某人的時(shí)候，聽見他的聲音也可以知道這個(gè)人就在附近，為什么？就是因?yàn)槊總€(gè)人都有自己的說話時(shí)候的特殊的語言習(xí)慣，二這些習(xí)慣通常反應(yīng)在我們說話時(shí)候發(fā)出來的聲紋里面，所以聲紋也可以用作為我們的行為特征識別技術(shù)

18、。聲紋識別俗稱就是說話識別，就是通過語音的波形中反應(yīng)說話的人生理，心理和行為特征的識別技術(shù)。聲音的識別設(shè)備不斷地測量、記錄聲音的波形和變化,消除噪聲后通過LPC分析得到倒譜系數(shù)、差值倒譜系數(shù)、基音頻率及差值基音頻率等特征參數(shù),將采集到的聲音同登記過的聲音模式匹配,從而識別出說話的人?，F(xiàn)在我們社會(huì)上存在的聲紋識別系統(tǒng)大部分都是由三部分組成: 聲音信號的分割、特征提取和說話人識別。其中說話人識別模型又可分為參數(shù)模型和非參數(shù)模型兩部分6。2.2.3步態(tài)識別當(dāng)我們跟朋友一起走在大街上的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)談?wù)撨@樣的話題，你看，他內(nèi)八字，他外八字這類的話題，這說的是一個(gè)人的走路姿勢，而這種走路姿勢我們稱為步態(tài)的

19、一部分，那么什么是步態(tài)呢？步態(tài)就是人走路的姿態(tài)，八字也是姿態(tài)，但是他只是不太得一部分，我們勇于特征識別的步態(tài)是每個(gè)時(shí)刻身體的各個(gè)部位相對運(yùn)動(dòng)而組成的。每個(gè)人走路都會(huì)有自己獨(dú)特的姿態(tài)，我們的步態(tài)組成是由我們身上所有在運(yùn)動(dòng)的肌肉跟骨骼組成的。現(xiàn)在的步態(tài)識別領(lǐng)域是我們的特征識別中的一個(gè)新興領(lǐng)域，步態(tài)識別可以在被識別者在沒有察覺的情況下對于他進(jìn)行各個(gè)角度進(jìn)行非接觸性的測量。步態(tài)識別旨在從相同的行走行為中尋找和提取個(gè)體之間的變化特征,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的身份識別,它是融合計(jì)算機(jī)視覺、模式識別與視頻、圖像序列處理的一門技術(shù)。后天所養(yǎng)成的行為過多也過于復(fù)雜，所以這里我只簡要贅述兩種方式，我相信還有很所很多的行為特征

20、可以用于進(jìn)行身份認(rèn)證，等待著我們?nèi)グl(fā)掘，去嘗試。3. 對于當(dāng)前的生物識別技術(shù)的認(rèn)識以及對未來的展望通過上述的陳述我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在在社會(huì)上存在的生物識別技術(shù)并不是很成熟，雖然我們國家的指紋識別技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界的前列8，但是我認(rèn)為我們還是應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究，突破現(xiàn)存的各種各樣的困難，拓寬我們現(xiàn)有的應(yīng)用領(lǐng)域，從而達(dá)到生物識別技術(shù)的普及化，現(xiàn)代化，科學(xué)化。首先不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在我們已經(jīng)發(fā)展成熟的識別技術(shù)已經(jīng)在高流量的社會(huì)地域得到了應(yīng)用，在日常生活中得到了普及。在我們身邊，包括學(xué)校，機(jī)場等等一系列人口密集的區(qū)域，都得到了廣泛的應(yīng)用，這不僅給我們的生活帶來了方便，同時(shí)節(jié)省了我們的時(shí)間，提高了我們的生活效率

21、，這也是我們應(yīng)該大力推廣它的理由。所以，我的建議是在更加多的場所開展這種特征識別技術(shù)的試驗(yàn)性運(yùn)行，以驗(yàn)證是否可以達(dá)到我們的最初目的，像大家去球場看球的時(shí)候就可以通過指紋入場，這樣也節(jié)省了大家入場的時(shí)間，也就沒必要早早地到球場排隊(duì)了，同時(shí)也節(jié)省了紙質(zhì)票的成本，大大的降低了社會(huì)污染，保護(hù)了環(huán)境，豈不是一舉兩得的事情。而且我國的二代身份證也給我們生物特征識別技術(shù)預(yù)留了空間9。第二就是我們的識別系統(tǒng)現(xiàn)在僅僅是在單機(jī)范圍內(nèi)運(yùn)行的，如果我們想要形成廣范圍的識別系統(tǒng)的連接，從而達(dá)到我們的生物識別系統(tǒng)的社會(huì)大眾化與同步，我們肯定是要將我們的系統(tǒng)同網(wǎng)絡(luò)連接之后才可以進(jìn)行正常工作的，這也是我認(rèn)為現(xiàn)在需要解決的問題

22、之一。當(dāng)然我們知道一旦連接網(wǎng)絡(luò)，很多問題就是接踵而至，我覺得需要解決的問題大概有這么幾點(diǎn)：(1)在一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)上傳送用戶的生物特征模板, 應(yīng)當(dāng)使用高級加密工具來保障其通信安全;(2)保證生物特征獲取裝置檢測的是真正的用戶特征, 而不是照片或記錄, 防止生物特征信息被篡改或替換;(3)認(rèn)證需要通過網(wǎng)絡(luò)在中央服務(wù)器上進(jìn)行, 應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)可升級的、安全的平臺(tái)來有效地管理模板文件;(4)為有效防止黑客攻擊, 阻止其繞過系統(tǒng)安全檢測, 應(yīng)當(dāng)將生物特征登錄程序與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)緊密集成;（5)保證即使大量的應(yīng)用使用用戶的同一種生物特征, 也不會(huì)造成未經(jīng)授權(quán)而互相訪問的情況.據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界范圍內(nèi)生物特征識

23、別產(chǎn)品約有50%是指紋識別，人臉識別、掌形識別和虹膜識別各占10%左右，另有少量的聲音識別和筆跡識別，而其他的識別技術(shù)大多還處于研究階段，鮮有應(yīng)用10。所以我認(rèn)為我們需要在現(xiàn)有的技術(shù)上進(jìn)行改革創(chuàng)新，單一的識別技術(shù)在現(xiàn)在的社會(huì)中已經(jīng)慢慢的體現(xiàn)出了他的局限性，我們需要開發(fā)較為高端的新的識別技術(shù)，也可以通過某兩種或者多種的特征進(jìn)行融合統(tǒng)一到一起進(jìn)行識別，這樣，不僅僅拓寬了這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用空間，同時(shí)也更加提高了安全性和準(zhǔn)確性。最后就是現(xiàn)在進(jìn)行這種研究的機(jī)構(gòu)很多很多，我覺得應(yīng)該在世界上成立一個(gè)這樣的總體組織，把這些機(jī)構(gòu)都團(tuán)結(jié)起來，然后形成一個(gè)集團(tuán)，并且設(shè)立一些基本的準(zhǔn)則以及大的方向，這樣的話才能使生物特征

24、識別技術(shù)得到更加良好的長遠(yuǎn)的發(fā)展。生物特征識別技術(shù)，不單單是一項(xiàng)在學(xué)術(shù)上有著很高的研究價(jià)值的技術(shù)，同樣在現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)漸漸被人們所接受，成為社會(huì)必不可少的組成部分。鑒于生物特征識別技術(shù)是在這個(gè)日益信息化的社會(huì)中對于信息提供良好保護(hù)的最佳手段，近年來研究這個(gè)的機(jī)構(gòu)越來越多，產(chǎn)品種類以及產(chǎn)品銷售熟練也是直線上升的，這不僅對于老的保密措施以及識別技術(shù)是一種沖擊，我相信，以后必定會(huì)完全取代他們，之后生物特征識別技術(shù)將會(huì)成為世界上最安全，最可靠，最先進(jìn)的保密安全措施，這就是這個(gè)領(lǐng)域所要達(dá)到的最終目的。參考文獻(xiàn)：1 Prabhakar S, Pankanti S, Jain A K. Biometric

25、recognition: Security and privacy and privacy concerns J. IEEE Security Privacy Mag, 2003, 1( 2): 33- 42.2 Turk M A, Pent land A P. Facerecognition using eigenfaces C . Proceedings of the 1991, IEEE Com put er Society Conference on CV PR, 1991: 586- 591.3D Zhang, W Shu .Two novel characteristics in palmprint verification:datum point in variance and lin