生物特征識(shí)別技術(shù)作為一種身份識(shí)別的手段，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)信息安全具有重要意義，下面是小編精心推薦的生物識(shí)別技術(shù)論文，希望你能有所感觸!

生物識(shí)別技術(shù)論文篇一

生物特征識(shí)別技術(shù)概述

【摘 要】生物特征識(shí)別技術(shù)是利用人的生理特征或行為特征，來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。文章論述了現(xiàn)有的各種生物特征識(shí)別技術(shù)的原理、特征、 應(yīng)用 的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了生物特征識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 工作和 發(fā)展 趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】身份鑒別;生物特征識(shí)別;標(biāo)準(zhǔn)化

網(wǎng)絡(luò) 信息化 時(shí)代 的一大特征就是個(gè)人身份的數(shù)字化和隱性化。如何準(zhǔn)確鑒定一個(gè)人的身份，保護(hù)信息安全是當(dāng)今信息化時(shí)代必須解決的一個(gè)關(guān)鍵性 社會(huì) 問題 。 目前 ，我國(guó)的各種 管理大部分使用證件、磁卡、IC卡和密碼，這些手段無法避免偽造或遺失，密碼也很容易被竊取或遺忘。這些都給管理者和使用者帶來很大不方便。生物特征身份鑒別 方法 可以避免這些麻煩。因此，這一技術(shù)已成為身份鑒別領(lǐng)域的 研究 熱點(diǎn)。

所謂生物特征識(shí)別技術(shù)就是，通過 計(jì)算 機(jī)與各種傳感器和生物 統(tǒng)計(jì)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和行為特征，來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。生理特征與生俱來，多為先天性的;行為特征則是習(xí)慣使然，多為后天性的。將生理和行為特征統(tǒng)稱為生物特征。

并非所有的生物特征都可用于個(gè)人的身份鑒別。身份鑒別可利用的生物特征必須滿足以下幾個(gè)條件：第一，普遍性：即必須每個(gè)人都具備這種特征。第二，唯一性：即任何兩個(gè)人的特征是不一樣的。第三，可測(cè)量性：即特征可測(cè)量。第四，穩(wěn)定性：即特征在一段時(shí)間內(nèi)不改變。當(dāng)然，在應(yīng)用過程中，還要考慮其他的實(shí)際因素，比如：識(shí)別精度、識(shí)別速度、對(duì)人體無傷害、被識(shí)別者的接受性等等?，F(xiàn)在常用的生物特征有：人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、手形識(shí)別、指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、簽名識(shí)別、聲音識(shí)別等。下面將分別介紹各種生物特征識(shí)別技術(shù)：

一、生物識(shí)別技術(shù)介紹

常用的生理特征有臉像、指紋、虹膜等;常用的行為特征有步態(tài)、簽名等。聲紋兼具生理和行為的特點(diǎn)，介于兩者之間。

(一)基于生理特征的識(shí)別技術(shù)

1.指紋識(shí)別。指紋識(shí)別技術(shù)是通過取像設(shè)備讀取指紋圖像，然后用 計(jì)算機(jī)識(shí)別 軟件 分析 指紋的全局特征和指紋的局部特征，特征點(diǎn)如嵴、谷、終點(diǎn)、分叉點(diǎn)和分歧點(diǎn)等，從指紋中抽取特征值，可以非?？煽康赝ㄟ^指紋來確認(rèn)一個(gè)人的身份。

指紋識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：研究 歷史 較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟;指紋圖像提取設(shè)備小巧;同類產(chǎn)品中，指紋識(shí)別的成本較低。其缺點(diǎn)表現(xiàn)在：指紋識(shí)別是物理接觸式的，具有侵犯性;指紋易磨損，手指太干或太濕都不易提取圖像。

2.虹膜識(shí)別。虹膜識(shí)別技術(shù)是利用虹膜終身不變性和差異性的特點(diǎn)來識(shí)別身份的，虹膜是一種在眼睛中瞳孔內(nèi)的織物狀的各色環(huán)狀物，每個(gè)虹膜都包含一個(gè)獨(dú)一無二的基于水晶體、細(xì)絲、斑點(diǎn)、凹點(diǎn)、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)。虹膜在眼睛的內(nèi)部，用外科手術(shù)很難改變其結(jié)構(gòu);由于瞳孔隨光線的強(qiáng)弱變化，想用偽造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。目前世界上還沒有發(fā)現(xiàn)虹膜特征重復(fù)的案例，就是同一個(gè)人的左右眼虹膜也有很大區(qū)別。除了白內(nèi)障等原因外，即使是接受了角膜移植手術(shù)，虹膜也不會(huì)改變。虹膜識(shí)別技術(shù)與相應(yīng)的算法結(jié)合后，可以到達(dá)十分優(yōu)異的準(zhǔn)確度，即使全人類的虹膜信息都錄入到一個(gè)數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)認(rèn)假和拒假的可能性也相當(dāng)小。

和常用的指紋識(shí)別相比，虹膜識(shí)別技術(shù)操作更簡(jiǎn)便，檢驗(yàn)的精確度也更高。統(tǒng)計(jì)表明，到目前為止，虹膜識(shí)別的錯(cuò)誤率是各種生物特征識(shí)別中最低的，并且具有很強(qiáng)的實(shí)用性，386以上計(jì)算機(jī)CCD攝像機(jī)即可滿足對(duì)硬件的需求。

3.視網(wǎng)膜識(shí)別。人體的血管紋路也是具有獨(dú)特性的，人的視網(wǎng)膜上面血管的圖樣可以利用光學(xué)方法透過人眼晶體來測(cè)定。用于生物識(shí)別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍，即視網(wǎng)膜四層細(xì)胞的最遠(yuǎn)處。如果視網(wǎng)膜不被損傷，從三歲起就會(huì)終身不變。同虹膜識(shí)別技術(shù)一樣，視網(wǎng)膜掃描可能具有最可靠、最值得信賴的生物識(shí)別技術(shù)，但它運(yùn)用起來的難度較大。視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)要求激光照射眼球的背面以獲得視網(wǎng)膜特征的唯一性。

視網(wǎng)膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征，因?yàn)樗恰半[藏”的，故而不易磨損，老化或是為疾病 影響 ;非接觸性的;視網(wǎng)膜是不可見的，故而不會(huì)被偽造。缺點(diǎn)是:視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過任何測(cè)試，可能會(huì)給使用者帶來健康的損壞，這需要進(jìn)一步的研究;對(duì)于消費(fèi)者，視網(wǎng)膜技術(shù)沒有吸引力;很難進(jìn)一步降低它的成本。

4.面部識(shí)別。面部識(shí)別技術(shù)通過對(duì)面部特征和它們之間的關(guān)系(眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對(duì)位置)來進(jìn)行識(shí)別，用于撲捉面部圖像的兩項(xiàng)技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)視頻和熱成像技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)視頻技術(shù)通過視頻攝像頭攝取面部的圖像，熱成像技術(shù)通過分析由面部的毛細(xì)血管的血液產(chǎn)生的熱線來產(chǎn)生面部圖像，與視頻攝像頭不同，熱成像技術(shù)并不需要在較好的光源，即使在黑暗情況下也可以使用。

面部識(shí)別技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是：非接觸性的。缺點(diǎn)是：要比較高級(jí)的攝像頭才可有效高速地?fù)渥矫娌繄D像;使用者面部的位置與周圍的光 環(huán)境都可能影響系統(tǒng)的精確性，而且面部識(shí)別也是最容易被欺騙的;另外，對(duì)于因人體面部的如頭發(fā)，飾物，變老以及其他的變化可能需要通過人工智能技術(shù)來得到補(bǔ)償;對(duì)于采集圖像的設(shè)備會(huì)比其他技術(shù)昂貴得多。這些因素限制了面部識(shí)別技術(shù)廣泛地運(yùn)用。

5.掌紋識(shí)別。掌紋與指紋一樣也具有穩(wěn)定性和唯一性，利用掌紋的線特征、點(diǎn)特征、紋理特征、幾何特征等完全可以確定一個(gè)人的身份，因此掌紋識(shí)別是基于生物特征身份認(rèn)證技術(shù)的重要 內(nèi)容 。目前采用的掌紋圖象主要分脫機(jī)掌紋和在線掌紋兩大類。脫機(jī)掌紋圖象，是指在手掌上涂上油墨，然后在一張白紙上按印，然后通過掃描儀進(jìn)行掃描而得到數(shù)字化的圖象。在線掌紋則是用專用的掌紋采樣設(shè)備直接獲取，圖象質(zhì)量相對(duì)比較穩(wěn)定。隨著網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，在線身份認(rèn)證將變得更加重要。

掌紋識(shí)別一般用作整體分離后的同一認(rèn)定。有將其用做批量商品的防偽，以防止成箱的商品內(nèi)有部分被“調(diào)包”，以部分贗品充真。也有將其用于通道口安全防范系統(tǒng)。

6.手形識(shí)別。手形指的是手的外部輪廓所構(gòu)成的幾何圖形.手形識(shí)別技術(shù)中，可利用的手形幾何信息包括手指不同部位的寬度、手掌寬度和厚度、手指的長(zhǎng)度等。經(jīng)過生物學(xué)家大量實(shí)驗(yàn)證明，人的手形在一段時(shí)期具有穩(wěn)定性，且兩個(gè)不同人手形是不同的，即手形作為人的生物特征具有唯一性，手形作為生物特征也具有穩(wěn)定性，且手形也比較容易采集，故可以利用手形對(duì)人的身份進(jìn)行識(shí)別和認(rèn)證.

手形識(shí)別是速度最快的一種生物特征識(shí)別技術(shù)，它對(duì)設(shè)備的要求較低，圖像處理簡(jiǎn)單，且可接受程度較高。由于手形特征不像指紋和掌紋特征那樣具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于認(rèn)證，滿足中/低級(jí)的安全要求。

7.紅外溫譜圖。人的身體各個(gè)部位都在向外散發(fā)熱量，而這種散發(fā)熱量的模式就是一種每人都不同的生物特征。通過紅外設(shè)備可以獲得反映身體各個(gè)部位的發(fā)熱強(qiáng)度的圖像，這種圖像稱為溫譜圖。拍攝溫譜圖的方法和拍攝普通照片的方法類似，因此，可以用人體的各個(gè)部位來進(jìn)行鑒別，比如可對(duì)面部或手背靜脈結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒別來區(qū)分不同的身份。

溫譜圖的數(shù)據(jù)采集方式?jīng)Q定了利用溫譜圖的方法可以用于隱蔽的身份鑒定。除了用來進(jìn)行身份鑒別外，溫譜圖的另一個(gè)應(yīng)用是吸毒檢測(cè)，因?yàn)槿梭w服用某種毒品后，其溫譜圖會(huì)顯示特定的結(jié)構(gòu)。

溫譜圖的方法具有可接受性，因?yàn)閿?shù)據(jù)的獲取是非接觸式的，具有非侵犯性。但是，人體的溫譜值受外界環(huán)境影響很大，對(duì)于每個(gè)人來說不是完全固定的。目前，已經(jīng)有溫譜圖身份鑒別的產(chǎn)品，但是由于紅外測(cè)溫設(shè)備的昂貴價(jià)格，使得該技術(shù)不能得到廣泛的應(yīng)用。

8.人耳識(shí)別。人耳識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代末開始興起的一種生物特征識(shí)別技術(shù)。人耳具有獨(dú)特的生理特征和觀測(cè)角度的優(yōu)勢(shì)，使人耳識(shí)別技術(shù)具有相當(dāng)?shù)?理論 研究?jī)r(jià)值和實(shí)際應(yīng)用前景。從生理解剖學(xué)上，人的外耳分耳廓和外耳道。人耳識(shí)別的對(duì)象實(shí)際上是外耳裸露在外的耳廓，也就是人們習(xí)慣上所說的“耳朵”。一套完整的人耳自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)過程：人耳圖像采集、圖像的預(yù)處理、人耳圖像的邊緣檢測(cè)與分割、特征提取、人耳圖像的識(shí)別。目前的人耳識(shí)別技術(shù)是在特定的人耳圖像庫(kù)上實(shí)現(xiàn)的，一般通過攝像機(jī)或數(shù)碼相機(jī)采集一定數(shù)量的人耳圖像，建立人耳圖像庫(kù)，動(dòng)態(tài)的人耳圖像檢測(cè)與獲取尚未實(shí)現(xiàn)。

與其它生物特征識(shí)別技術(shù)比較人耳識(shí)別具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)與人臉識(shí)別方法比較，耳識(shí)別方法不受面部表情、化妝品和胡須變化的影響，同時(shí)保留了面部識(shí)別圖象采集方便的優(yōu)點(diǎn)，與人臉相比，整個(gè)人耳的顏色更加一致、圖像尺寸更小，數(shù)據(jù)處理量也更小。(2)與指紋識(shí)別方法比較，耳圖象的獲取是非接觸的，其信息獲取方式容易被人接受。(3)與虹膜識(shí)別方法比較，耳圖像采集更為方便。并且，虹膜采集裝置的成本要高于耳采集裝置。

9.味紋識(shí)別。人的身體是一種味源，人類的氣味，雖然會(huì)受到飲食、情緒、 環(huán)境、時(shí)間等因素的 影響 和干擾，其成分和含量會(huì)發(fā)生一定的變化，但作為由基因決定的那一部分氣味——味紋卻始終存在，而且終生不變，可以作為識(shí)別任何一個(gè)人的標(biāo)記。

由于氣味的性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，如果將其密封在試管里制成氣味檔案，足足可以保存3年，即使是在露天空氣中也能保存18小時(shí)。 科學(xué) 家告訴我們，人的味紋從手掌中可以輕易獲得。首先將手掌握過的物品，用一塊經(jīng)過特殊處理的棉布包裹住，放進(jìn)一個(gè)密封的容器，然后通入氮?dú)?，讓氣流慢慢地把氣味分子轉(zhuǎn)移到棉布上，這塊棉布就成了保持人類味紋的檔案?？梢岳糜?xùn)練有素的警犬或 電子 鼻來識(shí)別不同的氣味。

10.基因(DNA)識(shí)別。DNA(脫氧核糖核酸)存在于一切有核的動(dòng)(植)物中，生物的全部遺傳信息都貯存在DNA分子里。DNA 識(shí)別是利用不同的人體的細(xì)胞中具有不同的DNA 分子結(jié)構(gòu)。人體內(nèi)的DNA 在整個(gè)人類范圍內(nèi)具有唯一性和永久性。因此， 除了對(duì)雙胞胎個(gè)體的鑒別可能失去它應(yīng)有的功能外， 這種 方法 具有絕對(duì)的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。不象指紋必須從手指上提取，DNA 模式在身體的每一個(gè)細(xì)胞和 組織都一樣。這種方法的準(zhǔn)確性優(yōu)于其他任何生物特征識(shí)別方法， 它廣泛 應(yīng)用 于識(shí)別罪犯。它的主要 問題 是使用者的倫理問題和實(shí)際的可接受性， DNA 模式識(shí)別必須在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行， 不能達(dá)到實(shí)時(shí)以及抗干擾， 耗時(shí)長(zhǎng)是另一個(gè)問題。這就限制了DNA 識(shí)別技術(shù)的使用; 另外， 某些特殊疾病可能改變?nèi)梭wDNA 的結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)無法對(duì)這類人群進(jìn)行識(shí)別。

(二)基于行為特征的生物識(shí)別技術(shù)

1.步態(tài)識(shí)別。步態(tài)是指人們行走時(shí)的方式，這是一種復(fù)雜的行為特征。步態(tài)識(shí)別主要提取的特征是人體每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。盡管步態(tài)不是每個(gè)人都不相同的，但是它也提供了充足的信息來識(shí)別人的身份。步態(tài)識(shí)別的輸入是一段行走的視頻圖像序列，因此其數(shù)據(jù)采集與臉相識(shí)別類似，具有非侵犯性和可接受性。但是，由于序列圖像的數(shù)據(jù)量較大，因此步態(tài)識(shí)別的 計(jì)算 復(fù)雜性比較高，處理起來也比較困難。盡管生物力學(xué)中對(duì)于步態(tài)進(jìn)行了大量的 研究 工作，基于步態(tài)的身份鑒別的研究工作卻是剛剛開始。到 目前 為止，還沒有商業(yè)化的基于步態(tài)的身份鑒別系統(tǒng)。

2.擊鍵識(shí)別。這是基于人擊鍵時(shí)的特性如: 擊鍵的持續(xù)時(shí)間、擊不同鍵之間的時(shí)間、出錯(cuò)的頻率以及力度大小等而達(dá)到進(jìn)行身份識(shí)別的目的。上世紀(jì)80年代初期，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局研究證實(shí)，擊鍵方式是一種可以被識(shí)別的動(dòng)態(tài)特征。

3.簽名識(shí)別。簽名作為身份認(rèn)證的手段已經(jīng)用了幾百年了，而且我們都很熟悉在銀行的格式表單中簽名作為我們身份的標(biāo)志。將簽名數(shù)字化是這樣一個(gè)過程：測(cè)量圖像本身以及整個(gè)簽名的動(dòng)作——在每個(gè)字母以及字母之間的不同的速度、順序和壓力。簽名識(shí)別易被大眾接受，是一種公認(rèn)的身份識(shí)別的技術(shù)。但事實(shí)表明人們的簽名在不同的時(shí)期和不同的精神狀態(tài)下是不一樣的。 這就降低了簽名識(shí)別系統(tǒng)的可靠性。

(三)兼具生理特征和行為特征的聲紋識(shí)別

聲音識(shí)別本質(zhì)上是一個(gè)模式識(shí)別問題。 識(shí)別時(shí)需要說話人講一句或幾句試驗(yàn)短句，對(duì)它們進(jìn)行某些測(cè)量，然后計(jì)算量度矢量與存儲(chǔ)的 參考 矢量之間的一個(gè)(或多個(gè)) 距離函數(shù)。語音信號(hào)獲取方便，并且可以通過電話進(jìn)行鑒別。語音識(shí)別系統(tǒng)對(duì)人們?cè)诟忻皶r(shí)變得嘶啞的聲音比較敏感;另外，同一個(gè)人的磁帶錄音也能欺騙語音識(shí)別系統(tǒng)。

(四)不同生物特征識(shí)別技術(shù)的比較

各種生物特征識(shí)別技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在下表中，將各種生物特征識(shí)別技術(shù)的性能進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的比較。

二、生物特征識(shí)別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作

隨著IT的 發(fā)展 ，人們獲取生物特征的方法也越來越多，而且可獲取的生物特征種類也在不斷增加。但不管生物特征識(shí)別的手段如何、獲取何種生物特征，對(duì)于某一個(gè)具體的人，其相應(yīng)的生物特征是確定的，因此通過多種手段獲取的生物特征之間應(yīng)該存在信息的共享和交換。為達(dá)到信息交互，采用統(tǒng)一的準(zhǔn)則評(píng)價(jià)生物特征識(shí)別和特征信息，需要制定生物特征識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

目前，生物特征識(shí)別的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由ISO/IEC JTC1負(fù)責(zé)，而近期對(duì)此項(xiàng)工作的關(guān)注主要源于9.11恐怖襲擊事件。美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家為防止和打擊恐怖活動(dòng)，提出了基于生物特征識(shí)別的國(guó)防土安全，并提出在SC17和SC27的基礎(chǔ)上建立，在JTC1下面組建生物特征識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì)，即SC37。SC37自2002年6月成立以來，一直保持著快速的標(biāo)準(zhǔn)制定速度。從當(dāng)前SC37的標(biāo)準(zhǔn)制定情況可以看出在生物特征識(shí)別領(lǐng)域，當(dāng)前最急需的是用于信息共享和信息交換的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，其他接口、測(cè)試、輪廓類標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在的重點(diǎn)還處于概念性標(biāo)準(zhǔn)研制階段。

三、生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

(一)多生物特征識(shí)別融合

各種生物特征識(shí)別技術(shù)都有其一定的適用范圍和要求，單一的生物特征識(shí)別系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中顯現(xiàn)出各自的局限性，如有些人的指紋無法提取特征，患白內(nèi)障的人虹膜會(huì)發(fā)生變化等等， 統(tǒng)計(jì)顯示迄今為止，還沒有一個(gè)單生物特征能達(dá)到完美無錯(cuò)的要求。因此，生物特征識(shí)別領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新方向，即多種生物特征識(shí)別技術(shù)結(jié)合使用。將數(shù)據(jù)融合方法用于身份鑒別，結(jié)合多種生理和行為特征進(jìn)行身份鑒別具有低錯(cuò)誤拒絕率、特征變化的適應(yīng)性強(qiáng)，安全可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步精化了識(shí)別率，提高鑒別系統(tǒng)的可靠性。

(二)實(shí)時(shí)性要求

生物特征識(shí)別系統(tǒng)要求大量的計(jì)算，這其中包括圖像的預(yù)處理、特征提取與識(shí)別分類等。具有實(shí)時(shí)的快速計(jì)算能力是達(dá)到系統(tǒng)特定性能要求的關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)的方法基本上有兩條途徑：一是在 軟件上改進(jìn)即采用高效快速算法;二是在硬件上實(shí)現(xiàn)。

(三)生物特征識(shí)別技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合

傳統(tǒng)的用來識(shí)別身份的IC卡和生物特征識(shí)別技術(shù)的結(jié)合使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。智能IC卡利用其自身的存儲(chǔ)、計(jì)算功能，將人的生物識(shí)別特征存儲(chǔ)在卡內(nèi)，可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行脫機(jī)認(rèn)證，既提高了效率，又節(jié)省了聯(lián)網(wǎng)在線查詢的成本，有效地避免了“認(rèn)卡不認(rèn)人”的現(xiàn)象，以防由于卡的丟失及密碼泄露而帶來的損失。

四、結(jié)語

“執(zhí)生命密匙，啟身份之鎖”。全球生物特征識(shí)別技術(shù)市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)，生物識(shí)別領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸普及，已逐漸滲透到 社會(huì) 生活的各個(gè)方面，發(fā)展前景一片大好。

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