單元3生物識別技術(shù)

單元3生物識別技術(shù)第一頁，共90頁。

3.1生物特征識別技術(shù)概述

1、什么是生物特征識別技術(shù)？

生物特征識別技術(shù)是基于某人的生理特征或行為特征用自動化的方法予以辨識或認(rèn)證的技術(shù)。目前已利用的生理特征和行為特征包括：（1）生理特征：手指、手掌、眼睛（包括虹膜、視網(wǎng)膜）、面孔等。（2）行為特征：簽字、語音、步態(tài)等。一般來說，DNA不屬于這個范疇第二頁，共90頁。生物特征識別：人臉臉部熱量圖指紋手形手部血管分布虹膜視網(wǎng)膜簽名語音第三頁，共90頁。2、生物識別技術(shù)特點(diǎn)

（1）廣泛性：每個人都應(yīng)該具有這種特性。（2）唯一性：每個人擁有的特征應(yīng)該各不相同。（3）穩(wěn)定性：所選擇的特征應(yīng)該不隨時間的變化而發(fā)生變化。（4）可采集性：所選擇的特征應(yīng)該便于測量。第四頁，共90頁。5人體生物特征的起源于

傳統(tǒng)的身份認(rèn)證的問題基于知識的身份認(rèn)證容易忘記容易被盜容易攻擊基于令牌的身份認(rèn)證容易丟失容易被盜容易偽造知識+令牌第五頁，共90頁。6生物特征的評估普遍性 Universality唯一性

Uniqueness恒久性 Permanence易采集性 Collectability系統(tǒng)性能 Performance(achievableidentificationaccuracy,resourcerequirements,robustness)用戶接受程度 UserAcceptance防欺騙能力 ResistancetoCircumvention第六頁，共90頁。第七頁，共90頁。常用的生物認(rèn)證技術(shù)(1)指紋指紋認(rèn)證是目前國內(nèi)最為成熟的生物認(rèn)證技術(shù)。在古代就被用來代替簽字畫押，證明身份。由于指紋認(rèn)證具有方便、可靠、非侵害和價格便宜的的特點(diǎn)，已經(jīng)在許多行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，如公司或單位的考勤指紋機(jī)，銀行、證券等金融系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)，筆記本電腦的指紋識別器，以及犯罪現(xiàn)場的指紋識別等。指紋是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋線。紋線有規(guī)律的排列形成不同的紋型。紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)，稱為指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)（minutiae）。指紋認(rèn)證就是通過比較不同指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)來進(jìn)行鑒別。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，而且終身不變，因此指紋可用于身份認(rèn)證。第八頁，共90頁。（2）人臉人臉識別指利用分析比較人臉視覺特征信息進(jìn)行身份認(rèn)證的計算機(jī)技術(shù)。目前常用于數(shù)碼相機(jī)人臉自動對焦和笑臉快門技術(shù)、公安刑偵破案、門禁系統(tǒng)、攝像監(jiān)視系統(tǒng)等領(lǐng)域。由于人臉識別是利用可見光獲取人臉圖像信息，不容易引起人的注意而不容易被欺騙，而且在實(shí)際應(yīng)用場景下可以進(jìn)行多個人臉的分揀、判斷及識別。但是人臉容易受到表情、觀察角度、光照條件（例如白天和夜晚，室內(nèi)和室外等）、人臉的很多遮蓋物（例如口罩、墨鏡、頭發(fā)、胡須等）、年齡等多方面因素的影響，從而影響識別的準(zhǔn)確度。第九頁，共90頁。中科院人臉識別技術(shù)成功用于奧運(yùn)會開幕式

8月8日，數(shù)萬名觀眾由國家體育場鳥巢的100多個人臉識別系統(tǒng)快速身份驗(yàn)證關(guān)口有序入場，參加2008北京奧運(yùn)會的開幕式。據(jù)悉，該驗(yàn)證系統(tǒng)是由中科院自動化所研制的。第十頁，共90頁。（3）手形手形指的是手的外部輪廓所構(gòu)成的幾何圖形。在手形識別技術(shù)中，手形的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，人的手形在一段時期具有穩(wěn)定性，且兩個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。而且手形也具有穩(wěn)定性，且比較容易采集，故可以利用手形對人的身份進(jìn)行認(rèn)證。手形識別是速度最快的一種生物識別技術(shù)，它對設(shè)備的要求較低，圖像處理簡單，且可接受程度較高。由于手形特征不像指紋那樣具有高度的唯一性。因此，手形特征只用于滿足中／低級安全要求的認(rèn)證。第十一頁，共90頁。（4）掌紋掌紋是指手腕與手指之間的手掌表面上的各種紋線。掌紋與指紋一樣，具有高度的唯一性。掌紋識別就是根據(jù)掌紋的特征信息來進(jìn)行身份認(rèn)證。掌紋識別具有采樣簡單、圖像信息豐富、用戶接受程度高、不易偽造、受噪聲干擾小等特點(diǎn)受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。但是由于掌紋識別技術(shù)起步較晚，目前尚處于學(xué)習(xí)和借鑒其他生物特征識別技術(shù)的階段。第十二頁，共90頁。（5）聲紋聲紋識別又稱為說話人識別，是根據(jù)語音波形中反映說話人生理和行為的特征的語音參數(shù)進(jìn)行自動識別說話人身份的技術(shù)。所謂聲紋是用電聲學(xué)儀器顯示的攜帶言語信息的聲波頻譜。由于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，任何兩個人的聲紋圖譜都有差異，因此可以用于身份認(rèn)證。同人臉一樣，聲紋的提取可在不知不覺中完成，用戶的接受程度高，不容易被欺騙；而且一個麥克風(fēng)就可以獲取語音，識別成本低廉。但聲音易受身體狀況、年齡、情緒、噪音等的影響。第十三頁，共90頁。（6）虹膜眼睛的虹膜是由相當(dāng)復(fù)雜的纖維組織構(gòu)成，內(nèi)側(cè)與瞳孔相鄰，外側(cè)與眼白相鄰。虹膜與手指紋一樣，是獨(dú)一無二的，同一個人左右眼的虹膜紋理都不會相互認(rèn)同。而且虹膜在人的一生中都極其穩(wěn)定，不容易更改。虹膜識別技術(shù)是將虹膜的可視特征轉(zhuǎn)換成一個512個字節(jié)的虹膜代碼，這個代碼模板被存儲下來以便后期識別所用目前，虹膜識別被認(rèn)為是最佳的生物認(rèn)證技術(shù)，具有識別準(zhǔn)確性高、識別速度快、防偽性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前，虹膜識別技術(shù)在國外已廣泛應(yīng)用于航空、金融以及政府的反恐領(lǐng)域。但國內(nèi)成熟的產(chǎn)品還很少，僅限于科學(xué)研究。第十四頁，共90頁。（7）鑒名簽名識別，也被稱為簽名力學(xué)辯識，源于每個人都有自己獨(dú)特的書寫風(fēng)格，常分為靜態(tài)識別（離線）和動態(tài)識別（在線）兩種。靜態(tài)識別是通過掃描儀獲取簽名的圖像，分析簽字的靜態(tài)特征，如高度、寬度、交叉、分叉等；動態(tài)識別分析的是筆的移動，例如加速度、壓力、方向以及筆劃的長度，而非簽名的圖像本身。簽名識別和聲音識別一樣，是一種行為測定學(xué)。簽名作為身份認(rèn)證的手段已經(jīng)用了幾百年了，應(yīng)用范圍隨處可見，是一種能很容易被大眾接受而且是一種公認(rèn)的較為成熟的身份識別技術(shù)。然而，簽名識別的錯誤接受率很高，幾乎不可能用它進(jìn)行身份鑒定，一般只用于身份核實(shí)。第十五頁，共90頁。（8）視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜是眼睛底部的血液細(xì)胞層。通過視網(wǎng)膜掃描可以捕捉到視網(wǎng)膜的唯一模式。由于視網(wǎng)膜是隱藏在眼睛底部，很難受到磨損，老化等影響，是一種極其固定的生物特征；而且視網(wǎng)膜是不可見的，不會被偽造。因此，視網(wǎng)膜可用于用于身份認(rèn)證，有人甚至認(rèn)為視網(wǎng)膜是比虹膜更唯一的生物特征。但是視網(wǎng)膜技術(shù)可能會給使用者帶來健康的損壞，而且設(shè)備投入較為昂貴，識別過程的要求也高。第十六頁，共90頁。（9）步態(tài)識別步態(tài)識別是通過人的走路方式來識別人的身份的方法。步態(tài)是指人們行走時的方式。由于每個人在肌肉的力量、肌腱和骨骼長度、骨骼密度、視覺的靈敏程度、協(xié)調(diào)能力、經(jīng)歷、體重、重心、肌肉或骨骼受損的程度、生理條件以及個人走路的“風(fēng)格”上的不同，導(dǎo)致走路姿勢的不同。人類自身很善于進(jìn)行步態(tài)識別，在一定距離之外都有經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚋鶕?jù)人的步態(tài)辨別出熟悉的人。步態(tài)識別就是通過從相同的行走行為中尋找和提取個體之間的變化特征，以實(shí)現(xiàn)自動的身份識別。它是一種非接觸的生物特征識別技術(shù)，而且不需要人的行為配合，特別適合于遠(yuǎn)距離的身份識別。目前已廣泛應(yīng)用于智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域。第十七頁，共90頁。(10)DNADNA，又稱脫氧核糖核酸，是遺傳信息的載體。生物學(xué)家研究表明，人體內(nèi)的DNA在整個人類范圍內(nèi)具有唯一性和永久性。因此，DNA識別主要根據(jù)人體細(xì)胞中DNA分子的結(jié)構(gòu)因人而異的特點(diǎn)進(jìn)行身份認(rèn)證，具有絕對的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。但是DNA必須通過復(fù)雜的儀器才能完成提取和識別，而且具有一定的侵害性，接受性。第十八頁，共90頁。（11）味紋人的身體會散發(fā)出氣味，每個人散發(fā)出的氣味都是不同的。當(dāng)一個人在一個地點(diǎn)停留，他散發(fā)的氣味分子就留在其周圍，離去后不會馬上消失。丹麥警方把這稱之為"味紋"，并開創(chuàng)了利用"味紋"偵破刑事案件的方法：偵破人員將在犯罪現(xiàn)場采集到的空氣進(jìn)行過濾、濃縮，然后將這帶有罪犯"味紋"的空氣轉(zhuǎn)移到一塊清潔無味的布上密封保存，供警犬或電子鼻嗅聞對證。審訊時先讓警犬或電子鼻嗅聞帶有"味紋"的布，然后逐個嗅聞犯罪嫌疑人。當(dāng)警犬或電子鼻聞到相同的氣味時，就會吠叫或發(fā)出警報。第十九頁，共90頁。精確度與成本VoiceAccuracycostFaceFingerprintRetinaIrisSignatureHand第二十頁，共90頁。1.5生物認(rèn)證技術(shù)的應(yīng)用高端領(lǐng)域：國防，司法，機(jī)要機(jī)關(guān)，電子政務(wù)，電子商務(wù)低端領(lǐng)域：門禁，考勤，考試，會議等歐盟各國采用的生物識別護(hù)照，是利用人面部細(xì)節(jié)來認(rèn)證身份；導(dǎo)彈基地、軍火庫房等要地的門禁或通道控制，核能設(shè)施等重要軍事裝備的啟動控制紐約警方采用虹膜認(rèn)證以防止罪犯隱瞞身份；美全面使用指紋、臉、瞳孔虹膜等生物識別科技來監(jiān)控離境旅客；巴西總統(tǒng)選舉就采用了指紋識別投票器；印度采用的新型ATM提款機(jī)只需指紋輸入，不需要輸入密碼；國際語音生物識別巨頭PerSay公司推出一項通過語音就可以重置電子銀行密碼的服務(wù)；北京部分公證機(jī)構(gòu)也采用了人臉識別技術(shù)來防騙。中國人民銀行規(guī)定所有的金庫安防監(jiān)控系統(tǒng)都要有人臉識別功能第二十一頁，共90頁。指紋門禁管理系統(tǒng)日立ATM-手指靜脈第二十二頁，共90頁。生物特征識別的意義BillGates:以人類生物特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的生物識別技術(shù)，在今后數(shù)年內(nèi)將成為IT產(chǎn)業(yè)最為重要的技術(shù)革命第二十三頁，共90頁。24各種生物特征市場份額的統(tǒng)計第二十四頁，共90頁。生物認(rèn)證技術(shù)市場收入的預(yù)測25第二十五頁，共90頁。聯(lián)合國的國際民用航空組織(ICAO)已對188個成員國發(fā)布了航空領(lǐng)域使用生物特征認(rèn)證技術(shù)的規(guī)劃，提出將在個人護(hù)照中加入生物特征(包括指紋識別、虹膜識別、面相識別)，并在進(jìn)入各個國家的邊境時進(jìn)行個人身份的確認(rèn)。目前，此規(guī)劃已經(jīng)在美國、歐盟、澳大利亞、日本、南韓、南非等國家和地區(qū)通過，從2004年底就開始實(shí)施了。第二十六頁，共90頁。生物特征識別技術(shù)在國外的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前很多國家展開了有關(guān)人臉識別的研究，主要有美國，歐洲國家，日本等，著名的研究機(jī)構(gòu)有美國MIT的Medialab,AIlab,CMU（卡耐基-梅隆大學(xué)）的Human-ComputerInterfaceInstitute，MicrosoftResearch,英國的DepartmentofEngineeringinUniversityofCambridge（劍橋大學(xué)）等。綜合有關(guān)文獻(xiàn)，目前的方法主要集中在以下幾個方面：第二十七頁，共90頁。生物認(rèn)證的起源和發(fā)展生物認(rèn)證的歷史可以追溯到14世紀(jì)，葡萄牙歷史學(xué)家若奧·德·巴洛斯記錄了第一例有關(guān)指紋作為生物認(rèn)證來使用的情況，當(dāng)時中國的商人采用墨水拓取指紋的方式鑒定兒童的身份。在公元前7000年到6000年以前，在古敘利亞和中國發(fā)現(xiàn)：一些粘土陶器上留有陶藝匠人的指紋，中國的一些文件上印有起草者的大拇指指紋，在Jercho古城市的房屋中也發(fā)現(xiàn)留有磚匠一對大拇指指紋的印記。第二十八頁，共90頁。19世紀(jì)初，英國科學(xué)家威廉?詹姆士?赫歇爾（WilliamJamesHerschel）和亨利?福爾茨（HenryFaulds）通過對大量指紋的收集和研究發(fā)現(xiàn)指紋的兩個重要特征，一是兩個不同手指的指紋不同，另外一個是指紋的式樣終生不改變。并把研究成果于1880年發(fā)表于《自然》上，提出可以利用犯罪現(xiàn)場的指紋來識別罪犯。但遭到政府的拒絕。

第二十九頁，共90頁。在十九世紀(jì)九十年代，巴黎警官阿方斯?貝迪永（AlphonseBertillion）提出一種新的認(rèn)證方法：人體測量學(xué)。其基本原則是：每個人的骨骼結(jié)構(gòu)和尺寸都不一樣，并且從20歲起，人的骨骼幾乎保持不變。據(jù)此，貝迪永建議測量身高、坐高、臂長、頭長、頭寬、耳長、耳寬、左中指和左小指的長度、左腳長度等數(shù)十項指標(biāo)，來區(qū)分個體。這種方法被稱作“貝氏法”，并一直被警方采用。但由于后來在采用“貝氏法”的幾宗案件中發(fā)生了錯誤的鑒定，“貝氏法”便迅速地被人們否定。

第三十頁，共90頁。后來，英國的弗朗西斯?高爾頓爵士（SirFrancisGalton）應(yīng)用強(qiáng)大的統(tǒng)計學(xué)知識，計算出兩個人有相同指紋的概率是六百四十億分之一。此外，他還對指紋進(jìn)行了分類，為指紋分析建立了數(shù)學(xué)模型，并在1892年出版的《指紋》一書。而他的好友RichardEdwardHenry（理查德·愛德華·享利）警官在高爾頓的研究基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個指紋分類系統(tǒng)，即后來大名鼎鼎的高爾頓-亨利指紋分類系統(tǒng)。1901年，該系統(tǒng)被引入倫敦警察廳，并很快在其他國家推廣開來。第三十一頁，共90頁。阿根廷警官胡安?武塞蒂赫同樣受高爾頓啟發(fā)，將指紋技術(shù)和貝迪永人體測量學(xué)系統(tǒng)結(jié)合起來用于識別和刑偵。1892年，他創(chuàng)辦了世界上第一個指紋局，同年利用指紋技術(shù)首次成功地破獲了一起案例：一個名為弗朗西斯卡?羅哈斯（FranciscaRojas）的女人殘忍地將她的兩個兒子割喉殺害，同時造成自己受傷的假象，并誣陷給自己的鄰居。不過警方最終在現(xiàn)場找到了她的指印，揭示了真相。第三十二頁，共90頁。從20世紀(jì)60年代開始，計算機(jī)可以有效地處理圖形，人們開始著手研究利用計算機(jī)來處理指紋。特別是20世紀(jì)80年代，微電腦、光學(xué)掃描等技術(shù)的革新，使得指紋識別技術(shù)得到了突破性的發(fā)展，許多高效可靠的自動指紋識別系統(tǒng)（AutomatedFingerprintIdentificationSystem，簡稱AFIS）相繼問世。同時生物識別技術(shù)也得到了延伸和擴(kuò)展，發(fā)現(xiàn)了臉像、虹膜、語音、氣味、掌型、靜脈等生物識別特征，并開發(fā)出許多可實(shí)際應(yīng)用的生物識別系統(tǒng)。在我國，指紋、掌紋、臉型、DNA、語音、腳印、行走步態(tài)的認(rèn)證技術(shù)都得到了應(yīng)用，并在偵查破案領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。但其他生物特征的認(rèn)證在我國尚屬空白，在國外卻已經(jīng)開始重視，并取得一定的成就。第三十三頁，共90頁。生物認(rèn)證的基本工作原理第三十四頁，共90頁。1注冊模塊功能：完成用戶生物特征數(shù)據(jù)的捕獲、提取和存儲。注冊：通過傳感器裝置捕捉到原始的生物特征數(shù)據(jù)噪音數(shù)據(jù)的處理:數(shù)字信號處理技術(shù)，來去除數(shù)據(jù)中無關(guān)噪聲或者增強(qiáng)其中的重要特征;常采用的方法主要有：去噪、分塊、增強(qiáng)、幾何變換等特征提?。禾崛√卣鼽c(diǎn)，編碼，創(chuàng)建特征模板質(zhì)量分?jǐn)?shù):反映特征提取的成功程度，與注冊有關(guān)注冊失敗率FTE注冊的方式:在注冊的時候附加一些數(shù)據(jù)（如口令）來惟一確定一個注冊個體；對注冊辦公室和辦公人員嚴(yán)格要求以防止人為欺騙；采用多方法的注冊方式減少注冊失敗率。

存儲：系統(tǒng)模板數(shù)據(jù)庫存儲方式：集中、分散第三十五頁，共90頁。注冊失敗率FTE（Failuretoenrollrate)注冊時產(chǎn)生的所有樣本中被拒絕的比例衡量系統(tǒng)的注冊性能臉部、手部、語音的注冊失敗率最低，而指紋最高。第三十六頁，共90頁。2匹配模塊功能：用一定的匹配算法把認(rèn)證目標(biāo)的生物特征模板和數(shù)據(jù)庫中的模板進(jìn)行比對。兩種情況：驗(yàn)證(Verification)鑒別(Identification)第三十七頁，共90頁。驗(yàn)證驗(yàn)證就是證明一個人的身份即回答“我是某人嗎？”的問題。匹配模塊只需要將認(rèn)證目標(biāo)的生物特征模板與數(shù)據(jù)庫中認(rèn)證目標(biāo)的模板進(jìn)行比對，也就是1：1比對第三十八頁，共90頁。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫………兩者是否匹配（1：1）特征提取特征提取YesNo注冊驗(yàn)證(Verification)AmIwhoIclaimtobe?驗(yàn)證（續(xù)）第三十九頁，共90頁。鑒別前提是不知道認(rèn)證目標(biāo)的身份鑒別是鑒定一個人的身份即回答“我是誰？”的問題。需要與數(shù)據(jù)庫中所有的模板進(jìn)行比對（1：n比對），從而獲得該認(rèn)證目標(biāo)的身份第四十頁，共90頁。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫………兩者是否匹配（1：n）特征提取特征提取YesNo注冊DoyouknowwhoIam?鑒別(Identification)…………鑒別（續(xù)）第四十一頁，共90頁。匹配原則:足夠有效原因：系統(tǒng)在用戶每次出示生物特征時采集到的特征數(shù)據(jù)是不同的；系統(tǒng)使用的是用戶的生物特征的典型數(shù)據(jù)，并非生物特征的完整記錄模糊匹配：“足夠有效”匹配分?jǐn)?shù)：0%－100%，用來表示模板之間的相似程度第四十二頁，共90頁。3判定模塊功能：最終對是否匹配做出“是”或“否”的結(jié)論方法：給質(zhì)量分?jǐn)?shù)和匹配分?jǐn)?shù)各設(shè)置一個閾值當(dāng)兩個分?jǐn)?shù)都大于閾值時，就認(rèn)為匹配成功。如果達(dá)到了質(zhì)量閾值而沒有達(dá)到匹配閾值，則認(rèn)為匹配失??；如果質(zhì)量閾值沒有達(dá)到，那么就認(rèn)為數(shù)據(jù)的質(zhì)量太差，系統(tǒng)可以拒絕匹配，并要求重新輸入新數(shù)據(jù)。第四十三頁，共90頁。生物認(rèn)證系統(tǒng)的衡量指標(biāo)注冊失敗率FTE錯誤接受率FAR錯誤拒絕率FRR交叉錯判率CER第四十四頁，共90頁。錯誤接受率FAR（FalseAcceptRates）

指系統(tǒng)接收冒名頂替者的概率FAR越小，安全性越高一般是10萬分之1到百萬分之1為可接受范圍第四十五頁，共90頁。錯誤拒絕率FRR（FalseRejectRates）

指系統(tǒng)拒絕授權(quán)個人的概率。FRR越大，安全性越高問題：FRR越大，越容易被誤判拒絕第四十六頁，共90頁。FAR和FRR的說明FAR與FRR是相互制約的關(guān)系如果FRR減小，F(xiàn)AR就會增大；如果FAR減小，F(xiàn)RR就會增大。對安全性能要求較高的應(yīng)用場合，生物認(rèn)證系統(tǒng)需要較小的FAR，因?yàn)槭跈?quán)用戶被拒絕造成的損失要小于非授權(quán)用戶被接收造成的損失。第四十七頁，共90頁。交叉錯判率CER(CrossoverErrorRates)FAR與FRR兩條曲線相交點(diǎn)的錯誤率稱為系統(tǒng)的交叉錯判率表征了生物認(rèn)證系統(tǒng)總體誤判率的大小，反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。對于生物認(rèn)證系統(tǒng)來說，最好的情況就是CER和FAR越小越好。第四十八頁，共90頁。模板數(shù)據(jù)庫的管理模板的安全性模板數(shù)據(jù)庫安全：令牌、私鑰模板傳輸過程中的安全：安全的網(wǎng)絡(luò)通道或安全的傳輸方式模板撤銷問題模板無法撤銷：為什么？解決方法：在生物特征模板中摻入可以被撤銷更換的其他因素第四十九頁，共90頁。指紋識別技術(shù)

指紋識別主要根據(jù)人體指紋的紋路、細(xì)節(jié)特征等信息對操作或被操作者進(jìn)行身份鑒定，是目前生物檢測學(xué)中研究最深入，應(yīng)用最廣泛，發(fā)展最成熟的技術(shù)。

1、指紋的固有特性

（1）確定性。每幅指紋的結(jié)構(gòu)是恒定的，胎兒在4個月左右就形成指紋，以后就終身不變。（2）惟一性。兩個完全一致的指紋出現(xiàn)的概率非常小。（3）可分類性?？梢园粗讣y的紋線走向進(jìn)行分類。

第五十頁，共90頁。2、指紋的特征

指紋識別主要從兩方面展開：總體特征和局部特征。

總體特征

（1）紋形：可分為斗形、弓形、螺旋形三大類。（2）模式區(qū)：是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，從此區(qū)域就能分辨出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)，而有的則使用所取得的完整指紋。

第五十一頁，共90頁。

（3）核心點(diǎn)：位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點(diǎn)。有的算法只能處理和識別具有核心點(diǎn)的指紋。（4）三角點(diǎn)：位于從核心點(diǎn)開始的第一個分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)，或者兩條紋路的會聚處、孤立點(diǎn)、轉(zhuǎn)折處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計數(shù)跟蹤的開始之處。（5）紋數(shù)：是指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計算指紋的紋數(shù)時，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可以認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。第五十二頁，共90頁。

局部特征

局部特征是指指紋上節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱為特征點(diǎn)，這些特征點(diǎn)提供了指紋惟一性的確認(rèn)信息。（1）終結(jié)點(diǎn)：條紋路在此終結(jié)。（2）分叉點(diǎn)：條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。（3）分歧點(diǎn)：兩條平行的紋路在此分開。（4）孤立點(diǎn)：一條特別短的紋路，以至于成為一點(diǎn)。（5）環(huán)點(diǎn)：一條紋路分開成兩條后，立即又合并成一條，這樣形成的小環(huán)稱為環(huán)點(diǎn)。（6）短紋：一條較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路第五十三頁，共90頁。

3、指紋識別的幾何基礎(chǔ)

脊線：在指紋圖象中，具有一定寬度和走向的紋線稱為脊線。根據(jù)脊線分布的位置和走向以及它們的形狀，脊線可分為內(nèi)部脊線、外圍脊線和根基脊線三類。（1）內(nèi)部脊線：居于指紋的中心部位，主要有箕形、環(huán)形、螺旋形、弧形或混合形的脊線組成。（2）外圍脊線：從上部和左右兩側(cè)包繞著內(nèi)部脊線，主要有弓形線組成。第五十四頁，共90頁。

（3）根基脊線：分布在內(nèi)部脊線的基底部位，主要由弧度較小的波浪線或不大平坦的直紋線組成。三類脊線常匯合在一處，構(gòu)成三角狀，稱之為三角區(qū)，每幅指紋圖象中一般有一到兩個三角區(qū)。脊線的中心定點(diǎn)稱為指紋的中心點(diǎn)，中心點(diǎn)與三角區(qū)是指紋識別中兩個非常重要的特征。第五十五頁，共90頁。

4、采集指紋圖象的三種技術(shù)（1）光學(xué)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備價廉，有較高的分辨率，缺點(diǎn)是設(shè)備光程長，尺寸大。（2）硅技術(shù)(電容技術(shù)）優(yōu)點(diǎn)是在較小的表面上獲得較好的圖象，缺點(diǎn)是芯片昂貴、電容采集頭易受干擾，可靠性不高。（3）超聲波技術(shù)超聲波技術(shù)的特點(diǎn)：超聲波的能量被控制在對人體無損的程度，分辨率與光學(xué)指紋采集設(shè)備接近，成本已降到可接受的程度，超聲波技術(shù)產(chǎn)品可能達(dá)到最好的精度。

第五十六頁，共90頁。

5、指紋識別過程指紋識別技術(shù)主要涉及指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、保存數(shù)據(jù)、特征值的比對與匹配等過程。（1）圖象預(yù)處理首先，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體的指紋圖像，并對原始指紋圖像進(jìn)行初步處理，使之更清晰。圖像預(yù)處理包括兩個步驟—圖像分割與圖像增強(qiáng)。圖象分割：分割器讀輸入的指紋圖，并在不損失有用指紋信息的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個比原圖象小的指紋圖片。圖象增強(qiáng)：用于增強(qiáng)分割后的指紋圖，提高圖象質(zhì)量。

第五十七頁，共90頁。

（2）特征提取一個高質(zhì)量的圖象被拾取后，需要許多步驟將它的特征轉(zhuǎn)換到一個復(fù)合的模板中，這個過程稱為特征拾取過程。該步驟將灰度指紋圖轉(zhuǎn)換成黑白圖象，然后通過指紋識別算法形成幾百字節(jié)的指紋特征數(shù)據(jù)。這是一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)，但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指紋，而且兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常稱為模板。第五十八頁，共90頁。

（3）特征匹配用特征提取獲得的特征點(diǎn)去匹配數(shù)據(jù)庫中的模板，判斷是否為同一手指的兩幅紋理圖。通過計算機(jī)模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進(jìn)行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。第五十九頁，共90頁。

6、指紋識別的驗(yàn)證和辨識就應(yīng)用方法而言，指紋識別技術(shù)可分為驗(yàn)證和辨識。

驗(yàn)證就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與一個已經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對一的比對來確認(rèn)身份的過程。

辨識則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一對比，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋。第六十頁，共90頁。

7、指紋識別技術(shù)特點(diǎn)（1）指紋識別的優(yōu)點(diǎn)

a.指紋是人體獨(dú)一無二的特征。

b.可采集的指紋多，最多可達(dá)10個，而且每個指紋都是獨(dú)一無二的。

c.掃描指紋的速度快，使用非常方便。

d.指紋與采集頭直接接觸，讀取特征方法可靠。

e.指紋采集頭體積小，價格低廉。第六十一頁，共90頁。

（2）指紋識別的缺點(diǎn)

a.某些人或某些群體的指紋特征很少，故而很難成像。

b.有些人害怕將指紋記錄在案。

c.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。第六十二頁，共90頁。

8、指紋識別系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域（1）計算機(jī)系統(tǒng)及信息安全方面計算機(jī)系統(tǒng)安全。系統(tǒng)使用者身份認(rèn)證。系統(tǒng)使用授權(quán)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程登錄及授權(quán)信息加密電子商務(wù)應(yīng)用數(shù)字證書

第六十三頁，共90頁。

（2）金融行業(yè)交易、清算授權(quán)指紋信用卡指紋ATM系統(tǒng)指紋儲蓄系統(tǒng)被保險人認(rèn)證內(nèi)部系統(tǒng)及信息加密

第六十四頁，共90頁。

（3）其他政府及機(jī)構(gòu)社會治安管理社會保險及救濟(jì)醫(yī)療衛(wèi)生教育系統(tǒng)政府信息化工程軍隊及公安國防系統(tǒng)中的應(yīng)用（4）卡、證的身份認(rèn)證（5）指紋識別門票系統(tǒng)（6）指紋識別考勤

第六十五頁，共90頁。

虹膜識別虹膜識別技術(shù)是基于在自然光或紅外光照射下，對虹膜上可見的外在特征進(jìn)行計算機(jī)識別的一種生物識別技術(shù)。

1、虹膜識別的特性（1）惟一性高。由信息組合的復(fù)雜性決定。同卵雙胞胎的虹膜紋理信息不同，同一個人左右眼的虹膜紋理也不同。第六十六頁，共90頁。

（2）穩(wěn)定性高。虹膜紋理在胎兒7個月時已形成，出生6-18個月后終身不變，不隨年齡、職業(yè)、生活方式的變化而變化，不被污染，不會磨損，不因疾病改變紋理結(jié)構(gòu)。（3）抗欺騙性強(qiáng)。不能人工仿造或手術(shù)仿造他人虹膜組織，使用克隆技術(shù)也不能復(fù)制。虹膜不留印跡，不會因痕跡殘留導(dǎo)致他人非法獲取特征信號。（4）可采集性強(qiáng)。虹膜具有可見外形，可從一定的距離處采集信號，不需用戶接觸設(shè)備，可在無光照情況下進(jìn)行采集。第六十七頁，共90頁。2、虹膜識別的應(yīng)用可以用于身份鑒別，如在銀行取款、網(wǎng)上購物、抓捕逃犯、ATM自動取款等應(yīng)用領(lǐng)域，可以準(zhǔn)確識別行為人的真實(shí)身份，確保操作者的安全性和可靠性。第六十八頁，共90頁。

3、虹膜識別技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)

a.便于用戶使用。

b.可能會是最可靠的生物識別技術(shù)。

c.用戶位于設(shè)備之前，無須物理接觸。（2）缺點(diǎn)

a.仍未進(jìn)行唯一性的認(rèn)證。

b.很難將圖象獲取設(shè)備小型化。

c.攝像頭價格昂貴。

d.鏡頭可能使圖象畸變而使可靠性降低。

e.黑眼睛極難讀取。

f.需要一個較好的光源。第六十九頁，共90頁。

視網(wǎng)膜識別

1、視網(wǎng)膜識別的優(yōu)點(diǎn)（1）精確度高，錯誤接受率（FAR）低于百萬分之一。（2）生物識別樣本穩(wěn)定。（3）難以偽造。（4）使用者不需要和設(shè)備直接接觸。（5）記憶模板較小。

2、缺點(diǎn)使用較困難，消費(fèi)者感覺不好，成本高。

第七十頁，共90頁。

人臉識別

1、捕捉面部圖象的兩項技術(shù)（1）視頻技術(shù)（2）熱成像技術(shù)

第七十一頁，共90頁。

2、面像識別的特點(diǎn)及主要功能

主要特點(diǎn)面像識別技術(shù)能適應(yīng)于檢測處于復(fù)雜背景中任何位置的不同大小的人臉，可以面向復(fù)雜背景的多級、多尺度、多角度人臉進(jìn)行檢測跟蹤。具有自動的形狀抽取能力，可應(yīng)用于性別判別、表情識別、三維姿態(tài)復(fù)原及人臉重建等方面；具有識別速度快、同等條件下誤認(rèn)率和拒認(rèn)率低、無須學(xué)習(xí)等特點(diǎn)。第七十二頁，共90頁。

主要功能：

（1）面像檢測和識別（2）面像數(shù)據(jù)摸板化和檢索（3）面像跟蹤（4）通過真人識別功能來防欺詐（5）可以進(jìn)行圖像評價

第七十三頁，共90頁。

3、面像識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及典型應(yīng)用

應(yīng)用領(lǐng)域身份確認(rèn)與人員檢索：可用于電腦、網(wǎng)絡(luò)安全、銀行業(yè)務(wù)、智能卡、訪問控制、邊境控制等領(lǐng)域。身份證：可用于選民登記、身份證、護(hù)照、駕駛執(zhí)照、工作證等。計算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)：利用面像特征識別用戶，保護(hù)計算機(jī)信息。犯罪嫌疑人識別系統(tǒng)：應(yīng)用于臉部照片登記系統(tǒng)，事件后分析系統(tǒng)。遠(yuǎn)距離身份識別：應(yīng)用于監(jiān)視、監(jiān)控、閉路電視、交通管理、敵友識別等。第七十四頁，共90頁。

典型應(yīng)用身份鑒定（一對多的搜索）身份確認(rèn)（一對一的比對）監(jiān)控和監(jiān)視

4、面像識別的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：易于使用，非常適合隱蔽進(jìn)行面像采集；可直觀比對，以核查某人身份。（2）缺點(diǎn)：面部的位置和周圍的光環(huán)境可能影響系統(tǒng)的精確性，采集圖象的設(shè)備昂貴。第七十五頁，共90頁。76人臉識別的過程登記過程識別過程一對一的驗(yàn)證過程一對多的辨別過程第七十六頁，共90頁。77登記過程第七十七頁，共90頁。78一對一的驗(yàn)證過程第七十八頁，共90頁。79一對多的