六種生物識別技術原理及優缺點盤點
發布時間:2017-03-14 責任編輯:wenwei
【導讀】所謂生物識別技術就是,通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合,利用人體固有的生理特性,(如指紋、臉象、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態等)來進行個人身份的鑒定。
生物識別技術主要是指通過人類生物特征進行身份認證的一種技術,人類的生物特征通常具有唯一性、可以測量或可自動識別和驗證、遺傳性或終身不變等特點,因此生物識別認證技術較傳統認證技術存在較大的優勢。
指紋識別

原理
指紋是手指末端正麵皮膚上凸凹不平產生的紋路。盡管指紋隻是人體皮膚的小部分,但是,它蘊涵著大量的信息。指紋特征可分為兩類:總體特征和局部特征。
總體特征指那些用人眼直接就可以觀察到的特征,包括基本紋路圖案、模式區、核心點、三角點、式樣線和紋線等。基本紋路圖案有環形、弓形、螺旋形。
局部特征即指紋上節點的特征,這些具有某種特征的節點稱為特征點。兩枚指紋經常會具有相同的總體特征,但它們的局部特征——特征點,卻不可能完全相同。指紋上的特征點,即指紋紋路上的終結點、分叉點和轉折點。
指紋識別技術通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點等來進行分類,再用局部特征如位置和方向等來進行用戶身份識別。
通常,首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點”(minutiae),然後根據特征點的特性建立用戶活體指紋的數字表示——指紋特征數據(一種單向的轉換,可以從指紋圖像轉換成特征數據但不能從特征數據轉換成為指紋圖像)。
youyuliangmeibutongdezhiwenbuhuichanshengxiangtongdetezhengshuju,suoyitongguoduisuocaijidaodezhiwentuxiangdetezhengshujuhecunfangzaishujukuzhongdezhiwentezhengshujujinxingmoshipipei,jisuanchutamendexiangsichengdu,zuizhongdedaolianggezhiwendepipeijieguo,genjupipeijieguolaijianbieyonghushenfen。youyumeigerendezhiwenbutong,jiushitongyirendeshizhizhijian,zhiwenyeyoumingxianqubie,yincizhiwenkeyongyushenfenjianding。
1.指紋識別的優點
1)指紋是人體獨一無二的特征,並且它們的複雜度足以提供用於鑒別的足夠特征。
2)如果想要增加可靠性,隻需登記更多的指紋,鑒別更多的手指,最多可以達到十個,而每一個指紋都是獨一無二的。
3)掃描指紋的速度很快,使用非常方便。
4)讀(du)取(qu)指(zhi)紋(wen)時(shi),用(yong)戶(hu)必(bi)須(xu)將(jiang)手(shou)指(zhi)與(yu)指(zhi)紋(wen)采(cai)集(ji)頭(tou)互(hu)相(xiang)接(jie)觸(chu),與(yu)指(zhi)紋(wen)采(cai)集(ji)頭(tou)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)是(shi)讀(du)取(qu)人(ren)體(ti)生(sheng)物(wu)特(te)征(zheng)最(zui)可(ke)靠(kao)的(de)方(fang)法(fa),這(zhe)也(ye)是(shi)指(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)占(zhan)領(ling)大(da)部(bu)分(fen)市(shi)場(chang)的(de)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)。
5)指紋采集頭可以更加小型化,並且價格會更加低廉。
2.指紋識別的缺點
1)某些人或某些群體的指紋因為指紋特征很少,故而很難成像。
2)過去因為在犯罪記錄中使用指紋,使得某些人害怕“將指紋記錄在案”。然而,實際上現在的指紋鑒別技術都可以保證不存儲任何含有指紋圖像的數據,而隻是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數據。
3)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複製指紋的可能性。
可見,指紋識別技術是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的生物識別技術解決方案,市場應用有著很大的潛力。
聲音識別

原理
所謂聲紋(Voiceprint),shiyongdianshengxueyiqixianshidexiedaiyanyuxinxideshengbopinpu。renleiyuyandechanshengshirentiyuyanzhongshuyufayinqiguanzhijianyigefuzadeshengliwuliguocheng,renzaijianghuashishiyongdefashengqiguan--舌、牙齒、喉頭、肺、鼻(bi)腔(qiang)在(zai)尺(chi)寸(cun)和(he)形(xing)態(tai)方(fang)麵(mian)每(mei)個(ge)人(ren)的(de)差(cha)異(yi)很(hen)大(da),所(suo)以(yi)任(ren)何(he)兩(liang)個(ge)人(ren)的(de)聲(sheng)紋(wen)圖(tu)譜(pu)都(dou)有(you)差(cha)異(yi)。每(mei)個(ge)人(ren)的(de)語(yu)音(yin)聲(sheng)學(xue)特(te)征(zheng)既(ji)有(you)相(xiang)對(dui)穩(wen)定(ding)性(xing),又(you)有(you)變(bian)異(yi)性(xing),不(bu)是(shi)絕(jue)對(dui)的(de)、一成不變的。
這種變異可來自生理、病理、心理、模擬、偽(wei)裝(zhuang),也(ye)與(yu)環(huan)境(jing)幹(gan)擾(rao)有(you)關(guan)。盡(jin)管(guan)如(ru)此(ci),由(you)於(yu)每(mei)個(ge)人(ren)的(de)發(fa)音(yin)器(qi)官(guan)都(dou)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong),因(yin)此(ci)在(zai)一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),人(ren)們(men)仍(reng)能(neng)區(qu)別(bie)不(bu)同(tong)的(de)人(ren)的(de)聲(sheng)音(yin)或(huo)判(pan)斷(duan)是(shi)否(fou)是(shi)同(tong)一(yi)人(ren)的(de)聲(sheng)音(yin)。
優缺點
聲紋識別的應用有一些缺點,比如同一個人的聲音具有易變性,易受身體狀況、年齡、情緒等的影響;比如不同的麥克風和信道對識別性能有影響;比如環境噪音對識別有幹擾;又比如混合說話人的情形下人的聲紋特征不易提取;……等等。盡管如此,與其他生物特征相比,聲紋識別的應用有一些特殊的優勢:
1)蘊含聲紋特征的語音獲取方便、自然,聲紋提取可在不知不覺中完成,因此使用者的接受程度也高;
2)獲取語音的識別成本低廉,使用簡單,一個麥克風即可,在使用通訊設備時更無需額外的錄音設備;
3)適合遠程身份確認,隻需要一個麥克風或電話、手機就可以通過網路(通訊網絡或互聯網絡)實現遠程登錄;
4)聲紋辨認和確認的算法複雜度低;
5)配合一些其他措施,如通過語音識別進行內容鑒別等,可以提高準確率;……等等。這些優勢使得聲紋識別的應用越來越收到係統開發者和用戶青睞,聲紋識別的世界市場占有率15.8%,僅次於指紋和掌紋的生物特征識別,並有不斷上升的趨勢。
視網膜識別

shiwangmoshiyanjingdibudexueyexibaoceng。shiwangmosaomiaoshicaiyongdimidudehongwaixianqubuzhuoshiwangmodedutetezheng,xueyexibaodeweiyimoshijiuyincibeibuzhuoxialai。
視網膜是一些位於眼球後部十分細小的神經(一英寸的 1/50),它(ta)是(shi)人(ren)眼(yan)感(gan)受(shou)光(guang)線(xian)並(bing)將(jiang)信(xin)息(xi)通(tong)過(guo)視(shi)神(shen)經(jing)傳(chuan)給(gei)大(da)腦(nao)的(de)重(zhong)要(yao)器(qi)官(guan),它(ta)同(tong)膠(jiao)片(pian)的(de)功(gong)能(neng)有(you)些(xie)類(lei)似(si),用(yong)於(yu)生(sheng)物(wu)識(shi)別(bie)的(de)血(xue)管(guan)分(fen)布(bu)在(zai)神(shen)經(jing)視(shi)網(wang)膜(mo)周(zhou)圍(wei),即(ji)視(shi)網(wang)膜(mo)四(si)層(ceng)細(xi)胞(bao)的(de)最(zui)遠(yuan)處(chu)。
視網膜技術的優點
視網膜是一種極其固定的生物特征,因為它是“隱藏“的,故而不可能磨損,老化或是為疾病影響。
使用者不需要和設備進行直接的接觸。
是一個最難欺騙的係統因為視網膜是不可見的,故而不會被偽造。
視網膜技術的缺點
視網膜技術未經過任何測試。
很明顯,視網膜技術可能會給使用者帶來健康的損壞,這需要進一步的研究。
對於消費者,視網膜技術沒有吸引力。
很難進一步降低它的成本 。
虹膜識別

原理
捕捉虹膜的數據圖像
為虹膜的圖像分析準備過程
從虹膜的紋理或類型創造512字節的iriscode.
使用iriscode模板用於確認。
在當今世界,虹膜識別仍被公認為是識別精度最高的生物識別係統。
生物測定學是一種技術,這種技術是將獨特的人體特征(諸如麵部特征、聲音,指紋特征等)翻譯成數字編碼,這種編碼可以識別、檢驗身份。
而虹膜識別技術通過人體獨一無二眼睛虹膜的特征來識別身份,虹膜特征匹配的準確性甚至超過了DNA匹配。
這種技術在生物測定行業已經被廣泛認為是目前精確度、穩定性、可升級性最高的身份識別係統

優點
1.便於用戶使用;
2.可能會是最可靠的生物識別技術;
3.不需物理的接觸;
4.可靠性高。
快捷方便:擁有本係統,不需要攜帶任何證件,就能實現門控,可單向亦可雙向;既可以被授權控製一扇門,也可以控製開啟多扇門;
授權靈活:本係統根據管理的需要,可任意調整用戶權限,隨時了解用戶動態,包括客戶身份、操作地點、功能及時間次序等,實現實時智能管理;
無法複製:本係統以虹膜信息為密碼,不可複製;且每一次活動,都可自動記錄,便於追溯、查詢,非法情況則自動報警;
配置靈活多樣:使用人和管理者可根據自身喜好、需xu要yao或huo場chang合he的de不bu同tong,設she定ding不bu同tong的de安an裝zhuang及ji運yun行xing方fang式shi。比bi如ru在zai大da堂tang等deng公gong共gong場chang所suo,可ke以yi隻zhi采cai用yong輸shu入ru密mi碼ma的de方fang式shi,但dan在zai重zhong要yao場chang合he,則ze禁jin止zhi使shi用yong密mi碼ma,隻zhi采cai用yong虹hong膜mo識shi別bie方fang式shi,當dang然ran也ye可ke以yi兩liang種zhong方fang式shi同tong時shi使shi用yong;
投入少、免維護:裝配本係統可以保留原來的鎖,但其機械運動件減少,且運動幅度小,門栓的壽命更長;係統免維護,並可隨時擴充、升級,無須重新購置設備。長遠來看,效益顯著,並可使管理檔次大大的提高。
應用行業廣泛:廣泛應用於煤礦、銀行、監獄、門禁、社保、醫療等多種行業;
缺點
1.很難將圖像獲取設備的尺寸小型化;
2.設備造價高,無法大範圍推廣;
3.鏡頭可能產生圖像畸變而使可靠性降低;
4.兩大模塊:硬件和軟件;
5.一個自動虹膜識別係統包含硬件和軟件兩大模塊:虹膜圖像獲取裝置和虹膜識別算法。分別對應於圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。
麵部識別
原理
人ren臉lian識shi別bie技ji術shu中zhong被bei廣guang泛fan采cai用yong的de區qu域yu特te征zheng分fen析xi算suan法fa,它ta融rong合he了le計ji算suan機ji圖tu像xiang處chu理li技ji術shu與yu生sheng物wu統tong計ji學xue原yuan理li於yu一yi體ti,利li用yong計ji算suan機ji圖tu像xiang處chu理li技ji術shu從cong視shi頻pin中zhong提ti取qu人ren像xiang特te征zheng點dian,利li用yong生sheng物wu統tong計ji學xue的de原yuan理li進jin行xing分fen析xi建jian立li數shu學xue模mo型xing,即ji人ren臉lian特te征zheng模mo板ban。利li用yong已yi建jian成cheng的de人ren臉lian特te征zheng模mo板ban與yu被bei測ce者zhe的de麵mian像xiang進jin行xing特te征zheng分fen析xi,根gen據ju分fen析xi的de結jie果guo來lai給gei出chu一yi個ge相xiang似si值zhi。通tong過guo這zhe個ge值zhi即ji可ke確que定ding是shi否fou為wei同tong一yi人ren。
人臉識別技術優勢
人臉識別作為一種新興的生物特征識別技術(Biometrics),與虹膜識別、指紋掃描、掌形掃描等技術相比,人臉識別技術在應用方麵具有獨到的優勢:
使shi用yong方fang便bian,用yong戶hu接jie受shou度du高gao人ren臉lian識shi別bie技ji術shu使shi用yong通tong用yong的de攝she像xiang機ji作zuo為wei識shi別bie信xin息xi獲huo取qu裝zhuang置zhi,以yi非fei接jie觸chu的de方fang式shi在zai識shi別bie對dui象xiang未wei察cha覺jiao的de情qing況kuang下xia完wan成cheng識shi別bie過guo程cheng。
直觀性突出人臉識別技術所使用的依據是人的麵部圖像,而人臉無疑是肉眼能夠判別的最直觀的信息源,方便人工確認、審計,“以貌取人”符合人的認知規律。
識別精確度高,速度快與其它生物識別技術相比,人臉識別技術的識別精度處於較高的水平,誤識率、拒認率較低。
不bu易yi仿fang冒mao在zai安an全quan性xing要yao求qiu高gao的de應ying用yong場chang合he,人ren臉lian識shi別bie技ji術shu要yao求qiu識shi別bie對dui象xiang必bi須xu親qin臨lin識shi別bie現xian場chang,他ta人ren難nan以yi仿fang冒mao。人ren臉lian識shi別bie技ji術shu所suo獨du具ju的de活huo性xing判pan別bie能neng力li保bao證zheng了le他ta人ren無wu法fa以yi非fei活huo性xing的de照zhao片pian、木偶、蠟la像xiang來lai欺qi騙pian識shi別bie係xi統tong。這zhe是shi指zhi紋wen等deng生sheng物wu特te征zheng識shi別bie技ji術shu所suo很hen難nan做zuo到dao的de。舉ju例li來lai說shuo,用yong合he法fa用yong戶hu的de斷duan指zhi即ji可ke仿fang冒mao合he法fa用yong戶hu的de身shen份fen而er使shi識shi別bie係xi統tong無wu從cong覺jiao察cha。
使用通用性設備人臉識別技術所使用的設備為一般的PC、攝像機等常規設備,由於計算機、閉(bi)路(lu)電(dian)視(shi)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)等(deng)已(yi)經(jing)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong),因(yin)此(ci)對(dui)於(yu)多(duo)數(shu)用(yong)戶(hu)而(er)言(yan)使(shi)用(yong)人(ren)臉(lian)識(shi)別(bie)技(ji)術(shu)無(wu)需(xu)添(tian)置(zhi)大(da)量(liang)專(zhuan)用(yong)設(she)備(bei),從(cong)而(er)既(ji)保(bao)護(hu)了(le)用(yong)戶(hu)的(de)原(yuan)有(you)投(tou)資(zi)又(you)擴(kuo)展(zhan)了(le)用(yong)戶(hu)已(yi)有(you)設(she)備(bei)的(de)功(gong)能(neng),滿(man)足(zu)了(le)用(yong)戶(hu)安(an)全(quan)防(fang)範(fan)的(de)需(xu)求(qiu)。
基礎資料易於獲得人臉識別技術所采用的依據是人臉照片或實時攝取的人臉圖像,因而無疑是最容易獲得的。
chengbenjiaodi,yiyutuiguangshiyongyouyurenlianshibiejishusuoshiyongdeshichangguitongyongshebei,jiagejunzaiyibanyonghukejieshoudefanweizhinei,yuqitashengwushibiejishuxiangbi,renlianshibiechanpinjuyouhengaodexingnengjiagebi。
概括地說,人臉識別技術是一種高精度、易於使用、穩定性高、難仿冒、性價比高的生物特征識別技術,具有極其廣闊的市場應用前景。
缺點
麵mian部bu識shi別bie被bei認ren為wei是shi生sheng物wu特te征zheng識shi別bie領ling域yu甚shen至zhi人ren工gong智zhi能neng領ling域yu最zui困kun難nan的de研yan究jiu課ke題ti之zhi一yi。麵mian部bu識shi別bie的de困kun難nan主zhu要yao是shi麵mian部bu作zuo為wei生sheng物wu特te征zheng的de特te點dian所suo帶dai來lai的de。
相xiang似si性xing不bu同tong個ge體ti之zhi間jian的de區qu別bie不bu大da,所suo有you的de麵mian部bu的de結jie構gou都dou相xiang似si,甚shen至zhi麵mian部bu器qi官guan的de結jie構gou外wai形xing都dou很hen相xiang似si。這zhe樣yang的de特te點dian對dui於yu利li用yong麵mian部bu進jin行xing定ding位wei是shi有you利li的de,但dan是shi對dui於yu利li用yong麵mian部bu區qu分fen人ren類lei個ge體ti是shi不bu利li的de。
易yi變bian性xing麵mian部bu的de外wai形xing很hen不bu穩wen定ding,人ren可ke以yi通tong過guo臉lian部bu的de變bian化hua產chan生sheng很hen多duo表biao情qing,而er在zai不bu同tong觀guan察cha角jiao度du,麵mian部bu的de視shi覺jiao圖tu像xiang也ye相xiang差cha很hen大da,另ling外wai,麵mian部bu識shi別bie還hai受shou光guang照zhao條tiao件jian(例如白天和夜晚,室內和室外等)、麵部的很多遮蓋物(例如口罩、墨鏡、頭發、胡須等)、年齡等多方麵因素的影響。
在(zai)麵(mian)部(bu)識(shi)別(bie)中(zhong),第(di)一(yi)類(lei)的(de)變(bian)化(hua)是(shi)應(ying)該(gai)放(fang)大(da)而(er)作(zuo)為(wei)區(qu)分(fen)個(ge)體(ti)的(de)標(biao)準(zhun)的(de),而(er)第(di)二(er)類(lei)的(de)變(bian)化(hua)應(ying)該(gai)消(xiao)除(chu),因(yin)為(wei)它(ta)們(men)可(ke)以(yi)代(dai)表(biao)同(tong)一(yi)個(ge)個(ge)體(ti)。通(tong)常(chang)稱(cheng)第(di)一(yi)類(lei)變(bian)化(hua)為(wei)類(lei)間(jian)變(bian)化(hua),而(er)稱(cheng)第(di)二(er)類(lei)變(bian)化(hua)為(wei)類(lei)內(nei)變(bian)化(hua)。對(dui)於(yu)麵(mian)部(bu),類(lei)內(nei)變(bian)化(hua)往(wang)往(wang)大(da)於(yu)類(lei)間(jian)變(bian)化(hua),從(cong)而(er)使(shi)在(zai)受(shou)類(lei)內(nei)變(bian)化(hua)幹(gan)擾(rao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)利(li)用(yong)類(lei)間(jian)變(bian)化(hua)區(qu)分(fen)個(ge)體(ti)變(bian)得(de)異(yi)常(chang)困(kun)難(nan)。
靜脈識別
主要是利用靜脈血管的結構來進行身份識別。由於靜脈紋絡包含大量的特征信息,可以作為驗證的對象。
手掌靜脈識別的原理也是利用靜脈血管與肌肉、骨骸之間對特定波長紅外光不同的吸收特性來進行靜脈血管造影。
與手掌靜脈識別的原理相同。由於手掌較厚,紅外光通常無法進行透射,因而隻能采用反射造影法。
紅外光照射在手背上,有靜脈的部位吸收紅外光反射暗淡,肌肉與骨路部位反射強烈,從而實現對靜脈的造影。
優點
1)屬於內牛理特征,不會磨損,較難偽造,具有很高安全性。
2)血管特征通常更明顯,容易辨識,抗幹擾性好。
3)可實現非接觸式測量,衛生性好,易於為用戶接受。
4)不易受手表麵傷痕或油汙的影響。
缺點
1)手背靜脈仍可能隨著年齡和生理的變化而發生變化,永久性尚未得到證實
2)雖然可能性較小,但仍然存在無法成功注冊登記的可能。
3)由於采集方式受自身特點的限製,產品難以小型化。
4)采集設備有特殊要求,設計相對複雜,製造成本高。
本文來源於傳感器技術。
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