1、浅析生物特征识别技术的发展及应用 魏人杰 杭州海康威视系统技术有限公司 一、前言生物特征识别是通过科技手段, 利用人体固有特性 (如:指纹、指静脉、人脸、虹膜、掌纹等) 和行为特征 (如:笔迹、步态、声纹) 对个人身份进行鉴定的一种技术。生物特征识别技术需要具备以下几个特点:1. 唯一性。能够与人员身份相对应。2. 稳定性。生物特征不容易发生变化。3. 防窃取。能快速采集和识别, 但是不易被不法分子窃取。4. 防复制。即便被窃取, 也不易被复制。根据相关机构预测, 2020 年全球生物特征识别市场将突破 250 亿美元, 其中指纹识别 130 亿美元, 语音识别 56 亿美元, 人脸识别 24
2、 亿美元, 虹膜识别 16 亿美元, 其他 24 亿美元。从整体情况来看, 指纹识别市场在未来仍将占据主流地位, 而人脸识别市场的增长速度将明显高于其他识别技术。随着安防业务应用领域的不断延伸, 以及生物特征识别技术的快速发展, 生物特征识别技术在安防业务领域的应用日渐成熟, 不知不觉已经进入人们的生活当中。本文的讨论对象是指纹、指静脉、人脸、虹膜这四种已经在安防行业得到应用的主流生物特征识别技术。在简要介绍其技术原理的基础上, 分析对比其优劣势, 并对未来的发展趋势进行展望。图 1 2015-2020 年全球生物识别技术行业细分市场规模预测 (单位:亿美元) 下载原图二、指纹识别技术指纹是手
3、指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹路, 虽然只是很小的一块皮肤, 却蕴涵着大量的信息。指纹特征可分为总体特征和局部特征两类。总体特征指人眼直接就可以观察到的特征, 包括纹型、模式区、核心点、三角点、式样线和纹线等。局部特征即指纹特征点的特征, 这些特征点包括指纹纹路上的终结点、分叉点和转折点等。两枚指纹经常会具有相同的总体特征, 但它们的局部特征却不可能完全相同。每个指纹都有几个独一无二可测量的特征点, 每个特征点都有大约七个特征, 人们的十个手指产生最少 4900 个独立可测量的特征。指纹识别技术通过分析指纹可测量的特征点, 从中抽取特征值, 然后进行身份认证。表 1 下载原表 三、指静脉识别
4、技术静脉血管纹络包含大量特征信息, 并且是独一无二的, 因此可以作为身份验证的对象。静脉识别是利用静脉血管与肌肉、骨骸之间对特定波长红外光不同的吸收特性来进行静脉血管造影, 并将得到的血管图像转换为数字特征后进行身份识别的一种技术。静脉识别主要包括指静脉识别和掌静脉识别, 从使用便捷性和准确率来看, 目前指静脉识别的应用更加广泛。静脉血管造影过程是将近红外光照射在手指上, 有静脉的部位, 流动血液中的血红蛋白对近红外光吸收较多而反射暗淡, 肌肉与骨路部位则反射强烈, 从而得到静脉分布图, 并依据专用比对算法提取特征值。表 2 下载原表 四、人脸识别技术人脸识别技术利用计算机图像处理技术从视频、
5、图片中提取人脸特征点, 进行身份比对的一种生物识别技术。人们日常提及的人脸识别是指基于可见光的二维图像人脸识别, 这也是目前的重点研究方向。近两年, 基于深度学习算法的人脸识别技术快速发展, 相较于传统算法, 其环境适应性和识别准确率大大提升, 以及活体检测技术的成熟, 使得人脸识别的应用水平不断提升。五、虹膜识别技术虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分, 包含有很多相互交错的类似于斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征, 虹膜识别正是利用摄像机来捕捉这些特征信息, 然后进行数据处理和身份比对。表 3 下载原表 虹膜识别技术在拒识和误识方面的表现与其他生物识别技术相比, 都非常优异
6、。由于人眼的虹膜在人的一生中都极其稳定, 出生前 (胎儿 7 个月时) 就已经形成, 出生 6-18 个月后定型, 此后终身不变, 更不会出现如指纹磨损、面容变化导致设备拒识本人的情况。而且, 虹膜很难被伪造, 不可能在对视觉无严重影响的情况下用外科手术改变虹膜特征, 更不可能将一个人的虹膜组织特征改变成与某个特定对象的特征相同, 用照片、录像的虹膜代替活体的虹膜图像都可被检验出来。表 4 下载原表 六、生物特征识别技术在安防行业的应用生物特征识别技术作为安防行业中的焦点应用, 在技术安全与市场应用层面远远优于传统密码、刷卡等方式。随着应用日渐成熟以及消费者认知度的不断提高, 未来生物特征识别
7、技术的应用将更加广泛。生物特征识别技术在安防业务领域的应用主要包括以下几类:1.考勤设备在生物特征识别技术的应用中, 考勤设备是最先开始进入规模产销的, 其中基于指纹识别技术的考勤系统以其高性价比、便利性、易用性, 得以成功推广。随着人脸识别考勤设备成本快速下降, 准确率不断提升, “刷脸”上下班己经被越来越多的用户所接受。2.物理门禁产品门禁应用是生物特征识别技术最基本的应用领域之一, 生物特征识别技术最早期的商业应用范例几乎都是物理门禁系统。除了传统的刷卡认证方式之外, 指纹识别是最普及的生物特征识别技术, 而随着人脸识别门禁产品成本快速下降和体验不断提升, 在中高端市场占有一席之地。对于
8、银行、政府机关等高等级安保场所, 安全性更高的指静脉、虹膜识别技术则具备较大的应用空间。整体而言, 门禁产品在国内生物特征识别市场占据的份额仅次于考勤产品。3.电子锁具产品生物特征识别技术与传统电子锁具的结合, 实际上可以算是物理门禁产品应用的扩展。近年来, 国内倡导的“智能小区”、“智能家居”概念对这类产品的推广应用是极大的推动力。4.视频监控系统随着“平安城市”、“平安社区”建设的不断深入, 视频监控系统应用不再局限于常规的事后取证追溯, 对事前事中的人员身份信息获取和风险事件预警提出了新的需求。越来越多的视频监控系统中会嵌入人脸识别算法, 对监控画面内人员进行身份识别, 并通过系统联动实
9、现各类业务应用如:识别为合法人员时, 联动打开门禁、人员通道等;识别为黑名单人员时, 联动后台产生报警提示。七、总结指纹、指静脉、人脸、虹膜等生物特征识别技术在安全性、稳定性、准确率、识别速度、易用性、价格、设备尺寸等方面存在优劣势之分, 因此市场的接受程度也不尽相同。图 2 下载原图当前, 指纹识别产品的价格低廉, 其应用最为普及, 随着多指指纹、活体指纹等技术的发展, 识别准确率和防假水平不断提升, 仍具备很强的竞争力, 在一定时期内将保持市场领先优势;指静脉识别核心技术大多被国外把持, 接口开放性不够, 价格高企, 导致目前的应用领域多集中于特定的高安保等级场所, 一旦解决成本问题, 将具备相当强的市场竞争力;虹膜识别具备得天独厚的优势, 被认为是二十一世纪最具发展前途的生物特征识别技术, 目前尚处于起步阶段, 实际应用不多, 预计未来会占据较大的市场份额;人脸识别技术的发展速度和市场关注度最高, 特别是随着深度学习算法软硬件的成熟, 既有问题被逐个攻克, 带来全新的应用体验, 逐步呈现出全面开花的态势, 在未来几年将更多地走进大众生活。表 6 下载原表
