信息安全学结课论文

信息安全学结课报告姓名：陈成学号：20131000667 专业：数学与应用数学班学号：121132院（系）：数学与物理学院指导教师：左博新指纹及人脸识别技术现状及前景摘要：随着时代的飞速发展，字符表现出的密码形式已经不能满足人类的需求，人们生活方式越来越复杂，在很多情况下，身份识别是一项相当重要的课题。

目前社会上绝大多数的身份认证方式是通过相关证件和密码进行验证，弊端显而易见，比如证件上的照片对于相貌极其相似的双胞胎就难以发挥作用。

而且照片也会由于时间的变化而导致与本人的相貌有一定的差距，不利于比对。

此外，伪造证件在当今社会屡见不鲜，造成了很大的漏洞，而且密码容易被窃取和破解，指纹识别，人脸识别应运而生，并且指纹及人脸识别在日常生活应用的也越来越广泛。

关键字：指纹人脸识别图像处理技术运用隐马尔可夫模型首先是对于指纹的说明，指纹是指手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹路。

尽管指纹只是人体皮肤的一小部分,但是它蕴涵着大量的信息。

人生来独一无二，没有任何完全一样的两个人的存在，与此同时，每个人的指纹也是独一无二的。

这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上是各不相同的,在信息处理中将它们称作“特征”，这些特征每个人、每个手指都是不同的，而且这些特征自出生之日起终生不变，这就是指纹的唯一性和稳定性，这也为指纹识别技术提供了前提条件。

指纹识别技术是利用光电技术、模式识别和计算机图像处理技术，对活体指纹进行采集，再通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，保存为指纹数据，并和预先保存的指纹数据进行匹配，从而可靠地确认识别对象的身份。

指纹识别技术主要包括：读取指纹图像、指纹图像预处理、指纹图像特征提取、保存和比对。

通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，取到指纹图像之后要对原始图像进行初步的处理，降低噪声使之更清晰。

然后指纹辨识软件建立指纹的数字表示——特征数据，一种单方向的转换,可以从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹，而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。

最后，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的特征数据进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

指纹图像的读取主要利用光学、晶体传感器和其它技术。

光学取像依据的是光的全反射原理。

光线照到压有指纹的玻璃表面,反射光线由CCD去获得,反射光的数量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂和水分。

光线为方便经玻璃射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射,光线被反到CCD,射向脊的光线不发生全反射,而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方,这样就在CCD上形成了指纹的图像。

这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。

电容传感器通过电子度量来捕捉指纹,在半导体金属阵列上能结合大约100000个电容传感器,其外面是绝缘的表面,当用户的手指放在上面时,皮肤组成了电容阵列的另一面。

电容器的电容值由于导体间的距离而变化，这里指的是脊和谷相对于另一极之间的距离。

另一种晶体传感器是压感式的，其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，它们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号。

其他的晶体传感器还有温度感应传感器，它通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同而获得指纹图像。

超声波扫描被认为是指纹取像技术中非常好的一类。

很像光学扫描的激光，超声波扫描指纹的表面紧接着接收设备获取了其反射信号，测量它的范围，得到脊的深度，不像光学扫描。

积累在皮肤上的脏物和油脂对超音速获得的图像影响不大，所以这样的图像是实际脊地形(凹凸)的真实反映，应用起来更为方便。

指纹识别技术也还是存在很大的漏洞的，在提取指纹的过程中可能会因为周围的环境所影响比如手指上存在有伤疤，水滴等等，抑或空气中水分过高又或者空气干燥都可能会引起识别器的工作不稳定。

这就需要对读取的指纹进行的特征提取，这又分为两类特征来进行指纹的验证：总体特征和细节特征。

总体特征其中包括了基本纹路图案、模式区、核心点、三角点、式样线、纹数。

细节特征又分为:端点、分叉、口形、双叉和桥形等等，这些细节特征统称为节点。

指纹识别技术的核心技术是指纹的比对算法。

当前期的指纹的采取、识别做完之后就需要跟指纹库中的现有指纹进行比对得出结论。

值得一说的是指纹识别是可以同时一比一或者一比多的识别方式。

对比需要考虑当传感器图像尺寸、噪声水平、失真程度、手指摁印角度等因素改变时，识别算法的适应性或程序修改的工作量，这一条暂时没有具体衡量指标。

FAR和FRR是一对相互矛盾的技术指标，在大多数“一对一”比对中，如普通的指纹门禁、指纹证件、权限管理与文件保护等指纹应用场合，考虑到指纹的多样性和不易仿冒性，对FAR指标的要求可适当放宽，而把设备的易用性和方便性放在第一位，要求FRR值尽可能地低。

但是在“一对多”以及高安全度的应用场合，则要求FAR尽可能低，以避免误认他人。

事实上在多数指纹设备中，可以通过改变系统识别的阈值设定来选择FAR和FRR的数值。

指纹识别技术的应用越来越广泛。

指纹识别技术应用领域包括：考勤系统或考勤机;社会养老保险的领域；计算机的登录认证；门禁控制(家庭、建筑物、重要部门或设备)；证件防伪(如护照、身份证、信用卡等);银行保管箱、ATM和POS 机终端等的安全认证；银行储户的身份确认、电子商务和网上银行的安全认证；考生身份确认；公安系统身份确认；刑侦系统；银行、证券交易所和保险公司的身份验证;网路、数据库和文件等的安全控制；手机、PDA等个人信息处理设备的使用认证；各类指纹锁等。

因为指纹识别技术所存在的一些漏洞，科学家们在此基础上又开发了人脸识别技术。

首先我们不得不承认这么一个事实：这个世界上几乎找不出两张完全相同的人脸！即使是面容极其相似的双胞胎，我们也能够比较容易地根据他们脸部的些许细微差异来将他们区分。

那么利用这点是否能够制造仪器来进行身份识别抑或确认。

由此人脸识别技术飞速发展。

人脸识别技术指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。

广义的人脸识别实际包括构建人脸识别系统的一系列相关技术，包括人脸图像采集、人脸定位、人脸识别预处理、身份确认以及身份查找等；而狭义的人脸识别特指通过人脸进行身份确认或者身份查找的技术或系统。

人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，它属于生物特征识别技术，是对生物体（一般特指人）本身的生物特征来区分生物体个体。

生物特征识别技术所研究的生物特征包括脸、指纹、手掌纹、虹膜、视网膜、声音（语音）、体形、个人习惯（例如敲击键盘的力度和频率、签字）等，相应的识别技术就有人脸识别、指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、视网膜识别、语音识别。

人脸识别技术的研究范围一般主要包括以下五个方面：(1) 人脸的检测：在不同背景条件下检测出人脸存在并且确定其位置。

影响这一任务的因素主要有光照、噪声、面部倾斜度以及各种各样遮挡等。

(2) 人脸的表征：采取某种表示方式表示检测出来的人脸。

一般的表示法包含代数特征、几何特征、固定特征模板、特征脸、云纹图等。

(3) 人脸的识别：主要是将需要识别的人脸和所存在的数据库中人脸比较。

这一过程的关键是选择恰当的人脸表征方式，以及匹配策略。

(4) 表情/姿态分析:主要是对需要识别的人脸表情或者姿态信息进行分析，归类。

(5) 生理分类：主要是指对需要识别的人脸的生理特征进行分析，得出相关信息，比如性别，年龄等。

对于应用前景，越来越趋向于高科技的犯罪手段使得人们对各种场合的安全机制要求也近乎苛刻，各种应用需求不断涌现。

人脸识别市场的快速发展一方面归功于生物识别需求的多元化，另一方面则是由于人脸识别技术的进步。

从需求上来说，除了传统的考勤、门禁等应用外，视频监控环境下的身份识别正成为一种迫切的需求，即在一个较复杂的场景中，在较远的距离就识别出特定的人，这显然是其它生物识别方法所欠缺的，而人脸识别却是一个极佳的选择。

尽管人脸识别技术有着广阔的应用前景，但是无论是在识别率，还是在防伪性上，都与指纹，视网膜等有着较大的差距，归根结底，影响人脸识别效果的原因主要有：人脸图像的获取过程中的不确定性（如光的方向，以及光的强度等）、人脸模式的多样性（如胡须，眼镜，发型等）、人脸塑性变形的不确定性（如表情等）、所涉及的领域知识的综合性等等。

人脸识别技术在现阶段还不能说是成熟的，还是有很大的一段路要走。

人脸识别较之于其它生物识别技术，在社会公共安全领域的应用，具有更明显的优势。

首先是其自然性，该识别技术同人类（甚至其它生物）进行个体识别时所利用的生物特征相同。

例如脸部识别，人类也是通过观察比较人脸区分并确认身份的，另外具有自然性的识别还有语音识别、体形识别等，而指纹识别、虹膜识别等都不具有自然性，因为人类或者其它生物并不通过此类生物特征区别个体。

其次是其不被察觉性，不被察觉对于一种识别方法也很重要，这会使该识别方法不令人反感，并且因为不容易引起人的注意而不容易被欺骗。

人脸识别具有这方面的特点，它完全利用可见光获取人脸图像信息，而不同于指纹识别或者虹膜识别，需要利用电子压力传感器采集指纹，或者近距离采集虹膜图像，这些特殊的采集方式很容易被人察觉，从而更有可能被伪装欺骗。

这一特点特别适用于逃犯跟踪系统。

再则是其非接触性和唯一性，使其更加适合运用于公安刑侦系统，门禁考勤系统，网络应用系统等。

总而言之，在如今众多的身份识别技术中，指纹识别和人脸识别都是可以一比一对比，指纹识别还可以一比多进行对比，相对于基因识别、瞳孔识别等指纹及人脸识别成本低，机器小，易于使用，并且能很好的进行身份识别。

在未来，指纹识别亦或人脸识别能够发展的越来越成熟，在社会中也会方便人类的生活，可见于日常生活的每个角落。

参考文献：王纯陶《基于指纹和人脸识别技术的身份认证系统》于秀霞《指纹识别技术及其应用》梁路宏艾海舟《人脸检测综述》张翠屏苏光大《人脸识别技术综述》包桂秋林喜荣《基于人体生物特征的身份鉴别技术发展概况》。