生物特征识别技术

专业文献综述
题目: 生物特征识别技术综述姓名: 闫少博
学院: 信息科学技术学院
专业: 计算机科学与技术
班级: 计科121班
学号:
指导教师: 伍艳莲职称: 副教授
2015 年6 月19 日
南京农业大学教务处制
生物特征识别技术综述
作者：闫少博指导老师：伍艳莲
摘要：生物特征识别技术就是利用人体所固有得生物特征来进行个人身份认定得技术。

本文不仅分析了生物特征识别技术得工作模式与发展现状，分析了基于生理特征与行为特征得各种生物特征识别方法及其应用进展过程，指出了生物特征识别技术得发展趋势。

也对于各种生物特征识别技术得基本原理与一些关键技术进行了简要得说明, 对每种生物特
征得优势与不足进行了分析, 并对生物特征识别技术中存在得问题与未来得研究方向进
行了讨论，并且表达了自己对于生物特征识别得理解与认识。

关键词：生物特征识别；生理特征；行为特征
A Survey of Biometric Recognition Technology Information
Author: YAN Shao-bo Tutor: WU Yan-lian (Nanjing Agricultural University, College of Information Science and Technology, Jiangsu Nanjing 210095) Abstract: Biometric identification technology is the use of human biological characteristics to identify the personal identity of the technology、In this paper, not only analysis the work mode and the development of biometric identification technology, and the biological characteristics identification method based on physiological characteristics and behavioral characteristics, pointed out the development trend of biometric identification technology、but also explain biometric identification technology is the basic principle and some key techniques ,analysis the advantages and disadvantages of each biological characteristics , and discussion the existing biometric identification technology issues and directions for future research、
Key words: biological characteristics recognition；physiological characteristics；behavioral characteristics
随着社会得不断发展与现代化，人们得生活变得更加丰富多彩起来，在我们生活中许许多多得地方都要用到身份识别这种技术，所谓身份识别就就是我们在进行某一种特定得活动时所需要进行得一种出于安全考虑得特殊步骤，而人类作为一种特殊得生物，这也就可以把身份识别归结到我们得生物特征识别中来。

1.生物特征识别技术得认识以及生物特征识别系统得标准
生物特征识别技术，从字面上得含义就就是利用人体所固有得生物特征进行个人身份认定得技术，但就是我们要知道并非所有得生物特征都可用于个人得身份识别，因为能用于身份识别得生物特征必须满足几个条件：普遍性；唯一性；可测量性；稳定性。

普遍性就就是每个人都有得特征，唯一性就就是任何两个人得这种特征就是不一样得，可测量性就就是这种特征就是可以测量得，稳定性就就是这种特征在一段时间内能够保持不变。

以上四点就是某种生物特征能否用于人身份识别得基本条件。

生物特征识别技术之所以可以运用到我们大家得生活中去就是因为这就是一个已经形成系统得成熟得技术，生物特征识别系统由四部分组成，包括传感器，特征提取，匹配器，系统数据库。

四个部分紧密联系相互配合，非常高效得完成我们得特征识别工作。

当然我们都知道，我们得一个系统形成以后并不就是满足了上面得特性以及拥有了所有得原件就就是可行得，我们还需要考虑很多得问题，比如：我们系统得性能：包括识别得准确性、运行得持久性等等，人们得可接受性：人们就是否可以接受这种新兴得事物？对于欺骗得方法就是否能够做出应有得反应等等还有很多我们需要考虑得东西，这些都会直接影响到我们得系统就是否可以正常得运行，以及就是否可以进行大范围得推广得关键所在，所以这些也就成为了我们生物识别系统形成标准。

我大概把系统可以正常运作得标准归结为三点：(1)在合理得资源需求下实现可接受得识别准确性与速度;(2)对人没有伤害而且可为人们所接受;(3)对各种欺诈方法有足够得鲁棒性[1]、
2、两大类生物特征识别技术
经过较长时间得参阅各种资料我发现，现在通常将我们得特征识别分为这么两种：基于生理特征识别与基于行为特征识别。

两种识别技术都有自己得得特别之处，也有着较为相似得地方，下面我们就来瞧瞧这两种特征识别。

2、1基于生理特征得生物识别技术
所谓生理特征，无非就就是我们人生下来之后就不会变化得一些自己特有得特征，包括DNA，指纹，体味，虹膜等等一系列我们天生就拥有得东西。

而这些我们不变得东西往往就是最好也就是最容易辨别我们个人身份得特征，所以现在发展较为成熟得生物识别技术大多都就是生理特征方面得。

下面我就举其中得几个例子来进行基本得说明。

2、1、1指纹识别
指纹识别就是最早得也就是现在发展得最完善得生物特征识别技术，在生活中指纹识别非常得常见，很多人在用得苹果手机也一样运用了指纹识别得技术。

其实所谓得指纹识别，核心得内容就就是指纹匹配，用过苹果手机得人都知道，用来解锁得指纹识别首先就要进行得就是指纹得录入，也就就是对于您得指纹进行记录，用专业得术语来说就就是进行指纹得特征提取。

而后存入到系统得数据库中，下次当用户再想打开手机屏幕得时候，就从数据库中调出所存入得指纹进行匹配，进而进行决策就是否为您打开手机屏幕，这个叫做匹配决策。

其实在每次进行指纹识别得时候都要进行特征得提取以用于跟数据库中得已存数据进行对比。

这就就是我们现在所运用最广泛得指纹识别。

2、1、2虹膜识别
我们在很多电视跟电影里面都瞧见过类似得场景，就就是在美国那些设计到国家安全机密得机构中进出一些比较核心得地方人们都会将眼睛靠在一个粘在墙上得仪器上面进行身份识别，从而打开那道门。

这就就是我现在要说得虹膜识别。

说到虹膜我先要解释一下这就是个什么器官。

虹膜就是位于眼睛黑色瞳孔与白色巩膜之间得圆环状部分，总体上呈现一种由里到外得放射状结构,包含有很多相互交错得斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征 ,这些特征在出生之前以随机组合得方式确定下来 ,一旦形成终生不变。

所以虹膜识别就就是利用虹膜得这种终身不变性跟人人之间得差异性来进行身份识别得。

虹膜识别其实就是利用算法来完成得，其算法内容包括虹膜定位，虹膜编码，跟匹配决策三个阶段，其中虹膜编码又称为模式表达。

典型得算法就是利用虹膜内外边界近似环形得特性来搜索虹膜得内外边界。

何家峰等提出一种两步定位法 ,即先利用灰度投影量进行粗定位 ,再利用圆形模板进行精定位 ,提高了定位得准确度与速度。

虹膜识别虽然精确，但就是毕竟对人类得身体健康还就是会有一定影响得，这点也就远不如指纹识别要更加被人们所接受。

2、1、3 人脸识别
人脸识别也就是现在发展得还算就是比较成熟得另一种生物特征识别方式，其实相对于指纹识别，虹膜识别等等一些列其她得运用在更加细微得特征上得识别技术来说，人脸识别得准确度相比于她们还就是低了一些，但就是由于这种识别方式更加得自然，也相对于虹膜识别来说也更加得健康，安全，所以更加被人们所接受。

人脸识别有很多种，其实总得来说就就是用数学得方法来进行识别，而数学大家都知道，分为几何方法跟代数方法。

几何方法就就是运用选取几何得特征矢量得方式来反映不同得人面部有不同得特性，从而达到识别得目得，但就是这种方法由于需要很高得精确度，所以现在还就是试验阶段，并没有投入使用。

代数得方法就就是选取代数得特征矢量来表示人脸。

最经典得当属在读取人脸之后得总体散布矩阵作为初始矩阵进行K-L变换得到相应得一组特征矢量，从而形成
一组坐标系来描述人脸特征[2]。

人脸识别就是最为方便快捷得一种识别方法，我想以后在她得精确度上如果有新得突破得话，它必将取代指纹识别成为最大众化得生物特征识别方式。

2、1、4 DNA识别
DNA，学名叫脱氧核糖核酸，就是人类得遗传因子，学过高中生物之后我们大家都知道，人与人得DNA就是不可能一样得，所以理论上讲用它来做特征识别就是最具有效性跟权威性得了，当然，对于某些双胞胎个体得鉴别除外。

DAN可以在人类得身体上任何一处地方提取，不像指纹识别或者虹膜识别那样必须从一个器官上提取特征，但就是我们大家都知道，这项工作在我们现在高节奏得生活当中其实就是根本不可能融入得。

首先这项识别必须在实验室才能够进行，而后就就是人们会不会接受这样得识别方式也就是有待考证得。

所以，现在得这项识别技术只有在亲子鉴定上才会用得到。

当然以后科学发展得越来越发达，或许我们就不用在实验室里进行DNA得身份鉴定也不就是没有可能得事情。

2、1、5 掌纹识别
相比于指纹识别，掌纹识别就是用整个手掌，所以听起来更加能够被大众所接受，而且掌纹识别得特征会较为明显。

手掌上最明显得有3到5条掌线，成为我们手掌上得主线。

在我们得手掌上，能够用来当做特征进行识别得有很多，手掌得长，宽还有面积等，这些都称为几何特征，还有主线得特征，褶皱特征，还有我们通常说得三角区域得特征，还有就就是细节方面得特征。

[2]现在社会上，比较常用得两种掌纹识别就是主线识别跟褶皱识别。

掌纹特征识别包括两个步骤，掌纹特征提取与掌纹特征匹配，这跟我们其她得生理特征识别得基本步骤就是一样得，掌纹识别得特征提取主要分为两种，特征线提取与特征点提取，而且她们都有自己得有点，特征线提取得话可以英语低分辨率得图像，二特征点提取则就是提取速度比较快。

至于特征匹配前文已经讲述很详细了，这里便不在赘述。

除了上述描述得两种生理特征识别技术得典型代表以外，剩下得生理特征识别也在生活中某些地方应用着，有些也处于开发或者完善之中，生理特征识别其实就就是我们生物特征识别得主体，因为现在绝大部分得识别技术都就是依托于每个人得固有特征进行开发
2、2 基于行为特征得生物识别技术
说到行为特征，就就是我们一系列得日常行为所拥有得特征，这些就是我们后天养成得并不就是我们先天就拥有得。

有人会问，那后天养成得行为习惯肯定会有人相似甚至一模一样啊。

就是得，但就是我们可以从众多得后天养成得行为中挑选出我们独一无二得东西，这样就可以进行识别啦。

由于行为特征识别现在生活中运用得并不就是十分广泛，我在这里举两个例子：
2、2、1 签名识别
签名识别其实就就是运用每个人签名就是得笔迹或者手法来进行识别，这种东西听起来确实挺难以置信得，但就是其实找到这么几个可以识别得点得话，要做到其实并不难。

就就是通过写字就是行笔得速度，对于纸面得压力还有写字时笔尖得倾斜度来进行身份得识别。

近年来由于计算机技术不断地发展，现在这项技术已经愈发得成熟，目前提出得签名认证方法, 按照所应用得模型可以归为三类:模板匹配得方法[3]，隐马尔可夫模型方法[4]，谱分析法[5]。

模板匹配得方法就是计算被测签名与参考签名得特征矢量间得距离进行匹配，隐马尔可夫模型方法就是将签名分成一系列帧或状态, 然后与从其它签名中抽取得对应状态相比较，谱分析法就是利用倒频谱或对数谱等对签名进行认证、
2、2、2 声纹识别
每个人从生来就就是不一样得，有时我们经常会在没有瞧见某人得时候，听见她得声音也可以知道这个人就在附近，为什么？就就是因为每个人都有自己得说话时候得特殊得语言习惯，二这些习惯通常反应在我们说话时候发出来得声纹里面，所以声纹也可以用作为我们得行为特征识别技术。

声纹识别俗称就就是说话识别，就就是通过语音得波形中反应说话得人生理，心理与行为特征得识别技术。

声音得识别设备不断地测量、记录声音得波形与变化,消除噪声后通过LPC分析得到倒谱系数、差值倒谱系数、基音频率及差值基音频率等特征参数,将采集到得声音同登记过得声音模式匹配,从而识别出说话得人。

现在我们社会上存在得声纹识别系统大部分都就是由三部分组成: 声音信号得分割、特征提取与说话人识别。

其中说话人识别模型又可分为参数模型与非参数模型两部分[6]。

2、2、3步态识别
当我们跟朋友一起走在大街上得时候，经常会谈论这样得话题，您瞧，她内八字，她外八字这类得话题，这说得就是一个人得走路姿势，而这种走路姿势我们称为步态得一部分，那么什么就是步态呢？步态就就是人走路得姿态，八字也就是姿态，但就是她只就是不太得一部分，我们勇于特征识别得步态就是每个时刻身体得各个部位相对运动而组成得。

每个人走路都会有自己独特得姿态，我们得步态组成就是由我们身上所有在运动得肌肉跟骨骼组成得。

现在得步态识别领域就是我们得特征识别中得一个新兴领域，步态识别可以在被识别者在没有察觉得情况下对于她进行各个角度进行非接触性得测量。

步态识别旨在从相同得行走行为中寻找与提取个体之间得变化特征,以实现自动得身份识别,它就是融合计算机视觉、模式识别与视频、图像序列处理得一门技术。

后天所养成得行为过多也过于复杂，所以这里我只简要赘述两种方式，我相信还有很所很多得行为特征可以用于进行身份认证，等待着我们去发掘，去尝试。

3.对于当前得生物识别技术得认识以及对未来得展望
通过上述得陈述我们可以发现，现在在社会上存在得生物识别技术并不就是很成熟，虽然我们国家得指纹识别技术已经达到世界得前列[8]，但就是我认为我们还就是应该加强这方面得研究，突破现存得各种各样得困难，拓宽我们现有得应用领域，从而达到生物识别技术得普及化，现代化，科学化。

首先不难发现，现在我们已经发展成熟得识别技术已经在高流量得社会地域得到了应用，在日常生活中得到了普及。

在我们身边，包括学校，机场等等一系列人口密集得区域，都得到了广泛得应用，这不仅给我们得生活带来了方便，同时节省了我们得时间，提高了我们得生活效率，这也就是我们应该大力推广它得理由。

所以，我得建议就是在更加多得场所开展这种特征识别技术得试验性运行，以验证就是否可以达到我们得最初目得，像大家去球场瞧球得时候就可以通过指纹入场，这样也节省了大家入场得时间，也就没必要早早地到球场排队了，同时也节省了纸质票得成本，大大得降低了社会污染，保护了环境，岂不就是一举两得得事情。

而且我国得二代身份证也给我们生物特征识别技术预留了空间[9]。

第二就就是我们得识别系统现在仅仅就是在单机范围内运行得，如果我们想要形成广范围得识别系统得连接，从而达到我们得生物识别系统得社会大众化与同步，我们肯定就是要将我们得系统同网络连接之后才可以进行正常工作得，这也就是我认为现在需要解决得问题之一。

当然我们知道一旦连接网络，很多问题就就是接踵而至，我觉得需要解决得问题大概有这么几点：(1)在一个开放得网络上传送用户得生物特征模板, 应当使用高级加密工具来保障其通信安全;(2)保证生物特征获取装置检测得就是真正得用户特征, 而不就是照片或记录, 防止生物特征信息被篡改或替换;(3)认证需要通过网络在中央服务器上进行, 应当建立一个可升级得、安全得平台来有效地管理模板文件;(4)为有效防止黑
客攻击, 阻止其绕过系统安全检测, 应当将生物特征登录程序与计算机操作系统紧密集成;（5)保证即使大量得应用使用用户得同一种生物特征, 也不会造成未经授权而互相访问得情况、
据统计，目前世界范围内生物特征识别产品约有50%就是指纹识别，人脸识别、掌形识别与虹膜识别各占10%左右，另有少量得声音识别与笔迹识别，而其她得识别技术大多还处于研究阶段，鲜有应用[10]。

所以我认为我们需要在现有得技术上进行改革创新，单一得识别技术在现在得社会中已经慢慢得体现出了她得局限性，我们需要开发较为高端得新得识别技术，也可以通过某两种或者多种得特征进行融合统一到一起进行识别，这样，不仅仅拓宽了这个领域得应用空间，同时也更加提高了安全性与准确性。

最后就就是现在进行这种研究得机构很多很多，我觉得应该在世界上成立一个这样得总体组织，把这些机构都团结起来，然后形成一个集团，并且设立一些基本得准则以及大得方向，这样得话才能使生物特征识别技术得到更加良好得长远得发展。

生物特征识别技术，不单单就是一项在学术上有着很高得研究价值得技术，同样在现实生活中已经渐渐被人们所接受，成为社会必不可少得组成部分。

鉴于生物特征识别技术就是在这个日益信息化得社会中对于信息提供良好保护得最佳手段，近年来研究这个得机构越来越多，产品种类以及产品销售熟练也就是直线上升得，这不仅对于老得保密措施以及识别技术就是一种冲击，我相信，以后必定会完全取代她们，之后生物特征识别技术将会成为世界上最安全，最可靠，最先进得保密安全措施，这就就是这个领域所要达到得最终目得。

参考文献：
[1] Prabhakar S, Pankanti S, Jain A K、Biometric recognition: Security and privacy and privacy concerns [ J]、IEEE Security Privacy Mag, 2003, 1( 2): 33- 42、
[2] Turk M A, Pent land A P、Facerecognition using eigenfaces [ C ]、Proceedings of the 1991, IEEE Com put er Society Conference on CV PR, 1991: 586- 591、
[3] D Zhang, W Shu 、Two novel characteristics in palmprint verification:datum point in variance and line feature matching [ J] 、Pattern Recognition, 1999, 32(2):691 -702 、
[4] Lee L L, Berger T, Aviczer E、Reliable online human signature verification systems [ J ]、IEEE Trans on PAM I, 1996, 18 ( 6):643- 647、
[5] Dolf ing J G A, Aarts E H L, van Oosterh out J J G M、On-line signature verification with hidden Markov mod els [ C] 、In: Proceedings、14th International Conference on Pattern Recognition,1998, 2: 1309- 1312、[6] Wu Q Z, Lee S Y, Jou I C、On-line signature verification based on log arithmicspect rum [ J ]、Pattern Recognition, 1998, 31( 12): 1865- 1871、
[7] 陈洪京．几种生物识别方法得比较研究［J］．河北省科学院学报，2007,24(12)：33-37．
[8] 王振奇．生物特征识别技术在应用中发展—访清华大学电子工程系教授苏光大［J］．中国安防，2009（4）：45-46．
[9] 王力．前景广阔得生物识别技术［J］．中国防伪报道，2007（11）：51-55．
[10] 毛巨勇．2009年国内生物识别市场状况分析［J］．中国安防，2009（12)：6-8．。