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。
生物識別系統對生物特征進行取樣,提取其唯一的特征并且轉化成數字代碼,并進一步將這些代碼組成特征模板。由于微處理器及各種電子元器件成本不斷下降,精度逐漸提高,生物識別系統逐漸應用于商業上的授權控制如門禁、企業考勤管理系統安全認證等領域。用于生物識別的生物特征有手形、指紋、臉形、虹膜、視網膜、脈搏、耳廓等,行為特征有簽字、聲音、按鍵力度等。基于這些特征,人們已經發展了手形識別、指紋識別、面部識別、發音識別、虹膜識別、簽名識別等多種生物識別技術。
全球市場對生物識別產品的需求在2010年將達到71億美元。在未來五年,生物識別設備的綜合性年增長將率將達到21.3%。指紋生物識別是應用最多,也是應用最早的生物識別技術,在2007年到2012年,此項識別技術將繼續是生物識別技術收入主要貢獻者。
隨著生物識別技術的快速發展,出現在iPhone上的指紋識別技術讓人們的設備更加安全,但用戶經常會產生一個疑問:人臉識別、虹膜識別和指紋識別,生物識別技術這么多,哪一個才是最好用、最安全的?
要想知道識別技術到底“哪家強”,先了解一下個人身份驗證的方法的三種方法:
識別設備,如NFC手機、智能卡
明文密碼,例如PIN、密碼
用戶自身的生物特征,如指紋、虹膜、人臉、聲音等
前兩種方法只能100%保證中間驗證的消息是正確的,但卻很難保證后端的人是否正確。而第三種生物識別技術帶來的是人與行為之間的驗證環,還有另一個好處就是方便。
了解了生物技術后,還要摘掉影響最終用戶體驗的三點因素:
1)硬件產品質量是圖像輸入質量的關鍵因素
2)生物識別算法決定了生物識別驗證的結果,同時也是速度和性能的重要影響因素
3)實用性
生物識別技術都有各自優勢和限制,現階段指紋是應用最為廣泛和成熟的一種技術,也是生物識別應用的起點。指紋識別即指通過比較不同指紋的細節特征點來進行鑒別。指紋識別技術涉及圖像處理、模式識別、計算機視覺、數學形態學、小波分析等眾多學科。由于每個人的指紋不同,就是同一人的十指之間,指紋也有明顯區別,因此指紋可用于身份鑒定。由于每次捺印的方位不完全一樣,著力點不同會帶來不同程度的變形,又存在大量模糊指紋,如何正確提取特征和實現正確匹配,是指紋識別技術的關鍵。
指紋識別技術的主要優點為:
1、指紋是人體獨一無二的特征,并且它們的復雜度足以提供用于鑒別的足夠特征;
2、如果要增加可靠性,只需登記更多的指紋、鑒別更多的手指,最多可以多達十個,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、讀取指紋時,用戶必需將手指與指紋采集頭相互接觸,與指紋采集頭直接;
5、接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法;
6、指紋采集頭可以更加小型化,并且價格會更加的低廉;
指紋識別技術的主要缺點為:
1、某些人或某些群體的指紋指紋特征少,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”。
3、實際上指紋鑒別技術可以不存儲任何含有指紋圖像的數據,而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數據;
4、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制指紋的可能性。
5、指紋是用戶的重要個人信息,某些應用場合用戶擔心信息泄漏。
指紋識別具有價格相對便宜,功能性較強的特點,也是非常可靠的一種驗證方式。但如果需要更高級的安全選項,那指紋還需要與智能卡或者密碼配合使用。目前主流應用在手機或平板電腦上的指紋識別安全等級相對較低,通過傳感器雖然能夠與用戶實現簡單的交互,但對于手指處于潮濕、蛻皮、受傷狀態時,識別將會受到一定影響。
目前來說指紋識別的技術應用最為廣泛,我們不僅在門禁、考勤系統中可以看到指紋識別技術的身影,市場上有了更多指紋識別的應用:如筆記本電腦、手機、汽車、銀行支付都可應用指紋識別的技術。
計算機應用中,包括許多非常機密的文件保護,大都使用“用戶ID+密碼”的方法來進行用戶的身份認證和訪問控制。但是,如果一旦密碼忘記,或被別人竊取,計算機系統以及文件的安全問題就受到了威脅。
隨著科技的進步,指紋識別技術已經開始慢慢進入計算機世界中。許多公司和研究機構都在指紋識別技術領域取得了很大突破性進展,推出許多指紋識別與傳統IT技術完美結合的應用產品,這些產品已經被越來越多的用戶所認可。指紋識別技術多用于對安全性要求比較高的商務領域,而在商務移動辦公領域頗具建樹的富士通、三星及IBM等國際知名品牌都擁有技術與應用較為成熟的指紋識別系統。
虹膜識別技術是基于眼睛中的虹膜進行身份識別,應用于安防設備(如門禁等),以及有高度保密需求的場所。
人的眼睛結構由鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網膜等部分組成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色鞏膜之間的圓環狀部分,其包含有很多相互交錯的斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等的細節特征。而且虹膜在胎兒發育階段形成后,在整個生命歷程中將是保持不變的。這些特征決定了虹膜特征的唯一性,同時也決定了身份識別的唯一性。因此,可以將眼睛的虹膜特征作為每個人的身份識別對象。
國內在2000年以前在虹膜識別方面一直沒有自己的核心知識產權,經過10年的不斷努力,截止2013年,國內以形成北京為主虹膜研發生產聚集地,在多年研究的基礎上也均開發出了各自虹膜識別的核心算法,成為了世界上少數幾家掌握了虹膜識別核心算法的單位之一,通過在礦山苛刻的環境下使用,證明了中國的虹膜產品不管是在識別速度、設備穩定、解決礦工黑臉問題上,都遠勝國外虹膜產品。
虹膜識別技術的優點:
1.便于用戶使用;
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
5.快捷方便:擁有本系統,不需要攜帶任何證件,就能實現門控,可單向亦可雙向;既可以被授權控制一扇門,也可以控制開啟多扇門;
6.授權靈活:本系統根據管理的需要,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;
7.無法復制:本系統以虹膜信息為密碼,不可復制;且每一次活動,都可自動記錄,便于追溯、查詢,非法情況則自動報警;
8.配置靈活多樣:使用人和管理者可根據自身喜好、需要或場合的不同,設定不同的安裝及運行方式。比如在大堂等公共場所,可以只采用輸入密碼的方式,但在重要場合,則禁止使用密碼,只采用虹膜識別方式,當然也可以兩種方式同時使用;
9.投入少、免維護:裝配本系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;系統免維護,并可隨時擴充、升級,無須重新購置設備。長遠來看,效益顯著,并可使管理檔次大大的提高。
虹膜識別技術的缺點:
1.很難將圖像獲取設備的尺寸小型化;
2. 設備造價高,無法大范圍推廣;
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. 一個自動虹膜識別系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。分別對應于圖像獲取和模式匹配這兩個基本問題。
應用行業廣泛:廣泛應用于煤礦、銀行、監獄、門禁、社保、醫療等多種行業。
虹膜識別一直被譽為最精準、最安全的生物識別方式,不過虹膜識別的成本相對較高,并且需要專業的硬件產品。隨著技術的成熟,現階段虹膜識別在成本上已經不再是令廠商“望而卻步”的狀態了,很多廠商甚至已經研發出精致、小巧的移動終端專用虹膜模組,性價比超高。
人臉識別,是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術。用攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流,并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉,進而對檢測到的人臉進行臉部的一系列相關技術,通常也叫做人像識別、面部識別。
傳統的人臉識別技術主要是基于可見光圖像的人臉識別,這也是人們熟悉的識別方式,已有30多年的研發歷史。但這種方式有著難以克服的缺陷,尤其在環境光照發生變化時,識別效果會急劇下降,無法滿足實際系統的需要。解決光照問題的方案有三維圖像人臉識別,和熱成像人臉識別。但這兩種技術還遠不成熟,識別效果不盡人意。
迅速發展起來的一種解決方案是基于主動近紅外圖像的多光源人臉識別技術。它可以克服光線變化的影響,已經取得了卓越的識別性能,在精度、穩定性和速度方面的整體系統性能超過三維圖像人臉識別。這項技術在近兩三年發展迅速,使人臉識別技術逐漸走向實用化。
人臉與人體的其它生物特征(指紋、虹膜等)一樣與生俱來,它的唯一性和不易被復制的良好特性為身份鑒別提供了必要的前提,與其它類型的生物識別比較人臉識別具有如下特點:
非強制性:用戶不需要專門配合人臉采集設備,幾乎可以在無意識的狀態下就可獲取人臉圖像,這樣的取樣方式沒有“強制性”;
非接觸性:用戶不需要和設備直接接觸就能獲取人臉圖像;
并發性:在實際應用場景下可以進行多個人臉的分揀、判斷及識別;
除此之外,還符合視覺特性:“以貌識人”的特性,以及操作簡單、結果直觀、隱蔽性好等特點。
人臉識別的優勢在于其自然性和不被被測個體察覺的特點。
所謂自然性,是指該識別方式同人類(甚至其他生物)進行個體識別時所利用的生物特征相同。例如人臉識別,人類也是通過觀察比較人臉區分和確認身份的,另外具有自然性的識別還有語音識別、體形識別等,而指紋識別、虹膜識別等都不具有自然性,因為人類或者其他生物并不通過此類生物特征區別個體。
不被察覺的特點對于一種識別方法也很重要,這會使該識別方法不令人反感,并且因為不容易引起人的注意而不容易被欺騙。人臉識別具有這方面的特點,它完全利用可見光獲取人臉圖像信息,而不同于指紋識別或者虹膜識別,需要利用電子壓力傳感器采集指紋,或者利用紅外線采集虹膜圖像,這些特殊的采集方式很容易被人察覺,從而更有可能被偽裝欺騙。
人臉識別的難點:
人臉識別被認為是生物特征識別領域甚至人工智能領域最困難的研究課題之一。人臉識別的困難主要是人臉作為生物特征的特點所帶來的。
相似性
不同個體之間的區別不大,所有的人臉的結構都相似,甚至人臉器官的結構外形都很相似。這樣的特點對于利用人臉進行定位是有利的,但是對于利用人臉區分人類個體是不利的。
易變性
人臉的外形很不穩定,人可以通過臉部的變化產生很多表情,而在不同觀察角度,人臉的視覺圖像也相差很大,另外,人臉識別還受光照條件(例如白天和夜晚,室內和室外等)、人臉的很多遮蓋物(例如口罩、墨鏡、頭發、胡須等)、年齡等多方面因素的影響。
在人臉識別中,第一類的變化是應該放大而作為區分個體的標準的,而第二類的變化應該消除,因為它們可以代表同一個個體。通常稱第一類變化為類間變化(inter-class difference),而稱第二類變化為類內變化(intra-class difference)。對于人臉,類內變化往往大于類間變化,從而使在受類內變化干擾的情況下利用類間變化區分個體變得異常困難。
人臉識別主要用于身份識別。由于視頻監控正在快速普及,眾多的視頻監控應用迫切需要一種遠距離、用戶非配合狀態下的快速身份識別技術,以求遠距離快速確認人員身份,實現智能預警。人臉識別產品已廣泛應用于金融、司法、軍隊、公安、邊檢、政府、航天、電力、工廠、教育、醫療及眾多企事業單位等領域。隨著技術的進一步成熟和社會認同度的提高,人臉識別技術將應用在更多的領域。
靜脈識別也是較為安全和準確的生物識別認證方式,提供類似于指紋識別的高品質認證方式,也可以直接與用戶交互。
語音識別是一個非常方便的識別方式。對于移動設備來說,一直被看做是快速簡便的驗證解決方案。但在語音質量的控制上是影響其識別和發展的關鍵因素之一,安全性也令人比較擔心。現階段最廣泛用在呼叫中心、客戶服務方面。
電子簽名、步態識別(步行輪廓)、耳紋識別等新技術,目前還處于觀望狀態。
選擇哪種生物識別方式并沒有一個統一的答案,接下來總結一下不同情況下,識別技術的應用場景和現狀:
低成本的解決方案仍傾向于指紋,有時會附加智能卡或密碼。
移動解決方案主流采用的是人臉、語音和指紋識別,虹膜識別也逐漸成為手機廠商競爭的重要手段之一。
如果想要非接觸式識別、則傾向于人臉識別或虹膜識別。
秘密監控趨向于人臉識別,語音識別和步態識別等。
大型項目往往采用指紋或虹膜,比如中國居民身份證將納入指紋、印度生物識別項目則包含虹膜識別等。
安全級別較高的項目則傾向于虹膜或指靜脈識別,也常常與卡或密碼相結合,形成多因素驗證。
如果認證條件或環境比較惡劣則傾向于虹膜識別,因虹膜識別受外部因素影響較小,如礦井虹膜解決方案等。
從生活中我們可以看到,不論是手機支持的指紋、人臉識別,還是馬云在國外展示人臉識別購物,還有微信現在也支持語音識別登陸。這些都告訴我們,未來的驗證方式也許更加多樣化,也更安全。