生物识别技术：发现和用好随身“身份证”[阳光信息网]

　　我们每一个人每天都要接受身份识别的请求，比如通过证件、密码，或者证件加密码的方法来证明自己是谁。由于都是“身外之物”，这些传统的身份识别凭证很容易被丢失、遗忘、破解甚至假冒伪造。去年，美国有4000多张信用卡信息被盗，因为信用卡大多还在使用密码等传统的身份认证方法。2003年将近1000万美国人的身份信息被盗用，约占美国18岁以上人口的5％，产生的损失超过了500亿美元。相关调查还显示，IT从业人员平均每人要记住6种密码，实在是苦不堪言。

　　因此，我们必须找到一种更有效的身份认证方法，生物识别就是近年来身份认证领域最热门的技术。所谓生物识别，就是指通过获取、分析人体的身体和行为特征来实现身份的自动鉴别，这些特征包括先天遗传的生理特征，如虹膜、指纹，以及后天习惯形成的行为特征。跟传统的身份认证方法相比，生物识别技术具有独特的优势：做身份认证的时候，你的密码可能跟别人重复，但生物特征却肯定是不同的，而且几乎终生不变；此外，生物特征本来就是人自身的，能够随身携带。
　　
　　生物识别的基本流程是一个模版匹配的过程，这个过程分为注册和登记两步，当中涉及到数据获取、质量评价、光学成像、机械设备、电路控制、算法研究，是多学科交*的前沿技术。到目前为止，学术界已经对将近20种生物特征进行了研究，从DNA、脸像、虹膜、耳形，到颅骨、牙形、声音、指纹；新的生物识别技术也在不断出现，如掌纹、静脉、步态、人耳、三维人脸、皮纹等，还有更多把多种生物识别技术融合到一起的技术。

从虹膜到静脉：五花八门的生物识别技术

　　生物识别的概念并不新，实际上我们的祖先在大约七千年前就懂得用指纹来识别身份了。1885年，法国人贝提纳就通过在监狱里测量犯人的生物特征，包括眼睛的虹膜图像来识别犯人。但是生物识别真正形成热潮还是上世纪90年代，特别是互联网的一些新应用催生了生物识别技术的发展。
　　
　　人脸识别：自从几年前美国研究人员提出Adboost机器学习算法后，人脸识别技术已经达到了相当高的水平。在室内光照环境下，各种各样的人脸图像都可以自动检测出来。如果用多个模板表达不同状态下的人脸变化，其识别率甚至可以达到99.99％。目前，美国的人脸识别系统主要用于通关、过境，欧盟在研究手机的人脸识别，我国也在研究红外照明的人脸识别。但人脸识别技术仍存在不少问题，比如无法辨别双胞胎和外貌相像的父子，以及光照、姿态变化等一系列因素影响，所以还没有得到大规模应用。
　　
　　虹膜识别：从生理结构上看，虹膜和视网膜是两个完全不同的概念。随着光线的变化，人会通过虹膜伸缩来控制瞳孔的大小，虹膜识别实际上就是利用人眼虹膜结构的细微差别进行自动识别。虹膜识别首先要把虹膜图像清晰地拍下来，现在正在研制的新一代虹膜设备就可以在几米之外拍下人的虹膜图像。借助自主研发的设备和方法，我国已经建立了一个1000多人的虹膜数据库，其中包含几万张图像，有1600多家单位在使用。

　　但是，如何获取高质量、清晰的虹膜图像，仍然是目前最大的技术瓶颈。首先，虹膜是非常小的一个器官，采集图像的时候我们不能总让人盯着看，只需瞄一眼就可以了，而且虹膜图像也不能太小；其次，对于戴眼镜、患白内障、患老花眼的人怎么使用更方便，也是一个难点。

　　指纹识别：指纹识别的历史最长，应用也最多，尤其在国内生物识别市场主要用的就是指纹识别技术。指纹尽管看起来很细，但是有一些凹凸，用成像设备把指纹拍下来后，将两个图像叠加在一起，一致的话相关度就会很高。但是指纹识别也存在很多问题：比如有的人手脱皮、有的人出汗、有的人干体力活，所以大概有5％的人没有指纹；而外力大小、指压方位不一样，指纹也会产生形变。因此现在人们开始研究三维的非接触式指纹，“非典”期间这种非接触式指纹识别技术就很受欢迎。
　　
　　静脉识别：这是近几年兴起的生物识别技术，原理是人手上的静脉血红蛋白对近红外光有较强的吸收特性。人的手掌、手背上都有静脉，通过透射对纹路成像，就能够进行提取和比对。目前日本和韩国各有一家公司在推这样的产品，但同样只是开始一些小的应用，还远远没有形成规模。

生物识别技术“钱”程似锦
　　由于人的身份几乎每天都要验证，生物识别技术可说是“钱”程似锦，在军事、公安刑侦、司法审判等领域都有非常广泛的应用：美国的FBI建设了世界上最大的指纹库，这个库在多起案件侦破中都发挥了很大作用；自从使用虹膜识别技术以来，阿联酋每一年都能发现3万个假冒的人；我国的虹膜识别技术已经用到了矿工身上，因为矿工脸比较黑，不易辨认。
　　
　　从技术角度看，嵌入式的生物识别会掀起一股热潮，包括虹膜识别、掌纹识别、人脸识别等。但这些都是单个的识别技术，如果距离在几十米之外就需要采用其它手段，如步态识别，因为每个人走路的样子都不一样。此外还有笔迹识别，笔迹不是签名，签名比较容易被伪造，而笔迹则不同。
　　
　　生物特征多模化、多种特征融合识别将成为生物识别技术的发展趋势。比如将手上的掌纹和手型叠加起来；人脸、虹膜、指纹识别技术的融合；以及把步态和人脸识别技术综合，实现远距离的生物识别。在信息安全方面，生物识别还可以与其它技术有机结合。例如跟密码结合就能提高密钥的安全性，保护生物特征模板的隐私权，以及生物水印技术的运用等等。
　　从人配合机器到机器主动适应人是生物特征识别系统发展的必然趋势。在这个大的趋势背景下，生物识别的研究有几个特别值得关注的地方：一个是针对大规模人群的身份鉴别技术，这方面将出现更多的研发和应用，比如机场通关、车站码头、大型集会等；另一个是在摄像机监控状态下，能不能实现身份的自动识别。
　　生物护照是一个大范围的、涉及到国家安全的领域。三年以前国际民用航空组织就要求188个成员国都要用生物识别技术进行出入境的身份验证，即在护照里面加入生物特征，包括虹膜、指纹等。美国平均每一天大概有两千个小孩失踪，到目前为止有将近5万个成年人找不着，他们就起动了一个生物识别计划，特别是用虹膜识别来寻找这些丢失的大人和小孩。
　　
　　目前，我国也已出现不少生物识别方面的产品和企业，我们正在筹划成立生物识别技术产业联盟，深圳、香港、珠海等地区也在试点生物识别的新应用。据我所知，中国银行一下子就定了500套掌纹识别系统。在社保医疗领域，我国大概每年有至少0.5％的社会福利被冒领，这就完全可以用生物识别技术进行防伪。但是，我们的不足之处在于，核心技术掌握不多、行业应用没有统一的规范和标准、产业规模小、产品结构趋同化现象严重、政府推动与政策引导的力度还比较有限。生物识别要形成一个产业，必须官产学联动，促进关键技术标准化、数据资源共享化、社会应用普适化、重要应用法律化，形成产业发展的良好环境。
　　
　　编者注：谭铁牛博士是中国科学院自动化研究所所长兼中国科技大学自动化系主任，也是国家863信息技术专家组成员、博士生导师，我国自动化领域著名的学科带头人。本文系会议发言整理，未经本人确认。