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:19212107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１生物特征识别技术综述作者：闫少博指导老师：伍艳莲摘要：生物特征识别技术是利用人体所固有的生物特征来进行个人身份认定的技术。本文不仅分析了生物特征识别技术的工作模式和发展现状，分析了基于生理特征和行为特征的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的发展趋势。也对于各种生物特征识别技术的基本原理和一些关键技术进行了简要的说明,对每种生物特征的优势和不足进行了分析,并对生物特征识别技术中存在的问题和未来的研究方向进行了讨论，并且表达了自己对于生物特征识别的理解和认识。关键词：生物特征识别；生理特征；行为特征ASurveyofBiometricRecognitionTechnologyInformationAuthor:YANShao-boTutor:WUYan-lian(NanjingAgriculturalUniversity,CollegeofInformationScienceandTechnology,JiangsuNanjing210095)Abstract:Biometricidentificationtechnologyistheuseofhumanbiologicalcharacteristicstoidentifythepersonalidentityofthetechnology.Inthispaper,notonlyanalysistheworkmodeandthedevelopmentofbiometricidentificationtechnology,andthebiologicalcharacteristicsidentificationmethodbasedonphysiologicalcharacteristicsandbehavioralcharacteristics,pointedoutthedevelopmenttrendofbiometricidentificationtechnology.butalsoexplainbiometricidentificationtechnologyisthebasicprincipleandsomekeytechniques,analysistheadvantagesanddisadvantagesofeachbiologicalcharacteristics,anddiscussiontheexistingbiometricidentificationtechnologyissuesanddirectionsforfutureresearch.Keywords:biologicalcharacteristicsrecognition；physiologicalcharacteristics；behavioralcharacteristics随着社会的不断发展与现代化，人们的生活变得更加丰富多彩起来，在我们生活中许许多多的地方都要用到身份识别这种技术，所谓身份识别就是我们在进行某一种特定的活动时所需要进行的一种出于安全考虑的特殊步骤，而人类作为一种特殊的生物，这也就可以把身份识别归结到我们的生物特征识别中来。1.生物特征识别技术的认识以及生物特征识别系统的标准生物特征识别技术，从字面上的含义就是利用人体所固有的生物特征进行个人身份认定的技术，但是我们要知道并非所有的生物特征都可用于个人的身份识别，因为能用于身份识别的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。普遍性就是每个人都有的特征，唯一性就是任何两个人的这种特征是不一样的，可测量性就是这种特征是可以测量的，稳定性就是这种特征在一段时间内能够保持不变。以上四点是某种生物特征能否用于人身份识别的基本条件。生物特征识别技术之所以可以运用到我们大家的生活中去是因为这是一个已经形成２系统的成熟的技术，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，非常高效的完成我们的特征识别工作。当然我们都知道，我们的一个系统形成以后并不是满足了上面的特性以及拥有了所有的原件就是可行的，我们还需要考虑很多的问题，比如：我们系统的性能：包括识别的准确性、运行的持久性等等，人们的可接受性：人们是否可以接受这种新兴的事物？对于欺骗的方法是否能够做出应有的反应等等还有很多我们需要考虑的东西，这些都会直接影响到我们的系统是否可以正常的运行，以及是否可以进行大范围的推广的关键所在，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的标准归结为三点：(1)在合理的资源需求下实现可接受的识别准确性和速度;(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的鲁棒性[1].2.两大类生物特征识别技术经过较长时间的参阅各种资料我发现，现在通常将我们的特征识别分为这么两种：基于生理特征识别和基于行为特征识别。两种识别技术都有自己的的特别之处，也有着较为相似的地方，下面我们就来看看这两种特征识别。2.1基于生理特征的生物识别技术所谓生理特征，无非就是我们人生下来之后就不会变化的一些自己特有的特征，包括DNA，指纹，体味，虹膜等等一系列我们天生就拥有的东西。而这些我们不变的东西往往是最好也是最容易辨别我们个人身份的特征，所以现在发展较为成熟的生物识别技术大多都是生理特征方面的。下面我就举其中的几个例子来进行基本的说明。2.1.1指纹识别指纹识别是最早的也是现在发展的最完善的生物特征识别技术，在生活中指纹识别非常的常见，很多人在用的苹果手机也一样运用了指纹识别的技术。其实所谓的指纹识别，核心的内容就是指纹匹配，用过苹果手机的人都知道，用来解锁的指纹识别首先就要进行的是指纹的录入，也就是对于你的指纹进行记录，用专业的术语来说就是进行指纹的特征提取。而后存入到系统的数据库中，下次当用户再想打开手机屏幕的时候，就从数据库中调出所存入的指纹进行匹配，进而进行决策是否为你打开手机屏幕，这个叫做匹配决策。其实在每次进行指纹识别的时候都要进行特征的提取以用于跟数据库中的已存数据进行对比。这就是我们现在所运用最广泛的指纹识别。2.1.2虹膜识别我们在很多电视跟电影里面都看见过类似的场景，就是在美国那些设计到国家安全机密的机构中进出一些比较核心的地方人们都会将眼睛靠在一个粘在墙上的仪器上面进行身份识别，从而打开那道门。这就是我现在要说的虹膜识别。说到虹膜我先要解释一下这是个什么器官。虹膜是位于眼睛黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，总体上呈现一种由里到外的放射状结构,包含有很多相互交错的斑点、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的方式确定下来,一旦形成终生不变。所以虹膜识别就是利用虹膜的这种终身不变性跟人人之间的差异性来进行身份识别的。虹膜识别其实是利用算法来完成的，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。典型的算法是利用虹膜内外边界近似环形的特性来搜索虹膜的内外边界。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,提高了定位的准确度和速度。虹膜识别虽然精确，但是毕竟对人类的身体健康还是会有一定影响的，这点也就远不如指纹识别要更加被人们所接受。３2.1.3人脸识别人脸识别也是现在发展的还算是比较成熟的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他的运用在更加细微的特征上的识别技术来说，人脸识别的准确度相比于他们还是低了一些，但是由于这种识别方式更加的自然，也相对于虹膜识别来说也更加的健康，安全，所以更加被人们所接受。人脸识别有很多种，其实总的来说就是用数学的方法来进行识别，而数学大家都知道，分为几何方法跟代数方法。几何方法就是运用选取几何的特征矢量的方式来反映不同的人面部有不同的特性，从而达到识别的目的，但是这种方法由于需要很高的精确度，所以现在还是试验阶段，并没有投入使用。代数的方法就是选取代数的特征矢量来表示人脸。最经典的当属在读取人脸之后的总体散布矩阵作为初始矩阵进行K-L变换得到相应的一组特征矢量，从而形成一组坐标系来描述人脸特征[2]。人脸识别是最为方便快捷的一种识别方法，我想以后在他的精确度上如果有新的突破的话，它必将取代指纹识别成为最大众化的生物特征识别方式。2.1.4DNA识别DNA，学名叫脱氧核糖核酸，是人类的遗传因子，学过高中生物之后我们大家都知道，人与人的DNA是不可能一样的，所以理论上讲用它来做特征识别是最具有效性跟权威性的了，当然，对于某些双胞胎个体的鉴别除外。DAN可以在人类的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，但是我们大家都知道，这项工作在我们现在高节奏的生活当中其实是根本不可能融入的。首先这项识别必须在实验室才能够进行，而后就是人们会不会接受这样的识别方式也是有待考证的。所以，现在的这项识别技术只有在亲子鉴定上才会用的到。当然以后科学发展的越来越发达，或许我们就不用在实验室里进行DNA的身份鉴定也不是没有可能的事情。2.1.5掌纹识别相比于指纹识别，掌纹识别是用整个手掌，所以听起来更加能够被大众所接受，而且掌纹识别的特征会较为明显。手掌上最明显的有3到5条掌线，成为我们手掌上的主线。在我们的手掌上，能够用来当做特征进行识别的有很多，手掌的长，宽还有面积等，这些都称为几何特征，还有主线的特征，褶皱特征，还有我们通常说的三角区域的特征，还有就是细节方面的特征。[2]现在社会上，比较常用的两种掌纹识别是主线识别跟褶皱识别。掌纹特征识别包括两个步骤，掌纹特征提取和掌纹特征匹配，这跟我们其他的生理特征识别的基本步骤是一样的，掌纹识别的特征提取主要分为两种，特征线提取和特征点提取，而且他们都有自己的有点，特征线提取的话可以英语低分辨率的图像，二特征点提取则是提取速度比较快。至于特征匹配前文已经讲述很详细了，这里便不在赘述。除了上述描述的两种生理特征识别技术的典型代表以外，剩下的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是我们生物特征识别的主体，因为现在绝大部分的识别技术都是依托于每个人的固有特征进行开发2.2基于行为特征的生物识别技术说到行为特征，就是我们一系列的日常行为所拥有的特征，这些是我们后天养成的并不是我们先天就拥有的。有人会问，那后天养成的行为习惯肯定会有人相似甚至一模一样啊。是的，但是我们可以从众多的后天养成的行为中挑选出我们独一无二的东西，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的并不是十分广泛，我在这里举两个例子：2.2.1签名识别签名识别其实就是运用每个人签名是的笔迹或者手法来进行识别，这种东西听起来确４实挺难以置信的，但是其实找到这么几个可以识别的点的话，要做到其实并不难。就是通过写字是行笔的速度，对于纸面的压力还有写字时笔尖的倾斜度来进行身份的识别。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的成熟，目前提出的签名认证方法,按照所应用的模型可以归为三类:模板匹配的方法[3]，隐马尔可夫模型方法[4]，谱分析法[5]。模板匹配的方法是计算被测签名和参考签名的特征矢量间的距离进行匹配，隐马尔可夫模型方法是将签名分成一系列帧或状态,然后与从其它签名中抽取的对应状态相比较，谱分析法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是不一样的，有时我们经常会在没有看见某人的时候，听见他的声音也可以知道这个人就在附近，为什么？就是因为每个人都有自己的说话时候的特殊的语言习惯，二这些习惯通常反应在我们说话时候发出来的声纹里面，所以声纹也可以用作为我们的行为特征识别技术。声纹识别俗称就是说话识别，就是通过语音的波形中反应说话的人生理，心理和行为特征的识别技术。声音的识别设