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详解指纹识别/声音识别/虹膜识别等六种生物识别技术原理

导读: 所谓生物识别技术就是,通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合,利用人体固有的生理特性,(如指纹、脸象、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。

所谓生物识别技术就是,通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合,利用人体固有的生理特性,(如指纹、脸象、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。

生物识别技术主要是指通过人类生物特征进行身份认证的一种技术,人类的生物特征通常具有唯一性、可以测量或可自动识别和验证、遗传性或终身不变等特点,因此生物识别认证技术较传统认证技术存在较大的优势。

指纹识别

原理

指纹是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小部分,但是,它蕴涵着大量的信息。指纹特征可分为两类:总体特征和局部特征。

总体特征指那些用人眼直接就可以观察到的特征,包括基本纹路图案、模式区、核心点、三角点、式样线和纹线等。基本纹路图案有环形、弓形、螺旋形。

局部特征即指纹上节点的特征,这些具有某种特征的节点称为特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征,但它们的局部特征——特征点,却不可能完全相同。指纹上的特征点,即指纹纹路上的终结点、分叉点和转折点。

指纹识别技术通常使用指纹的总体特征如纹形、三角点等来进行分类,再用局部特征如位置和方向等来进行用户身份识别。

通常,首先从获取的指纹图像上找到“特征点”(minutiae),然后根据特征点的特性建立用户活体指纹的数字表示——指纹特征数据(一种单向的转换,可以从指纹图像转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹图像)。

由于两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据,所以通过对所采集到的指纹图像的特征数据和存放在数据库中的指纹特征数据进行模式匹配,计算出它们的相似程度,最终得到两个指纹的匹配结果,根据匹配结果来鉴别用户身份。由于每个人的指纹不同,就是同一人的十指之间,指纹也有明显区别,因此指纹可用于身份鉴定。

优点

1)指纹是人体独一无二的特征,并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征。

2)如果想要增加可靠性,只需登记更多的指纹,鉴别更多的手指,最多可以达到十个,而每一个指纹都是独一无二的。

3)扫描指纹的速度很快,使用非常方便。

4)读取指纹时,用户必须将手指与指纹采集头互相接触,与指纹采集头直接接触是读取人体生物特征最可靠的方法,这也是指纹识别技术能够占领大部分市场的一个主要原因。

5)指纹采集头可以更加小型化,并且价格会更加低廉。

缺点

1)某些人或某些群体的指纹因为指纹特征很少,故而很难成像。

2)过去因为在犯罪记录中使用指纹,使得某些人害怕“将指纹记录在案”。然而,实际上现在的指纹鉴别技术都可以保证不存储任何含有指纹图像的数据,而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据。

3)每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕,而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。

可见,指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的生物识别技术解决方案,市场应用有着很大的潜力。

声音识别

原理

所谓声纹(Voiceprint),是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。人类语言的产生是人体语言中枢与发音器官之间一个复杂的生理物理过程,人在讲话时使用的发声器官--舌、牙齿、喉头、肺、鼻腔在尺寸和形态方面每个人的差异很大,所以任何两个人的声纹图谱都有差异。每个人的语音声学特征既有相对稳定性,又有变异性,不是绝对的、一成不变的。

这种变异可来自生理、病理、心理、模拟、伪装,也与环境干扰有关。尽管如此,由于每个人的发音器官都不尽相同,因此在一般情况下,人们仍能区别不同的人的声音或判断是否是同一人的声音。

优缺点

声纹识别的应用有一些缺点,比如同一个人的声音具有易变性,易受身体状况、年龄、情绪等的影响;比如不同的麦克风和信道对识别性能有影响;比如环境噪音对识别有干扰;又比如混合说话人的情形下人的声纹特征不易提取……。尽管如此,与其他生物特征相比,声纹识别的应用有一些特殊的优势:

1)蕴含声纹特征的语音获取方便、自然,声纹提取可在不知不觉中完成,因此使用者的接受程度也高;

2)获取语音的识别成本低廉,使用简单,一个麦克风即可,在使用通讯设备时更无需额外的录音设备;

3)适合远程身份确认,只需要一个麦克风或电话、手机就可以通过网路(通讯网络或互联网络)实现远程登录;

4)声纹辨认和确认的算法复杂度低;

5)配合一些其他措施,如通过语音识别进行内容鉴别等,可以提高准确率;……等等。这些优势使得声纹识别的应用越来越收到系统开发者和用户青睐,声纹识别的世界市场占有率15.8%,仅次于指纹和掌纹的生物特征识别,并有不断上升的趋势。

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