四类生物识别技术特点及指纹识别的应用

　　生物识别技术就是利用人们生理特征和行为特征对个人进行身份识别的技术。其中，生理特征包括指纹、面相（人脸）、静脉、掌纹、手形（掌形）、虹膜、视网膜、耳廓等；行为特征包括签字、步态、声音、按键力度等。

　　基于这些特征，人们已经发展了指纹识别、面相识别、静脉识别、虹膜识别、掌纹识别、手形识别、发音识别、签名识别等多种生物识别技术。

　　传统的身份识别物理通道上主要是以钥匙、证件、IC卡等介质和逻辑通道主要以用户名＋密码等方式。但这些模式都是基于“你有什么？”和“你知道什么？”为主要验证模式，这就存在如果证明物品和证明知识被盗或遗忘，身份便容易被他人冒充或取代的风险。

　　生物特征识别技术是利用人体固有生理特征和行为特征来进行识别，人体特征具有人体所固有的不可复制的唯一性，密钥无法复制，不易遗忘、不易伪造或被盗、防伪性能好，使用方便的优点。

　　近年来，生物识别技术得到高速的发展和市场应用，据IBG（国际生物识别集团）2009统计预测（见图1、图2），2009年全球生物识别技术达到34.22亿美元，2010年达到43.56亿美元……2014年将达到93.68亿美元。2009年生物识别领域中的指纹识别技术占66.7％，人脸识别占11.4%，虹膜识别占5.1%，语音识别占3.0 %，静脉识别占2.4%，掌形识别占1.8％。本文将详细介绍各个生物识别技术的优势和特点。
 

图1  2009年全球各类生物识别技术市场容量比例（来源：IBG）




图2  2009-2014年全球生物识别产业市场预测（来源：IBG）

 　　人脸识别技术

　　人脸识别技术即基于人的脸部特征，对输入的人脸图象或者视频流进行分析，首先判断其是否存在人脸，如果存在人脸，则进一步的给出每个脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息。并依据这些信息，进一步提取每个人脸中所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别每个人脸的身份。

　　人脸识别技术近年来发展迅速。汉王科技、北京数字奥森、上海银晨、凹凸科技、深圳康贝尔也相继推出人脸识别终端产品。汉王科技从去年10月份开始，汉王总部就高调的透露要全面推出人脸识别技术，今年年初在北京以及6月份在上海召开新产品发布会，推出了4款全新人脸识别考勤机和门禁机。

　　中控科技也相继推出系列化的面部识别产品，其面部识别产品包括：面部识别仪、面部指纹混合手持式移动终端、面部指纹混合验证门禁终端、面部指纹混合门禁终端等。

　　北京数字奥森科技有限公司同中国科学院自动化研究所生物识别与安全技术研究中心联合开发的人脸识别系统在08北京奥运会的开闭幕式上得到实际应用。

　　人脸识别技术由于使用方便，普通摄像头都可以作为传感器，主要依靠人脸识别软件和算法进行处理，因此推广起来成本比较低，客户也较容易接受，并且人脸识别相对于指纹识别最大的有点是非接触式的，更加方便与卫生。从这个角度来看，人脸识别是非常有市场前景。

　　但是，由于人脸技术刚刚进入产品导入期，产品性能不是特别稳定，特别是对于光线要求非常高，光线太亮或者太暗都会严重影响使用效果。另外由于人们随着时间推移，变胖或责变瘦，头发长短都对识别有影响。

　　因此，未来几年，人脸识别技术要有真正大的发展空间。必须对技术本身的适应性和好用性进一步提升。当然现在一套人脸识别门禁终端一般要4000元人民币，而指纹门禁也只需要1000多元，3倍的价格差距也是将影响人脸识别技术的大规模应用。

　　静脉识别技术

　　静脉识别系统的原理是根据血液中的血红素有吸收红外线光的特质，将具近红外线感应度的小型照相机对着手指进行摄影,从而着血管的阴影摄影出来。将血管图样进行数字处理，制成血管图样影像。从而提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对，从而对个人进行身份鉴定，确认身份。全过程采用非接触式。目前主要是包括手掌静脉识别、手指静脉识别、手背静脉识别这3项技术。

　　日本日立公司推出的手指静脉识别系统在中国通过日立中国信息通信部推广。该项技术在日本本土的银行ATM机上得到广泛应用，由于其高昂的产品价格在中国市场推广起来暂时不是很理想。另外，2004年富士通公司推出的手掌静脉识别系统。掌静脉因为面积大、识别较容易，掌静脉识别系统具有非接触式、不易伪造，可用于需要高度识别率的环境，但售价相对昂贵。目前在国外的应用案例上，除了有南美洲最大的银行--巴西Bradesco银行，将掌静脉识别系统作为ATM领款时的身份识别外，已有日本医院结合医院原有的IC卡与掌静脉识别系统，作为电子病历存取时的应用。另外日本最大植发公司，以员工编号加上掌静脉识别系统，作为存取客户数据的验证机制

 　　2009年初，日本索尼公司宣布了一项命名为“mofiria”的手指静脉识别技术的开发成果，这项用户友好的技术提供快速反应能力和高度的准确性，同时它以微型尺寸呈现，可以安装在笔记本电脑或手机等移动设备上。基本上跟 Fujitsu 的 PalmSecure 类似，但看来似乎更迷你一点，通过近红外线 LED 照射手指，另一头则有 CMOS 感应器来侦测静脉的影像，原则上每个人的手指内静脉排列方式为独一无二的，同时每一跟手指也会得到不同的结果，更有一辈子都不会有太大改变的恒定性。

　　静脉识别技术目前在中国大陆的市场应用比较小。

　　虹膜识别技术

　　虹膜识别技术作为一项全新的生物识别技术，目前在高端安全领域得到应用。拥有其核心算法的国外研究机构主要有美国的Iridian，美国Iritech，韩国的Jiris公司。

　　美国的 Iridian 公司是目前全球最大的虹膜识别技术和产品提供商，其技术来源于英国剑桥大学的John Daugman以及医学博士Leonard Flom 和 Aran Safir。它和Irisguard、Securimetrics 、LG、松下、OKI、NEC 等企业进行合作，以授权方式提供虹膜识别核心算法，支持合作伙伴生产虹膜识别系统。

　　美国Iritech公司是一家虹膜算法公司研究为主的公司，市场的推广、产品的销售主要是通过提供核心识别算法、虹膜采集仪硬件以及SDK开发包为主。上海道肯奇科技有限公司是其在中国的合作伙伴。

　　韩国的Jiris公司也具有自己的虹膜识别算法，其目前的产品主要面对用于移动电话或者台式电脑、笔记本电脑的身份识别。

　　另外英国的 Irisguard公司，采用美国Iridian公司的虹膜算法，成功开发出虹膜识别仪IG-H100。公司研发中心在英国伯明翰，销售中心在瑞士。成功案例有2001年中旬与阿联酋政府和阿联酋公安部合作完成的IETS被驱逐者跟踪系统，机场、边境、海关口安装IG－H100，以此来阻挡被驱逐者进入阿联酋。

　　日本松下（电器）有限公司的虹膜产品主要有BM-ET系列和BM-DT系列，其中BM-ET系列主要针对门禁和通道控制类的应用，BM-DT系列主要面向信息安全类应用，例如个人计算机操作系统的登录认证和文件加密。 BM-ET300为其在中国市场的主打产品，虹膜识别时间（约）1.0秒，虹膜服务器最多可容纳5025个用户，支持14种语言，读取距离为30cm-40cm。

　　日本冲电气公司（OKI）公司的产品主要以IRISPASS＠-M为主，图像获取时间≤1秒，图像识别时间≤1秒，误识率为1200万分之一，读取距离30-60cm.

　　国内中科院自动化所于2000年初，在国家模式识别重点实验室16年的研究基础上，结合海外归国学者谭铁牛，王阳生的研究成果开发出了虹膜识别的核心算法，成了世界上极少数掌握了虹膜核心算法的单位之一。并参加了国际生物组织举办的生物特征识别技术测评（2006 Biometric Consortium Conference and 2006 Biometrics Technology experiment），得到了国际生物组织以及国内外权威机构的认可。

　　作为中科院自动化所虹膜技术产业化基地的中科虹霸科技有限公司的产品主要包括IKEMB-0001嵌入式虹膜识别设备，虹膜综合人员管理系统以及可以进行二次开发的SDK。其虹膜识别的速度和精度达到市场上目前主流产品的3倍之多。

 　　指纹识别技术

　　指纹识别技术是目前国际公认的应用最广泛、价格最低廉、易用性极高的生物认证技术之一，具有如下特点：

　　·每个人的指纹都是独一无二的，两人之间不存在相同的指纹。

　　·每个人的指纹是相当固定的，不会随着人年龄的增长或身体健康程度的变化而变化。

　　·指纹样本便于获取，指纹采样功能的硬件部分也较易实现，易于开发识别系统，实用性强。

　　·一个人的十指指纹皆不相同，这样可以方便地利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性。

　　·指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由指纹图像中提取的关键特征，因此存储量较小，同时也能保护使用者的个人隐私。

　　从图3的分析可以看到，指纹识别技术相对于其它生物识别技术，不仅具有许多独到的信息安全角度的优点，更重要的是还具有很高的实用性和可行性。目前指纹技术是国际公认的技术最成熟，性价比最高，性能最稳定的生物识别技术，也是全球生物识别领域中应用最广泛的技术。
 

图3  指纹识别技术处理流程

 　　1、指纹在信息安全中的应用

　　指纹技术应用到计算机信息安全加密，以此来代替“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制。用指纹UKey替代密码实现登录windows操作系统。另外直接采用指纹传感器应用到笔记本电脑上。国内的各大公司如清华同方、海尔、方正、神舟、七喜、联想也纷纷融入此项技术，截至到目前为止，在中国大陆销售的品牌笔记本电脑中有30多个品牌含有指纹技术，几乎涵盖所有主流笔记本厂商，同时各大品牌的台式机也开始嵌入指纹识别系统。

　　指纹手机在日本、美国得到一定规模的应用，而在中国大陆也有金立公司推出A8、Z6款，中电电子CECT推出的T150款、还有创维Ｖ638的折叠手机以及波导公司推出指纹手机，但是市场反应平平。但相信随着中国3G业务的不断拓展，高端手机嵌入指纹识别应该有较大的市场规模。

　　指纹U盘，指纹硬盘解决移动数据存储的安全；房地产行业的房屋产权证书的身份管理，实现对房屋产权所有者的安全保密等。

　　指纹POS机用来作为指纹支付的有效方式；指纹IC卡验证终端来解决社会保险受保人员身份确认，升学考试、职称考试等学员身份确认，食堂售饭指纹管理系统对就餐人员进行指纹扣款，非常方便快捷；

　　指纹IC卡驾驶员培训管理系统也已经形成较大的市场规模，目前在国内基本形成浙江维尔、重庆安运、深圳成为三足鼎立局面。截至目前，浙江、江西、四川、重庆、黑龙江、湖南、湖北、吉林、安徽、广西、福建、云南得到广泛的应用。

　　2、指纹在公安、武警、军队中的应用

　　指纹技术最早就是在公安刑侦领域中得到了应用。目前，国内很多基层派出所都已经安装了滚动式指纹识别仪作为破案的有效科技工具。市场占有率最高的当属北京海鑫科金高科技股份有限公司，目前推出的系列化生物特征识别产品有：海鑫指掌纹自动识别系统、海鑫指纹移动追逃系统、海鑫活体指（掌）纹采集系统、海鑫指纹识别考勤机等产品。

　　在枪支管理上，常州市警方在全国率先开始运作指纹比对快速开启枪柜取用枪弹系统。今年国庆节期间展出了先进的指纹枪支管理系统，该系统不是采用传统的光学成像原理，而是采用先进的热敏技术，能够远程实时得知何人、何时开启枪柜进行管理。

　　2006年杭州中正与天津武警指挥学院联合开发的“金盾指”网络安全指纹ukey产品获得了国家武警科技进步一等奖。此项技术已经很好地应用到武警内部网络办公系统中，一则解决武警重要电子数据的移动存储的安全问题；二则解决武警内部网络平台的不同权限身份验证的管理问题，只有相应权限的人通过指纹身份认证登录到相应的业务系统或者相应的管理界面中去，实现真正认证到人的身份验证功能。

　　同时军队武警公安内部指纹U盘、指纹硬盘已经得到较大规模的应用。

 　　3、指纹锁的应用

　　北京奥运会期间，北京“鸟巢”成功应用了指纹锁项目，第24届世界大学生冬季运动会，武警部队也成功应用指纹锁。目前房地产厂商推出指纹锁，一个楼盘达到几百甚至几千把锁，量十分可观。国内最指纹锁规模较大的公司有：深圳爱迪尔、广州第吉尔、上海众音、长春鸿达等厂商。

　　虽然指纹锁还没有形成较大规模的爆炸式增长，但是相对于传统的锁具，指纹锁技术产品的应用优势极其明显。单体指纹的唯一性大大提高了用户在安防上的性能要求，而指纹的独特生理附属性，又彻底避免了遗失、被盗、被复制的隐患，同时由于“指纹”随身携带，使用方便，这些巨大的优势使得指纹锁技术本身具有很强的生命力和潜在应用市场。只要产品技术不断的完善，价格体系越来越趋于低廉，民众的认知度也会越来越大。故而有人预测，指纹生物识别产品在未来几年中仍然将保持高速增长的趋势，预计每年大约以300%的速度增长，因此其市场的前景是不容置疑的。

　　4、指纹考勤门禁应用

　　指纹门禁机系统可以广泛应用在重要仓库、银行金库、监狱、重要机房、弹药库等重要场合，但目前在国内市场总体还没有形成较大的市场规模。主要是由于一般提供指纹门禁机的制造厂商在这类潜在客户中没有比较优势的客户关系，因此需要通过渠道商或者系统集成商来市场运作，并且指纹系统是一卡通系统、弱电等系统里面一个非常小的组成部分，故而，项目一般由集成商自己来实施和安装。这就要对集成商的能力和水平的要求比较高了，甚至有些项目还需要集成商自己进行二次开发。这个时候问题就出现了，集成商会从项目实施的复杂程度、推广难易程度、投标报价的高低等原因就不主动推广指纹门禁机了。这便让我们知道了为什么指纹门禁机目前没有大幅度得到推广的原因。

　　目前在国内号称做指纹门禁设备的厂家很多，但是真正从源头上做起掌握指纹的核心技术，并拥有尖端技术的企业并不多。目前国内一直做高端市场的中正指纹公司，这两年陆续推出的MIAXIS MX系列指纹门禁系统，由于掌握了指纹核心技术，产品性能稳定，一经推出便引起市场较大的反馈，取得一定的经济价值。优秀的企业一个共同的特点就是研发上坚持创新，不断推出新的产品，技术创新关键。国外的品牌在国内由于价格优势不是很明显，如法国Sagem，美国Secugen，韩国Superma，加拿大Bioscrpt在中国市场上寥寥无几。

　　随着重要场所对人员进出的身份确认越来越重视，以及指纹技术不断发展与成熟，将会有越来越多的政府、企业、军队、金融以及其他重要仓库，场所会广泛地应用指纹门禁系统。

　　指纹考勤机对一般的企业来说并不陌生，很多企业都采用这种方式来考勤，也是目前国内指纹市场最大的来源之一。

　　指纹考勤系统可以有效杜绝代打卡、假冒等现象，利用指纹的唯一性、不变性的特点，彻底改变了认卡不认人的疏漏情况，避免人事纠纷，提高统计效率，为企业综合管理提供先进、科学、可靠的管理手段。

　　目前国内做指纹考勤机的厂家有中正、中控、科密等一线品牌，还有尚吉、浩顺晶密、安威士 、金典 、齐心、真地、易通、瞬通 、能达佳、汉王、新力宝、三科达、优玛仕、IDWORLD（艾迪沃德）、科达、广州明诚、厦门青松等厂商。

 　　未来，指纹考勤机将向着多品牌，多极化发展，产品也将根据厂商品牌、规模，产品性能，产品外观设计等因素形成高、中、低端不同档次的产品。同时有彩色屏幕，黑白液晶屏幕，落地式，桌面式，挂式等多种指纹考勤机供用户选择。功能方面也将会将加入薪资管理系统进行智能计算薪资报酬，软件方面也将从单机版本发展到多机联网甚至到基于web页面的统一后台管理模式。减少用户的管理复杂程度和维护工作量。

　　5、指纹在金融银行的应用

　　在金融银行领域，指纹应用已经非常广泛，主要是集中在银行内控管理上。比方说：最大装机量的银行柜员内控指纹管理系统，以及指纹二道门禁管理系统、银行押运管理系统也有较多应用。目前国内银行指纹市场做得最大的3家企业当属杭州中正、浙江维尔、北京天诚盛业。 由于杭州中正起步早，又具备指纹的核心技术，目前基本占据了银行市场的60％市场份额，也是国内唯一一家工、农、中、建、交5大国有银行全部应用的指纹设备供应商。

　　当前工商银行、农业银行、中国银行、建设银行、交通银行五大国有银行的内控柜员指纹管理系统已经都有上线应用。另外上海浦发银行、华夏银行、中信银行、民生银行、招商银行、上海银行、浙商银行、北京商业银行，包头商业银行，全国农村信用社等全国性的银行基本实施完毕或者正在实施。

　　从目前银行市场的指纹成熟应用来看，银行有进一步加大市场投入，拓宽指纹设备应用面的趋势。从外挂式指纹设备（不改变原有银行业务系统）到银行内部建立独立指纹数据库。银行客户已经深入感受到了指纹识别给他们带来的管理上的安全和便捷。现在指纹在金库门禁、主机管理、网点二道门禁等应用也在不断加快。

　　除了指纹应用在银行内控外，银行储户中的应用是目前几家设备供应商关注的焦点，中正指纹在浙商银行试点储户指纹取款查询系统，北京天诚盛业在唐山商业银行试点储户指纹银行，上海立佰趣也在上海推出指纹支付。这些技术也表明了指纹技术从内控管理逐步扩展到民众的储户管理和日常消费上。

　　结束语

　　生物特征识别技术进入中国也就短短15年左右的时间，但是已经得到快速的应用。据统计，2008年中国生物识别市场的销售收入约23亿，其中超过85%为指纹识别产品，国产指纹设备占主流，并有大量出口。从市场和产业的生命周期看，中国指纹识别市场和产业已经完成了导入期和大部分成长期的演化过程，正在向成熟期逼近。

　　生物识别技术不存在哪一项技术比其他技术优秀的概念，每一项技术都有它自身的特点和优势，当前来看，由于指纹识别技术起步较早，使用方便，产品成熟，故已经形成非常可观的经济效应。同时我们也应该看到面相识别技术的不断发展，市场拓展也在形成较好的发展态势。特别是汉王科技、中控科技的大力推广，相应未来一定有较好的市场表现；另外静脉识别从日本引进中国，虽然经过3－4年的市场拓展没有形成较大的市场规模，但是相信随着销售量的逐步提高，产品价格的不断走低，技术本身的成熟性越来越好，也将会得到一定的市场发展。虹膜技术近2年来在中国大陆地区推广力度也很强，相信未来在一些高端应用领域会得到一定的应用。其他语音识别、掌纹识别也在国内有一定的推广。

　　由于各个生物识别各自的优势，组合式的生物识别技术也将成为下一步各个厂商重点研究的产品形态。随着人们对安全保密要求的提高，生物识别技术一定会越来越多地在人们的生活和工作中得到应用，届时，人们会更多地感受到生物识别技术所带来的安全与便捷。 （文/严玉才）