摘要：本文（wén）結合生物特征識別技（jì）術在應用過（guò）程中（zhōng）所麵臨的問題（tí）與（yǔ）技術挑戰，討論了基於生物特征識別技術的個（gè）人身份認證管理（lǐ）產品的發展趨勢。非接觸式設計（jì）將會保證產品在公共衛生與個人接受程度方麵的（de）要求，多模（mó）態技術為提高（gāo）係統的高安全性與防偽能力提供（gòng）了技術保（bǎo）障（zhàng），基於網絡化的身份識別與管（guǎn）理體係將會大大提高（gāo）生物特征識別技術的商業前景。融合以上三類特征的產品將會代表未來生物特征（zhēng）識別產（chǎn）品市場的發展趨勢。
關鍵詞：生物特征識別（bié），多模態，非接觸式，網絡化
一、麵臨的問題與挑（tiāo）戰
隨著信息社會對個（gè）人身（shēn）份認（rèn）證與管理需求的不斷增長，生物特征識別技術及其相關產品已經大量地進入到了（le）社會生活的各個方麵，為不斷提高人類生活的品質做出了貢獻。但是，生物特征（zhēng）識別技術在實際的應（yīng）用過程中也出現（xiàn）了一些（xiē）問題，同時，人們針對目（mù）前已經得到廣泛應用的（de）一些生物特征識別技術也提出了的質疑與挑戰。例如，人（rén）體指紋可以比較容易地被複製與偽造，從而存在（zài）利用偽造（zào）的指紋副本對指紋識別係統進行欺騙的可能性。而且，通過一定的技術手段獲取人體指紋進行偽造的難度並不大。2006年，美國的科普節目MythBusters利用一種模仿人體組織特性的凝膠材料製作了人體的指紋副本，然（rán）後利用這個（gè）偽造（zào）的指紋副本成功地通過了指紋識別係統的認證。在2008年舉行的第16屆全球黑客大會Defcon16上，ZacFranken也成功地利用牙科用的藻酸（suān）鹽材料（liào）和矽橡膠製（zhì）作的假手掌（zhǎng）通過了掌（zhǎng）形（xíng）識別器的認證（zhèng）。在2009年，Duc Nguyen更是非常容易地利用一張真人大小的黑白圖片通過了聯想筆記本所用的人臉識別係統的用戶（hù）登錄認證。
為什麽會出現（xiàn）這樣的問題呢？首先需要從生物特征識別技術的原理談起。生物特征（這裏特指人體（tǐ）的生物特征）之所以能夠作為個人身份鑒別與識別的有效手段，這是由其自身所具有的四個特點所決（jué）定（dìng）的：普遍性、唯一性（xìng）、穩（wěn）定性和不可複製性。普遍性是指（zhǐ）生物識別所依賴的人（rén）體特征應該是人人天生就有的，除非（fēi）因特殊情況導致缺失，如殘疾或天生（shēng）缺陷。唯一性是指這種生物特征（zhēng）要人人不同，這（zhè）樣才能對個體進行有效區分。經研究與經驗表明，每（měi）個人的指紋、掌紋、虹膜、DNA和皮下靜脈結（jié）構等都與他人不同。穩定性是指在一定的時期內，個體的生物特征可以保持相對穩定。例如，人體的指紋、掌紋（wén）、虹膜、DNA、靜脈結構都是終生不變的，人臉和聲音雖然（rán）隨著時間的變化而有所（suǒ）不同，但在特定的時間內基（jī）本保持不變。不可複製性是指由於生（shēng）物特征的複雜性和（hé）特殊性，使（shǐ）得複製這些（xiē）生物特征存（cún）在著很大（dà）的困難（nán）。從上麵的分析可以看出，生物特征的普（pǔ）遍性與唯一（yī）性在（zài）多數情況下可以得到滿足，而穩定性和不（bú）可複製性則（zé）因（yīn）各種生物特征的自身特點而有所不同。而且，受限（xiàn）於傳感器與生物特征識（shí）別算法的性能，生物識別係（xì）統在識別精度與防偽性能上將會有所下降。例如，在理論上，隻要人體麵部細節特征足夠多，那麽即使是雙胞（bāo）胎也可以（yǐ）進行區分。實際上，對於一個現實的生物識別（bié）係統而言，要做到這點幾乎（hū）是不可（kě）能的。但是用戶也沒（méi）有必要太過悲觀，人們可（kě）以通（tōng）過采取多（duō）種生物特征相（xiàng）融合的識別方式，即多模態（tài）識（shí）別來提高係統的（de）精度和保（bǎo）證係統防偽性。
除了上麵所談到的（de）精度與防偽性以外，易用性與用戶接（jiē）受度也是生物特征（zhēng）識別係統在應用時所（suǒ）需要考慮（lǜ）的問題（tí）。以目前廣泛應用的（de）指紋識別係統為例，如果用（yòng）戶的手指表麵過（guò）於潮（cháo）濕或幹燥，都會大大增加用戶（hù）被錯誤（wù）拒絕的可能性。而且，指紋識別係統主要（yào）采用接觸式采集方式（shì）獲取人體指紋，在使用時用戶需要接觸（chù）傳感器的表麵。這種使用方式在個人專屬特性較強的應用環境下可（kě）能不會存在太多的問題，例如登錄個人（rén）電腦。但（dàn）是在公共（gòng）環境下使用時，會因個人衛生的問題降低部分用戶的主觀接受度。例如，在辦公環境下的門禁與考勤（qín）指紋識別係（xì）統。近（jìn）幾年，非接觸式生物特征識別技術正在受（shòu）到越來越多地關注，它為克服接觸（chù）式生物特征識別帶來的個人衛生與用戶接（jiē）受問題提供了一條有效的途徑。
在網絡化社會中，生物特征識別技術的終極發展（zhǎn）目標就是人們可以不必攜帶任何輔助的身份標識物品和知（zhī）識，僅僅利用個（gè）人生物特征就可以在網絡化的虛擬社會與現（xiàn）實社（shè）會進行個人的身份認證與識別。例如，人們可以（yǐ）通過基於網絡化的物理訪問控（kòng）製係（xì）統（tǒng），進行門禁與（yǔ）考勤操作，可以通過網絡化的邏（luó）輯訪問控製進行文件的訪問與修改，可以通過網絡化的生物特征識別進行金融交易等等。為了滿足網絡化社會的需求，逐步構建（jiàn）網絡化的生物特征識（shí）別係統將是未來生物特征識別技術的一種必然發展趨勢，同時（shí）也（yě）將具有廣闊的市場前景。
二、多（duō）模態（tài）生物特征識別技術
采用多（duō）模（mó）態或多種生物特征融合技術可（kě）以（yǐ）獲得比單一生物特征識別係統更好的（de）識別性能和可靠（kào）性（xìng），並增加偽造人體生物特征的難度與複雜性，提高係統的安全性。多模態生物特征識（shí）別技術是指綜合利用（yòng）來自（zì）同一生（shēng）物特征的多種識別技術，或者來（lái）自（zì）不同生物特征的多種（zhǒng）識別技術，對個人身份進行判斷的生物特征識別技術。基於多模（mó）態或多種（zhǒng）生物特征融（róng）合技（jì）術正（zhèng）在形成一種新的發展趨（qū）勢（shì），現（xiàn）在已經出現了（le）多種多模（mó）態生物特征識別技（jì）術解決方案。例如（rú），美國（guó）SecuriMetrics, Inc.設計了一種融合了指紋識（shí）別（bié）、人（rén）臉識別（bié）和虹膜識別（bié）的（de）便攜式生物特征識別係（xì）統——HIIDE，並（bìng）將其應用於伊拉克戰爭和阿（ā）富汗（hàn）戰爭。實際應用效果表明這種多模態（tài）融合身份識別係統具有更高的安全性。目前，該係統已被美國（guó）軍方采用，被應用於在美軍位（wèi）於全球（qiú）的軍方機構和軍事基地。此外，北科慧（huì）識科技有限公（gōng）司也開發了一種基於人體掌紋與掌脈融合的生物特征識別係統，這種係（xì）統的優點是通過一次采集不同光學通道的圖像，同時獲得到人體的手掌掌紋和皮（pí）下靜脈圖像進行識別。這（zhè）種係統相比於（yú）其它多模態生（shēng）物識別產品，具（jù）有更好地易用性和用戶接受度，而且隻要一（yī）次動作就可以完（wán）成多模態生（shēng）物特征識別，同時具有較高的（de）識別精度。
從技術實現的角度來講，多模態生物特征識別技術（shù）都（dōu）是通過（guò）各種（zhǒng）獨（dú）立的或（huò）多種采集方式合而為一的采集裝置獲取不同的生物特征，如指紋（wén）、掌紋、靜脈、人臉圖像、虹膜圖像等。然而在內容分析與決策判別層麵上（shàng），可以細分為兩種實現方式。一種是（shì）分（fèn）別使用不同的生物特征識別算法處理不（bú）同的生物特征，計（jì）算出這些生物特征各自的匹配值，然後根據得到的匹配值進行綜合分析與（yǔ）判斷，獲得最（zuì）後的識（shí）別結果。例如，可以（yǐ）使用指紋識別算法分析指紋，使（shǐ）用人臉識別算法分析人臉圖像，根據分別計算出來的匹配（pèi）結果進行最後的判斷。另一種方式是將采集到的各種不（bú）同（tóng）的（de）生物特征，用融合算法進行統一處理，根據多模態融合生物特征識別技術的綜合判斷得出最終的判別（bié）結果。例如，通過對采集到的掌紋圖像與掌脈圖（tú）像進行融合，然後利用圖像處理技術對內（nèi）容進行分析，最後（hòu）得出一個綜合的判別（bié）結果。可以看出，第一種方式需要對獲取的各種生物特征進行單獨處理，可以充分（fèn）利用已有算法進行快速集成，但是計算效率（lǜ）不高（gāo）。第二種方式則需要重新進行算法設計，開發難度（dù）大，但是計算（suàn）效率（lǜ）較高。
在實際應用中，可能某些（xiē）單項（xiàng）生物特征識（shí）別技術就已經滿足了客戶的要求，例如，指紋識別技術或人臉識（shí）別技術。而且，從性價比的角度來看，對於一些低安全級別的應（yīng）用環境，可以采用單項生物特征識別技術作為解決方案。但是，在用戶資金寬（kuān）裕、安全級別較（jiào）高的情況下，應該盡量（liàng）采用多模態生物特征識別技術作為技術解決方案。分析其原因，可以歸納為（wéi）以下三點：
首先是多模態生物特征識別技術具有更高的安全（quán）性，可以有效降低非法入侵者進行（háng）係統的風險。例如，一個技術高超的罪犯可能比較容易地偽造人體的指紋信息，但是想要同時偽造指紋、掌紋、虹膜則要困難（nán）得多（duō）。如果係統再融入人體皮下靜脈信息，那麽這個多（duō）模態生物特（tè）征識別係統在理（lǐ）論上幾乎是不可（kě）能被攻破的。
其次是多模態生物特征（zhēng）識別技術具有更高的（de）識別準確率。目前，各（gè）種單項生（shēng）物特征識別（bié）技術已經具有了較（jiào）高的識（shí）別精度，要（yào）達到更高的技術水平，則需要付出巨大（dà）的成本。然而，通過采用合理的（de）方式融合多種生物特征識別技術，則可以很容易地達到新的技術水平，起到事半功倍的作用。
最後是多模態生物特征識別技（jì）術有效地解（jiě）決了係統的整體實用性問題。前麵已經討（tǎo）論過，單項生物特征識別技術很難全部（bù）滿足普遍（biàn）性、唯一性、穩定性和（hé）不可複製性的要求。例如，對於指紋識別技術相對於用戶手部殘（cán）缺，虹膜識別係統相對於（yú）盲人，人臉識別係統相對於雙胞胎和麵（miàn）部燒傷。這些基於單項生物特征識別技術的係統，經常因為某（mǒu）些特殊的用戶（hù），而影響其係統的整體地（dì）實用性和安全性。顯然，多模態生（shēng）物特征識別技術將會使這些問題迎刃（rèn）而（ér）解。
目前，影響多模態生物特（tè）征識別係統進一步推廣（guǎng）的主要原因是（shì）的主要成本，因此政府部門和軍方是其主要用戶。但是，隨著更多供應商的加（jiā）入，將會有更多具有良好性價比的商品進入市場（chǎng），多模態生物（wù）特征識別技術也將走向（xiàng）更為寬廣的應用（yòng）領域和市場。
三、非（fēi）接觸式生物特征識別係統
相對於接觸式生物特征識別（bié）係統，非接觸式生物特征識別係統（tǒng）可以為用戶帶來更好的用戶體驗和（hé）衛生保證，從而大大地提高了生物特征識別技術的用戶接受度。非接觸式生物特征識別係統是指在使用過程中，用戶不需要與係統進行直接（jiē）接（jiē）觸，就可以完成人體生物特征的采集、分析（xī）與判斷。例如，人（rén）臉識（shí）別、虹膜識別、聲音識別都是非接觸式的生物特征識別技術，指紋（wén）識別和（hé）掌（zhǎng）型識別是典型的接觸式生物特征識別技術。此外（wài），還有一些生（shēng）物特征識別技術即可以是接觸式的，也可以是非接觸式的，例如，掌紋識別技術和掌脈識別技術。目前，非接觸式生物特征識別技術正在逐漸受到（dào）人們（men）的關注，並且有越來越多的產品進入市場。例如，日本富士通公司的PalmSecure係列產品通過非接觸的方式采集人體的手掌靜脈（mò）用戶（hù）身份鑒別，日本（běn）鬆下公司的ET-300虹膜識別（bié）係統通過高精度的攝像頭采集人體虹膜，北科慧識公司開發的Whois係列產品也是通過非接觸式的方式采集（jí）人（rén）體掌（zhǎng）紋和皮（pí）下靜（jìng）脈。
日本鬆下公司的虹膜識別係統
北科慧識公司的（de）Whois掌紋掌脈（mò）識別係統（tǒng）
隨著社會的不斷進步和發展，人們在日常生活中（zhōng）更加關注（zhù）公共衛生和個人衛生。因此，在公共環境下使（shǐ）用的生物特征識（shí）別係統，需要保證設（shè）備不會成為細菌與疾病的傳播途徑。毫（háo）無疑問，非接觸式生物（wù）特征識別係統在這方麵具有天然的優勢（shì）。而（ér）且，非接觸式生物特征識別係（xì）統也（yě）降低了因為個別使用者在衛生方麵的考慮而故意降低係統安全性的（de）可能性。例如，在指紋識別係統的使用過程中發現，個別用（yòng）戶為了避免手指與設備大麵積接觸，僅使用指（zhǐ）尖進行注冊與（yǔ）識別（bié）。顯然，這種（zhǒng）使用方式將會大大地增加誤識的（de）可能性，人為地導致係統整體安全性的降低。此外，非接觸式生（shēng）物特征識別（bié）係統也（yě）避免了（le）用戶在使用過程中留下印痕（hén），可以有效地防止用戶泄露（lù）個人生物特（tè）征信息，避免（miǎn）職業罪犯通過複製個人生物特征進行犯罪活動。非接觸式生（shēng）物特征識別係統在提高易用性與用戶（hù）接受度（dù）的同時，可以大（dà）大地（dì）提高係（xì）統（tǒng）的安全性能。
但是，非（fēi）接觸式的識別方式將為研發（fā）人（rén）員提出巨大的技（jì）術（shù）挑戰。首先，由（yóu）於采用非接（jiē）觸（chù）式的方式采集用戶的生物特征，一方麵為使用者帶來了方便，另一方麵也增加了係統采集數據的難度，對於接觸式生物特征識別係統則不存（cún）在這（zhè）種問題。例如，當采（cǎi）集虹膜時，需要在用戶高度、位置（zhì）不同的情況下，設（shè）備要能夠快速、準確地定位到人（rén）眼與虹膜的（de）位置（zhì），對檢（jiǎn）測算法提出了很高（gāo）的要求。而（ér）對於接（jiē）觸式的指紋識別（bié）則不（bú）存（cún）在這樣的問題，用戶每次都要將手指放置在指定的區域，減小（xiǎo）了定位難度。其次，非接（jiē）觸生物特征識別係統需要克服複雜環境背（bèi）景的噪聲幹擾。非接觸的識別方式意味著係統傳感器與（yǔ）待（dài）識別（bié）用戶需要保（bǎo）持一定的（de）物理距離，這樣就不可避免地會引入一定的背景噪聲。例（lì）如，語音傳感器在獲取（qǔ）用戶的聲音時，各種其它噪音也（yě）會被同時采集。在距離較遠或環境嘈雜時，用戶的（de）聲音可能（néng）會被（bèi）完全淹沒在噪聲之（zhī）中。同樣，人臉識別和掌紋識別通常采用的是圖像分析的方式，光線的強弱和用戶的姿勢都會對係統的識別性能產生影響。
雖然非接觸式的生物特征識（shí）別方（fāng）式帶來了許多技術挑戰，但（dàn）是各個供（gòng）應商在這方麵都投入了（le）大量的資源進行研製與（yǔ）開發，也取得了顯著的成果，並已經有相當種類的產品進入了市場。相信未來將（jiāng）會有更多的（de）非接觸式生物特征識別產品出現，占領更大的市場份額並成為生物特征識別技術產品的主流。
四、網絡化的生物特（tè）征識別係（xì）統
現代社（shè）會（huì）是信息化網絡結構的，信息通過各種途徑在網絡節點（diǎn）中傳輸。網絡化生物特征（zhēng）識別係統將（jiāng）會為人們的生活帶來許多便利，生物特征識別技術的終極發展目標就是人們可以不必攜帶（dài）任何輔助的身份標識物品和知識，僅僅利用個人的（de）生物特征可以物（wù）理訪（fǎng）問控製與邏輯訪問控製。例如，用（yòng）生物特征取代密碼，人們（men）可以更加安全地（dì）通過（guò）網（wǎng）絡進（jìn）行金融交易。利用生物特征對文件加密，進行公（gōng）文的分發與閱讀。采用生（shēng）物特征識別技術進行客戶入住管理，然後將客（kè）戶的（de）生物特征信息分發至指定的房間，完全避（bì）免房卡丟失的煩惱。通過網（wǎng）絡化生物特征係統對公司進行物理訪問控製與出入管理，提升公司形象與管理效率，等等。這些情景在不遠的將來都會成為現實，網（wǎng）絡化的生物特征（zhēng）識別係統將為社（shè）會與組（zǔ）織的管理帶來根本性的改變，社會與組織的管理也將會出現（xiàn）質的飛躍。
因（yīn）為生物特征識別係（xì）統的網絡化將成為一種必然趨勢，所以，政府、企（qǐ）業、個（gè）人需要為這一轉變做好充（chōng）分的（de）思想與物質準備。首先，政府要進行立法與標（biāo）準化工作。個人（rén）的生物特征是一種涉及到國家安全（quán）與個（gè）人（rén）隱私的特殊信息，因此需要法律對個（gè）人生物特（tè）征（zhēng）的（de）使用與管理進行限製與保護，防（fáng）止國家、企業或個人（rén）對其濫用（yòng），侵犯他人的權益。製定（dìng）生物特征識別標準化工作（zuò）可以（yǐ）有（yǒu）效整合社會資源，避免資（zī）源（yuán）浪費與重（chóng）複（fù）建設（shè）。其次，製造生物（wù）特征識別產品的（de）企業（yè）要開發出可以（yǐ）有效（xiào）保護個人生物特征信息的技術，避免生物特征信息在網絡中的傳輸與保存過（guò）程中被破壞、盜（dào）取與複製。最後，個人要加強自我保護意識，防止個人生物特征（zhēng）信息的泄漏（lòu），以備他（tā）人利（lì）用這些信息進行違法活動。
五、結束語（yǔ）
作為21世紀（jì）的一個朝陽產業，生物特征識別已經開始（shǐ）進入（rù）到人（rén）們生活的各個方（fāng）麵，它的發展趨勢將是各種網絡化、非接（jiē）觸、多模態的（de）生物特征識別技術，這些技（jì）術的發展必然會把（bǎ）生物特征識別的發展（zhǎn）帶入到一個新的高度，並把人們的生（shēng）活帶入到（dào）一個嶄新的天地（dì）之中。
注：本文所用圖片均來自於網絡
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[3] 生物（wù）識別技術新趨勢：人臉（liǎn）識別及多重生物識別. http://www.cps.com.cn
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