生物识别技术的类型

生物识别技术已经变得更加精细、先进且高度敏感。它保护着公司和个人。最重要的是，生物识别技术基于个体的生物学特征，因此无法复制。

个体具有两种生物学特征：行为特征和生理特征。

因此，生物识别技术分为两种类型：行为生物识别和生理生物识别。

行为生物识别

行为生物识别是对人与动物身体功能运作方式的科学研究。

它进一步分为

• 签名识别
• 语音识别
• 按键节奏

签名识别

签名在过去几十年里一直被用于个人身份识别以及高价值交易。它是一种行为特征，可以产生大量统计可靠的数据，并且还可以通过电子方式捕获。以前，使用的是手动签名验证方法，包括对其形状的确认。生物识别签名识别系统可以进行更多验证，以确保是否为授权用户或冒充者。银行和金融服务提供商使用签名进行身份验证和授权。

语音识别

声音既是行为特征也是生理特征，它取决于喉咙和嘴巴的物理结构以及持续性的构成。由于依赖于许多因素，声音成为一种重要的生物识别标识符，可用于区分说话人。语音识别既识别说话者也识别语音。语音识别是利用新兴技术来验证所说的内容，而语音识别则是识别谁在说话，即说话人的身份识别。许多人可以互换使用说话人识别和语音识别，但这两个目标和实现方法不同，尽管两者都与人类声音有关。根据频率、持续时间和幅度分析的语音的视觉记录称为声纹图或频谱图。语音识别非常流行且成本低廉，但准确性较低，有时注册过程也较长。

按键节奏动力学

一个人在键盘上打字时的节奏足以形成一种称为按键节奏动力学的生物识别技术的基础。不同的人有不同的敲击速度和风格。它被分析并记录下来，用于各种安全目的。

生理生物识别

生理生物识别基于个体的行为特征。它涉及所有物理特征，如耳朵、眼睛、虹膜、指纹等。

它进一步分为

• 耳朵认证
• 眼部静脉识别
• 面部识别
• 手指静脉识别
• 指纹识别
• DNA匹配
• 脚印和足部动力学
• 步态识别

耳朵认证

在生物识别技术中，外耳的形状（在生物学术语中也称为耳廓）被认为是生理生物识别特征。耳朵认证使用声波来确定个体耳道的形状。人耳道的形状被认为是独一无二的，就像指纹或虹膜图案一样。

耳朵认证的工作原理

我们需要一些外部设备来观察耳朵认证的工作。受试者佩戴一副特殊的耳机，其中包含一个麦克风，用于捕捉从耳道反射的声波。为此，使用 18 kHz 到 48 kHz 之间的高频低音波。

• 每个人都有不同的耳道特征和形状，因此反射波各不相同。麦克风捕获这种反射波，识别系统可以通过预先建立的识别信息来识别此人。

耳朵认证的优点

• 耳朵认证准确且易于实施，无需进行任何成像或扫描，这使其更适合当今快节奏的生活。
• 与其他人脸识别技术不同，耳朵认证不易被欺骗，因为耳道形状是安全的，位于耳朵内部。

耳朵认证的缺点

• 在耳朵认证中，受试者需要佩戴特殊的外部耳机。
• 价格昂贵，因为外部耳机需要额外的成本。

眼部静脉识别

眼部模式识别是另一种生物识别方法，它利用巩膜上静脉形成的图案。人眼凭借其不同的结构元素，为个人身份识别提供了许多可能性。眼部静脉识别通过人眼中的虹膜模式工作。虹膜是色素弹性组织，中央有一个可调节的圆形开口。每个人都有不同的虹膜图案和颜色。即使您左眼和右眼的虹膜图案也不同。虹膜图案和颜色因人而异。这项技术即使在远处也能工作，因此对用户来说很方便。这项技术是由密苏里大学堪萨斯城分校的计算机科学和电气工程教授Reza Derakhshani 博士开发的。

眼部模式识别的工作原理

• 该技术利用眼睛白色部分（称为巩膜）的静脉图案。眼部模式识别技术可以通过数码相机捕获它，因为这些静脉即使肉眼也能看到。
• 系统处理获取的数码图像以生成生物识别模板，该模板可以与个人的身份信息相关联。之后，个人可以通过眼睛验证其身份。与视网膜或虹膜识别不同，受试者需要左右看才能获得验证。

眼部识别的优点

• 虹膜图案不会因年龄、眼睛发红或饮酒而改变。
• 眼部模式识别技术甚至适用于戴眼镜或隐形眼镜的人。
• 随着 Eye Verify Biometrics 的发明，许多用于银行和金融服务的移动身份验证应用程序都推出了这项技术，为个人带来了极大的便利。

眼部识别的缺点

• 由于这是一项未经证实的创新技术，它被称为一种“赚钱”的移动身份验证解决方案，而且您需要一部最新更新的智能手机。
• 只有当手机靠近眼睛时，眼部模式扫描才能工作，否则系统将无法识别静脉图案。
• 这项最新技术仅与更新的智能手机兼容，旧款智能手机或没有摄像头的手机无法使用。

面部识别

我们的面部结构是人们用来记住彼此的主要方式。它也是一种非常成熟的生物识别技术，用于人类识别和身份验证。现在我们拥有高品质的变焦相机，可以从远处识别主体，因此面部识别也适用于安全和监控应用。

面部识别的工作原理

• 面部识别技术易于设置。只需一台数码相机和面部识别软件即可设置此识别技术。对于高级安全应用，还会部署更多硬件，例如相机和红外发射器、多摄像头设置等。
• 面部识别是发展最快、用途最广泛的生物识别技术之一。这种增长的原因是智能手机和个人计算设备的不断普及。现代设备通常配备两个摄像头，一个在前，一个在后。因此，可以轻松利用面部识别进行用户身份验证。
• 如今，设备制造商会加入额外的硬件，如用于面部识别的红外发射器和捕捉面部结构红外光 3D 地图的摄像头。苹果公司率先推出了这种配置，其 iPhone X 以 Face ID 的名号。

面部识别的优点

• 面部识别技术易于设置，并且在当今的计算设备和智能手机上，这项技术无需额外硬件。
• 这项用途广泛的生物识别技术使生活变得非常轻松，只需瞥一眼您的脸即可立即解锁手机。它还可用于个人识别和监控应用。

面部识别的缺点

• 面部识别可能无法识别同卵双胞胎。
• 面部识别技术可能容易受到操纵或欺诈攻击。
• 随着年龄的增长，面部会出现皱纹，或者在事故中面部有时会变形，或者如今为了看起来更好，人们通常会对面部进行整形手术。因此，这使得面部识别效率降低。

手指静脉识别

手指静脉识别是一种生物识别技术，用于对人进行分类和验证其身份。它是一种识别技术，其工作原理是利用人体手指皮肤覆盖层下方的独特血管图案。这种图案是由将血液输送到心脏的血管和静脉形成的。日立公司于 2005 年推出了 Vein ID，这是一种基于人类手指静脉图案的身份验证技术。没有确定的方法可以说明个体血管如何在手指（或手掌，或几乎任何地方）形成图案，它在个体之间差异很大的可能性非常高。手指中静脉形成的这种独特图案将在不久的将来被广泛用于个人识别和身份验证。

静脉识别的工作原理

• Vein ID 识别系统可以将人类手指的血管图案与已处理或新处理的手指静脉 ID 进行匹配。Vein ID 识别技术使用红外光和单色电荷耦合器件 (CCD) 相机来获取静脉图案。
• 当红外光穿过手指时，会被静脉中脱氧血红蛋白中的血红蛋白吸收，从而由 CCD 相机捕获图像。
• 在生成的图像中，手指静脉图案显示为深色线条。识别系统对这些信息进行数字化处理，然后发送用于用户验证或识别。

手指静脉识别的优点

• 静脉图案隐藏在手指皮肤下方，不易暴露，只能通过特定设置进行扫描，因此难以复制和绕过系统。
• 由于位于表面下方，手指静脉图案比指纹、面部识别和类似的识别方法更安全，因为后者的生物特征暴露在外，可以在未经受试者同意的情况下收集。

手指静脉识别的缺点

• 可用的设备和应用程序数量有限。
• 这项技术相当复杂，很少有人了解这种技术。

指纹识别

指纹识别是最古老且高效的生物识别方法之一，因为指纹长期以来一直被认为是准确且主要的识别方法，因为不同个体的指纹是不同的。与其他所有生物识别技术一样，它通过事先保存的数据来识别和验证一个人的指纹。自早期指纹识别以来，它一直是法证调查的一部分。随着技术在法证调查机构中的应用，指纹识别和匹配过程不断进步，指纹识别早已取得了长足的进步。如今，指纹识别已广泛应用于从移动设备到门锁，甚至高安全访问控制。通过微小但高效的指纹传感器，移动设备得以实现身份识别和身份验证。

指纹识别的工作原理

• 基于指纹识别技术工作的系统存储人们指尖的独特脊线图案。使用光学、电容、热敏等多种不同技术来收集指尖图案。
• 捕获的人类指纹图像经过优化后使其可用，然后使用各种复杂的算法生成生物识别模板，该模板对个体始终是唯一的。
• 当任何个人的身份数据与此模板关联时，它就成为生物识别指纹身份。然后将此模板与现有扫描进行匹配，如果找到匹配，生物识别系统将返回 true，如果没有找到匹配，则返回 false。
• 上述所有过程在用户级别只需要轻轻一触即可完成，其余一切都在指纹识别系统内部完成。

指纹识别的优点

• 指纹识别是一种经济实惠、安全且易于设置的技术，也是最成熟的生物识别方式。从解锁小工具到办公室打卡机，指纹识别是最安全、最便宜的方法。
• 它也易于处理，并且可以轻松地在用户端进行管理。
• 在所有行业类型的广泛部署使其成为更可靠的生物识别方法。执法机构、医院和诊所、学校和大学、健身房和健身中心都已采用该技术来正确地识别和验证个人。

指纹识别的缺点

• 由于与法证调查和执法相关，早期实施的接受度较低。
• 虽然苹果的 Touch ID 被广泛认为是生物识别技术的进步，但著名黑客 Jan Krissler 在 iPhone 发布后一天就成功破解了该技术。同样，来自 Chaos Computer Club 的研究人员也制作了假手指来解锁 iPhone。
• 识别系统的性能会受到指尖表面状况的影响，例如湿手指或脏手指、疤痕、皮肤病等。

DNA匹配

DNA 匹配技术是在几十年前才引入我们世界的。在这种生物识别技术中，法证人员会采集个体身体的某个部分，如唾液、指甲、头发或血液，然后将其送往各个法证实验室进行各种调查和医疗用途。DNA 包含有关种族、父系以及特定疾病的医疗状况的信息。在电影中，尤其是在《CID》和《CSI》这类惊悚故事中，我们见过这种技术。DNA 匹配是一种经过验证的个人身份识别方法，可以通过分析个体的生物样本来确认其身份。随着这项技术的发明，法证调查得到了极大的缓解，因为这种生物识别技术有助于追踪罪犯。DNA 样本通常在征得受试者同意的情况下收集。DNA 样本通常通过口腔拭子收集。然而，也可以获取精液、血液、唾液等用于 DNA 剖析。

DNA 匹配的工作原理

• 收集的样本通过 STR 分析、RFLP 分析、AmpFLP、PCR 分析等多种 DNA 剖析方法之一进行收集。
• 然后将结果与其他获取的样本进行比较以查找匹配项。DNA 剖析是一种精确且准确的身份识别方法。

DNA 匹配的优点

• DNA 匹配是一种非常准确的身份识别方法。
• 它已成为一种可靠且成熟的身份识别方法，因此已在执法领域使用了一段时间。
• 这项技术用于许多医疗目的。骨髓移植只有在成功进行 DNA 匹配后才可能进行。
• 与大多数其他生物识别技术不同，它不会受到系统性能问题的影响。

DNA 匹配的缺点

• 与大多数其他生物识别技术一样，DNA 剖析需要采集生物样本来收集生物识别数据。
• DNA 剖析的生物样本需要储存在适当的环境条件下。
• 然而，在以色列研究人员最近进行的一项研究中，他们表明 DNA 可以在实验室制造并在操纵结果时使用。因此，DNA 样本容易受到污染。
• 这项技术尚未完全自动化。
• DNA 匹配不像其他生物识别方法那样快速，而且非常昂贵。

脚印和足部动力学

与指纹和手掌不同，人类的脚印也被认为是独特的生理特征，并具有独特的性质。人类脚的脊线结构与手掌和手指的皮肤脊线一样，终生不变。因此，这让我们有机会使用脚印作为个人身份识别生物识别的手段。脚印扫描和处理的底层技术与其他指纹脊线识别技术大致相同。脚印扫描技术并非已开发的生物识别技术，正在进行各种方法的实验。

脚印和足部动力学的工作原理

• 当前系统使用高分辨率相机捕获脚印，在预处理图像后，系统使用梯度向量流 (GVF) 和特征点来提取形状。
• 在动态脚印方法中，使用行进中的受试者脚印来识别个体。当识别技术接近成熟时，预计将使用脚的形状、纹理、摩擦脊等特征。
• 尽管进行了广泛的法证调查研究，并且是一种独特的生理特征，但脚印生物识别并不常用于人类身份验证或识别。

脚印和足部动力学的优点

• 脚印识别方法可用于一些特殊用途，如水疗中心、温泉浴场和隐蔽身份识别。
• 脚印不用于高安全性应用，因此存储脚印和足部动力学生物识别数据不会构成任何安全威胁。

脚印和足部动力学的缺点

• 由于数据采集过程不方便，以及人们通常穿鞋导致脚部扫描困难等原因，动态脚印识别在商业生物识别系统中的应用被认为很困难。
• 脚印识别系统不适用于电子银行、访问控制等高安全性应用。

步态识别

步态被定义为导致人类运动的循环和协调的运动组合。每一个人或动物，都通过观察他的步态来识别熟悉的人，因为人类步态是一种可区分的特征。随着计算机成像和机器视觉的发明，这种识别能力已经可以传递给网络。与其他生物识别系统不同，步态识别系统是模式识别系统，可以映射人类步态的模式。由于步态是一种行为特征，并且只要有人移动就会以周期性重复。由此产生的模式数据被认为是唯一的，可以被捕获和处理以识别该个体。步态识别系统利用一些导致人类运动的显著特性，例如行走、身份、病理学，这些都基于循环和协调的运动。

步态识别的工作原理

通常，步态生物识别是在识别系统中进行测试的。

• 每个人都有独特的行走方式，可以使用现代计算和成像技术进行映射。映射的模式被数字化，然后通过旨在生成特定于涉及的受试者的数字生物识别模板的识别算法进行处理。生物识别系统提取未知测试主体的描述性特征集。然后将其与数据库中存储的个人的元素进行比较。这种生物识别足以评估监控和识别，在这些场景中，关于被监控者的身份没有先验信息。
• 目前已经出现了两种主要的步态生物识别评估方法。第一种是估算正确识别率，第二种是比较人群内的变异与测量值之间的差异。这两种方法都不是完全令人满意的，但它们都提供了对性能的见解。我们在本节的其余部分讨论这两种方法。
• 步态识别系统的性能低于生物识别应用的要求。考虑到步态最适合识别或监控场景，其中数据库可能非常大，人们会期望很高的误报率，这将使系统无法使用。此外，迄今为止的测试并未充分考虑步态测量值在长时间内以及在不同成像条件下的变化。

步态识别的优点

• 步态分析促进并有利于步态相关的病理学。通过这种步态分析系统，可以诊断所有与步态相关的疾病。
• 这些系统不仅在缓解混淆方面，而且在监测治疗方面都证明了它们的优势。
• 步态具有多种吸引人的特性。可以在公共区域快速获取描绘个体步态的图像，只需一些简单的仪器，并且不需要观察者有意识或甚至合作。
• 许多新的研究正在进行，甚至中国也正在推出新的步态识别软件，即使在面部被遮挡的情况下，也可以通过分析他们的行走方式来识别某人。

步态识别的缺点

• 与其他使用声音、指纹或面部的生物识别技术方法相比，将步态作为人类识别和身份识别生物识别的规范仍然是新的且不成熟的。因此，它尚未完全发展，其在生物识别方面的实用性尚不清楚。
• 步态分析的各个领域仍需要对地形、鞋类、长时间以及其他混淆因素的变异性进行进一步的研究和调查，以找到仅因个体而异的步态特征。