指纹识别不灵敏怎么办js333vip.com,生物特征识别

来源:http://www.mypv3.com 作者:js333vip.com 人气:88 发布时间:2019-11-20
摘要:【据《新华网》 2008年03月11日报道】中国首个高精度自动掌纹识别系统日前研制成功,并通过专家组鉴定。这标志着中国在该领域的研究走在世界前列。人的掌纹具有唯一性,可以用做

【据《新华网》 2008年03月11日报道】 中国首个高精度自动掌纹识别系统日前研制成功,并通过专家组鉴定。这标志着中国在该领域的研究走在世界前列。 人的掌纹具有唯一性,可以用做人体身份鉴别。由香港理工大学与哈尔滨工业大学联合组成的课题组,经过十年研究,首次提出并实现了三维、多光谱的掌纹识别技术以及系统,掌纹与指纹、掌纹与掌脉融合识别系统。这些新技术显著提高了系统的识别精度、可靠性和安全性,成为目前最具应用前景的生物特征识别技术之一。 课题组还建立起完整的基础理论、研究方法和实现技术,并积累了逾十五万幅的数据资源。据不完全统计,项目组发布的掌纹图像公开库已被世界31个国家和地区的231个研究单位申请使用。

作者:罗碗

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审核专家:冯建江,清华大学自动化系副教授、中国人工智能学会模式识别专委会委员

将新兴技术毫不吝啬地搬上荧屏,让观众一饱黑科技奇观的眼福,是好莱坞电影长期以来的噱头和卖点。奥斯卡从第68届起增设“科技奖”,以鼓励电影制作人对创新科技的探索。在炫酷的黑科技产品烘托下,一幕幕异乎寻常、惊叹不已的“魔幻世界”和“英雄传奇”,令影迷们眼花缭乱、大呼过瘾!

在影视作品中,我们常常看到往契约上按手印的场景。事实上,自从中国秦朝,官方就开始收集罪犯的手印作为司法记录;无独有偶,大约公元前2000年,古巴比伦人也将指纹认定为一种个人签名。直到今天,指纹识别依然因为指纹有易于采集、细节丰富、独一无二、难以更改、伴随终生等特点,被认为是最可靠、使用最广泛的个人身份鉴定手段。不论是传统的犯罪侦查、协议签署,还是新兴的电子解锁、海关管理,很多领域都可以看到指纹的应用。

生物特征识别技术早已是影视黑科技中的常客。《变形金刚2》年轻的男主角和他的小伙伴们过关卡时骗过了值班的士兵,却栽在了人脸识别技术上;《碟中谍4》出现了具有人脸识别功能的隐形眼镜;《惊天危机》临危受命的查宁·塔图姆借助虹膜扫描进入地库;2014年新版《机械战警》中,墨菲第一次公开亮相就在人群中扫描所有人的脸,瞬间发现了一个逃逸多年的通缉犯,并将其制服。

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在科技发展迅速的今天,虽然电影里的黑科技不可完全复制、粘贴到现实生活中,但科学家们已通过相应的技术原理逐步拉近荧幕与现实的距离。“指纹开金库”、“扫脸抓逃犯”等一些传奇桥段早已走下神坛,披着“指纹解锁”、“刷脸支付”的亲民外衣步入了寻常百姓的日常生活。

指纹识别被认为是最可靠、使用最广泛的个人身份鉴定手段。图片来源:Pixabay

什么是生物特征识别技术?

想要依靠指纹完成诸多任务,最核心的技术就是指纹识别。在过去的很长一段时间里,指纹识别是通过直接用肉眼观察来完成的,既耗时长又容易出错,培养相应的专业人员十分困难,研究和记录也少而不精。到了大约二十世纪,对指纹科学系统的研究和应用才开始逐渐出现,不过主要还是集中在刑侦、法医的领域。

生物特征识别技术是指利用人体与生俱来的生理特性和长年累月形成的行为特征来进行身份鉴定的一种识别技术。该技术的安全性和便捷性远高于口令、密码或者ID卡等传统方式。

上个世纪六十年代,随着计算机科学的发展,众多研究者开始考虑使用计算机来运行半自动、自动识别指纹图像的算法,这种方法相较于人工比对来说不需要完全依赖经过特殊训练的人员、随时随地都可以开展,让指纹识别在更多场景下的应用有了可能。但直到本世纪初,已有的指纹识别技术都还无法满足大范围应用在刑事侦破、社会治理、出入境管理的需要。为此,清华大学自动化系周杰研究组在图像处理、特征表达、特征提取、图像比对等方面开展了这个长达十余年的研究项目,实现了大人群下高精度的指掌纹识别。

举个栗子,只要将你的目标特征通过扫描设备告诉你的手机,从此它就对你死心塌地、忠心耿耿了,除了宝宝本尊,其他任何人都无法解锁。这的确是一件又方便又安全还很酷的事情。

指纹模糊?强势还原

但是,并不是所有的人体特征都可以当作目标特征来用,它必须满足唯一性和稳定性等基本要求。

指纹识别中一个很大的问题在于图像的质量参差不齐,比如老年人的指纹可能比较模糊、现场的指纹可能重叠、残缺或者背景杂乱、文件上的指纹可能混有签名。传统算法并不能很好地识别低质量的指纹图像,在精度、稳健性、运算成本上都有很多不足,对于不理想的图像(比如犯罪现场收集的潜指纹),很多时候依旧要依赖专家的手工标注。而此研究项目揭示了指纹纹理的拓扑规律和统计规律,构建了表现优异的混合模型,并在此理论基础上发明了多种方向场估计、奇异点检测、重叠指纹分离和指纹增强的方法,(比如根据自然语言处理中拼写检查技术的启发,建立“方向场字典”,让程序像人类专家一样使用先验知识)在低质量指纹的识别上取得了明显的进步。

目前可用于身份识别的人体特征包括指纹、虹膜、面部、掌纹、静脉等生理特征和步态、笔迹、声音等行为特征。

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生物特征识别技术的前世今生

指纹扭曲?精准矫正

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人的手指是立体柔软的,而图像是平面的,因此不管是专门的指纹感应器收集还是犯罪现场留下的指纹,都很容易出现扭曲;同时,指纹图像姿态多样而难以确定,比如人脸的图像都是眼睛在上、嘴巴在下,很容易确定,而指纹就没有这样明显的特点。传统算法对指纹的扭曲和姿态研究不足,也会导致识别困难。此研究项目通过构建皮肤形变的变换模型,提出新的扭曲校正、(用扭曲指纹的视频构建扭曲场的统计模型、数据库)姿态估计、(滑动窗口检测、深度学习)稠密配准等技术,大幅度提高了指纹比对的精度和速度。

人类利用生物特征的历史可追溯到古代埃及,通过测量人体各部位的尺寸来鉴别身份。Bertillon 系统

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犯罪甄别对身份识别技术的迫切需求是生物特征识别技术发展的重要动力来源。18世纪末期,巴黎警察局的业务人员 Alphonse Bertillon 建立了一套完整的基于人体各部位尺寸的分类系统,被称作 Bertillon 系统。其测量的目标特征包括了头部的长宽、中指长度、左脚长度和前臂长度。在那个年代,这种技术作为人体测量学受到了广泛的关注。1888年,成为新成立的司法身份识别部(Department of Judicial Identity)的最高负责人后,Alphonse Bertillon又引入了指纹这一目标特征。同期,Charles Darwin 的表弟、人体测量学家 Francis Galton 开始研究用指纹识别身份,并计算得出两个来自不同手指的指纹相似的概率是640亿分之一,奠定了指纹唯一性和稳定性的理论基础。

扭曲的指纹。图片来源:Pixabay

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指纹海量?多特征比对

1892年阿根廷凶杀犯 Francisca Rojas 的指纹

在指纹识别中,1对1识别是较为简单的,比如手机里的指纹锁,一开始储存了机主的指纹,后来每次验证只需要比对输入的指纹和储存的指纹是否匹配;而1对N的识别就相对困难,比如一个国家海关出入境的系统,每次验证需要比对输入的1个指纹和存储的百万、千万个指纹,传统算法往往只采用指纹的细节点这一个特征,就无法做出精确迅速的判断。此研究项目引入了方向场、密度图、脊线等特征,发明出多特征结合的指纹识别方法,更适应于大人群、大数据库的应用需求。

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19世纪初期丹麦警察局的指纹信息摩斯码

指纹欠缺?掌纹也能分析

上世纪60年代起,随着计算机和无线通信技术的发展,美国、英国和法国都开始研究自动指纹识别系统(Automatic Fingerprint Identification System,AFIS),利用现代计算机技术实现指纹自动识别,从而节省人力、提高效率。

另外,很多犯罪现场只有掌纹而没有指纹,直接套用指纹识别技术效果并不理想。而此研究项目分析和揭示了掌纹各区域的可区分性,发明了高分辨率掌纹图像处理、自适应方向场估计和分层分块融合检索等技术,大幅度提升了掌纹识别的性能。

此后,针对不同目标特征的身份识别技术得到突飞猛进的发展,相应的研究也变得更加系统化。1964至1965年,数学与计算机学家 Woody Bledsoe 等人对基于现代计算机的人脸识别技术进行了大量研究。1987年,眼科专家 Aran Safir 和 Leonard Flom 首次提出利用虹膜图像进行自动虹膜识别。1991年,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Johnson R。 G。 完成自动虹膜识别系统。

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近年来以深度学习算法为基础的计算机技术日渐成熟,为生物特征识别提供了非常强大的计算和分析能力,其准确率得到了很大提升,尤其是指纹识别、人脸识别和虹膜识别这三种,目前的识别准确率均已超过了95%。

掌纹。图片来源:Pixabay

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自2012年起,此项目被用于公安部物证鉴定中心的全国指掌纹识别系统,目前占据了国内刑侦指掌纹系统70%的份额,累计入库人员1.3亿,5年内破获案件40多万起。不久,经过公安部的评测,成为我国第二代居民身份证指纹登记、电子护照和港澳通行证指纹核验的唯一算法,使用人数近4亿,自动核验5.5亿人次以上。高精度大人群指掌纹识别的实现,既为人们的出行提供了高效和便利,又协助打击了违法犯罪,默默地为人们的安全保驾护航。

湖北省云梦县睡虎地秦墓出土秦简牍

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我国是世界上最早运用指纹的国家之一。据《睡虎地秦墓简》记载,在2000多年前的秦朝,“公安人员”凭借“手迹六处”破获了一起盗窃大案。

大人群指掌纹高精度识别技术及应用

20世纪初近代指纹学传入中国。新中国成立后,于1956年统一使用《中国指纹分类系统》。

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上世纪90年代初,国内开启对于自动生物特征识别技术的研究。经过近30年的不懈努力,各项识别技术已成应用体系,多个领域已经处于世界先进水平。2016年世界人脸识别的最高准确率99.5%即由我国Face++团队创造。

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目前,我国拥有世界上准确率最高的人脸识别算法、最小的虹膜识别模组(经过封装的独立功能模块,可兼容多种设备平台,以便快速进行二次开发,满足不同的应用需求),不少厂商也已拥有指纹识别自主算法及核心专利。

排版:凝音

多光谱掌纹识别技术

题图来源:Pixabay

虹膜、人脸、指纹识别过程中,都有可能出现数码相片、3D打印的冒牌货顶替上位的情况,那么,还有更多可供识别的生物特征吗?当然有!最新研究热门——多光谱掌纹识别,了解一下。

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光波在皮肤组织种的传播特性:不同波长的光波可以到达不同深度的皮层

多光谱掌纹识别是一种新型的生物特征识别技术。它以人体的掌纹作为目标特征,通过多光谱成像技术采集生物信息。受限于光波在皮肤组织中的传播特性,波长较短的可见光波只能到达人体皮肤组织的真皮层,采集的信息仅限于掌纹纹线。而多光谱相机的光波涵盖了部分近红外波段,可以采集到更深层次的皮下组织的光学特征信息,也就是隐藏于真皮层与皮下组织之间的静脉纹络。

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尽管被冠以“掌纹”的名号,但其实多光谱掌纹识别算得上是多模态和多种目标特征融合的生物特征识别技术的典范。这种新技术将皮肤光谱、掌纹纹路与静脉脉络三种可识别特征结合,一次性提供更加丰富的信息,大大增加了目标特征的可区分度。根据中科院声学所、法国Le2I实验室和日本本田研究院的最新研究成果,该项技术的识别精度可以达到99.9%以上,远超常规的指纹和人脸等识别方式。

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皮肤组织光谱的差异性比较

基于 Kubelka-Munk 理论的光波与皮肤组织交互模型表明,人类皮肤组织对特定波长光线的反射能力取决于皮层厚度、血红蛋白浓度和氧饱和度等参数。因此,皮肤组织的光学特性与人工材料有着天壤之别。在多光谱成像的过程中可以轻易采集到目标特征的光谱信息,利用皮肤组织独有的光学特性,配上合适的辨别方法,就可以准确区分人类皮肤与人工材料。以现有的模式识别技术,区分精度可高达96.4%,使得基于木质纤维、硅胶、塑料等人工材料的仿制品无处遁形。

更重要的是,目前尚未出现关于成功制造出光学特性能够以假乱真的人工合成皮肤的报道。也就是说,即便是用户的目标特征信息被泄露,想要做出可以骗过多光谱扫描设备的仿制品,需要付出高昂的时间、技术和经济成本,相对于触手可及的数码相机或3D打印机,这几乎是一件不可能完成的任务。因此,多光谱掌纹识别具有更高的安全性。

随着现代科技的飞速发展,越来越多“高大上”的生物特征识别技术将从电影屏幕走进现实生活。更多像多光谱掌纹特征这样的新型目标特征将被开发利用,惠及到各行各业,而我们的生活也将因此变得更加便捷。

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