走近生物识别技术家族

  身份识别是我们日常生活中经常遇到的一个基本问题。传统的身份识别方法主要基于身份标识物品(如钥匙、证件、ATM卡等)和身份标识知识(如用户名和密码等),一旦被盗或遗忘,其身份容易被他人冒充或取代。随着网络与通信技术的飞速发展和人类物理与虚拟活动空间的不断扩大,现代社会对于人类自身身份识别的准确性、安全性与实用性提出了更高的要求,生物识别技术以生理特征(如指纹、虹膜、脸像等)和行为特征(如笔迹、步态等)作为“鉴定器”,防伪性好、不易遗忘、“携带”方便,较传统认证技术存在较大的优势。当然,科技时代的到来改变着人类的博弈方式和生存法则,生物识别技术家族亦将迎来一次基因突变。

  生物识别技术古已有之

  技术的发展与社会的进步相生相伴,人们对自身生物特征的认识也由模糊逐渐清晰,人类利用生物识别技术也经历了一段充满智慧却又很曲折的历史。

  刺字烙印。早期的生物识别应用受限于人类认识的不足和科技水平的低下,为了能够证明身份,通过给犯罪者身上添加某种标记从而人为地制造特征,刺字烙印最为典型。古代中国的墨刑,在罪犯身体的某些部位刺字并染墨,成为人类历史上最早的罪犯识别方法。而公元前2世纪的古印度则是在醉汉头部打上酒杯形烙印,在小偷头部打上狗形烙印,以方便人们知道他们的罪行。

  相貌识别和人体测量。在古代的司法实践中,通过描绘人的相貌特征来缉捕罪犯的方法成为惯例。官府开具的“海捕文书”,往往还配有逃犯的画像,以便官民辨认和缉捕。1879年,巴黎警察局年轻职员阿方斯·贝蒂隆提出利用人体骨骼的长度来对罪犯进行人身识别,称之为人体测量法。这也是人类历史上第一次系统采用科学方法来进行人身识别。

  指纹与笔迹识别。指纹具有人各不同、终身基本不变、触物留痕的特点,通过比较一个人的指纹和预先保存的指纹可以准确认定人身。中国是世界上公认的最早应用指纹的国家,1892年弗朗西斯·高尔顿《指纹学》一书的出版,成为系统地研究指纹及其生物特征识别价值的标志。在人身行为识别领域,笔迹识别也有着十分悠久的历史。书写者的笔迹特征反映其书写习惯固有特性,通过笔迹判断是否同一人书写已成为个体识别的一条重要途径。

  血型与DNA识别。血迹是杀人犯罪现场常见物证之一,根据血迹准确进行人身识别一直是司法人员梦寐以求的目标。20世纪中期,人们发现了不同种类血的识别方法和人血的不同类型,血痕检验取得了突破性进展。从1869年瑞士研究生弗雷德里希·米歇尔在做博士论文时发现DNA开始,经过百余年的研究,人类逐步认识了蕴含在DNA中的遗传密码,通过血迹、毛发、精液斑、唾液斑、微量皮肉组织均可实现身份的准确认定。

  声纹、唇纹、耳纹识别。近几十年来,国内外的一些犯罪侦查专家一直在探索如何利用人的声音、嘴唇纹线、耳廓形态来识别人身的方法。1941年,贝尔实验室的科学家用仪器分析声音的振幅与频率,并绘成声纹谱图,开启了声纹检验技术的应用之路。与此同时,世界各国的专家学者也在研究嘴唇的生理结构和唇纹形成机理,并在调查统计的基础上探索了唇纹的特定性和稳定性。人耳的形状多种多样,虽然犯罪分子在现场上留下耳朵印痕的情况并不多见,但在一些案件中,耳纹确实有效地发挥了人体“身份证”的作用。

  未来将实现拓域升级

  随着计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学等高科技手段的发展,越来越多的人身密码将被破译,一系列生物识别技术将实现拓域升级。

  细菌识别技术。细菌是一种原核单细胞微生物,每个人的身上有数以亿计的细菌,且分布是独一无二的和稳定不变的。2009年11月,美国科学家绘制出第一幅人体细菌图集,为细菌识别技术的研究提供了技术支持。利用细菌分布特征进行人身识别,具有信息保留时间长、不容易被破坏的特点,据有关媒体报道,利用人手上的表面细菌沿手指纹路繁衍的特性来识别身份,已经在有些领域开展了探索性应用。

  脑电波识别技术。脑电波信号是一种由大脑中的神经元之间以电离子形式传递信息而产生的生物电现象,可以通过头皮表面放置电极采集得到。不同人的大脑所产生的脑电波信号不同,而同一人在同一思想状态和环境刺激下所产生的脑电波信号,会呈现同一个特定性状的信号特征,据此可以构建脑电波密码与身份识别系统。

  巩膜血管识别技术。巩膜是眼球的最外层白色不透明部分,俗称白眼仁,每个人的巩膜血管结构可见,巩膜血管分布模式具有唯一性,完全由基因和后天发育决定,且不随时间的推移而发生变化。另外,巩膜血管图像的采集也不具有侵犯性,使用可见光照明即可。因此,巩膜血管识别技术未来或将成为视网膜和虹膜识别技术的替代品。

  耳声发射识别技术。人耳不仅能感知声音,它自己也同时在发出声音。耳声发射是一种产生于耳蜗,经听骨链及鼓膜传导释放入外耳道的音频能量,即从外耳道记录的来自耳蜗内的弹性波能量。在实验室的受控条件下,每个人的耳声发射具有唯一性,可看做人的一种生理特征,但是,要确定这就是真实世界中识别身份的一种有效手段,还有很多工作要做。

  鼠标手势动力学识别技术。随着计算机网络安全问题的日益凸显,通过采集人们在使用计算机鼠标时的行为数据,并针对人机交互过程中计算机用户的鼠标手势动力学特征进行建模、分析、比对,能够有效进行身份识别、实时监测用户身份、远程取证非法行为。当然,作为图形化人机交互环境下主要输入设备的鼠标,其动力学特征研究仍处于初级阶段。

  生物识别技术种类繁多

  从古至今,生物识别技术经历了由人为制造特征到发现自身存在特征的阶段。随着科技水平的提高,现代生物识别技术实现了由宏观到微观、由近距离到远距离的识别技术发展。

  视网膜识别技术。视网膜是眼睛底部的血液细胞层,它是人眼感受光线并将信息通过视神经传给大脑的重要器官。除了患有眼疾或者严重的脑外伤,视网膜的结构形式在人的一生中相当稳定。视网膜识别技术采用低密度的红外线去捕捉视网膜的独特特征,针对血液细胞的唯一模式进行比对,但由于激光照射眼球的背面可能会影响使用者健康,技术应用普及度较低。

  虹膜识别技术。人的眼睛结构由巩膜、虹膜、瞳孔晶状体、视网膜等部分组成。虹膜是位于黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分,其包含有很多相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等细节特征,虹膜识别通过对比虹膜图像特征之间的相似性来确定人们的身份。虹膜识别技术被认为是21世纪最具有发展前途的生物认证技术。

  人脸识别技术。人脸识别是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。传统的人脸识别技术主要基于可见光图像,但环境光照发生变化,识别效果会急剧下降。在计算机技术、网络技术和人工智能日新月异的今天,三维图像、热成像和红外图像人脸识别技术与智能算法的有机结合,使人脸识别技术逐渐走向实用化。

  静脉识别技术。静脉识别技术是一种新的生物特征识别技术,主要通过静脉识别设备取得个人手指、手掌、手背静脉分布图,依据专用比对算法从静脉分布图提取特征值,采用复杂的匹配算法同已存储的静脉特征值比对匹配,从而对个人进行身份鉴定。这种非侵入式的识别方式既简单又自然,用户接受度高。

  步态识别技术。人的步态难以隐藏或伪装,使用摄像头采集人体行走过程的图像序列,针对人的行走运动特征进行分析处理, 同存储的个人行走特征数据进行比较,达到确认进入者身份的目的。步态识别技术也是一种非接触式的生物特征识别技术,在远距离或低视频质量情况下具有独特的优势。