無處不在的生物識別技術(shù)_圖文

1、1682005年第 10 期168未來科技眼中的 512字節(jié)。CHIP 調(diào)研64位的電腦來臨,你準備好 了嗎?175專家隨筆未來的家庭數(shù)字生活。172場的國際候機大廳內(nèi)像 以往一樣喧鬧,這使得卡爾面前那個小小的揚聲器 里發(fā)出的命令聽上去有些模 糊 。 為了彌補這一點, 機場在 這里設(shè)置了一個發(fā)光二極管, 用一個發(fā)亮的小箭頭來提示 那些聽不清命令的旅客:“請 向左。 ”當然,對于需要經(jīng)常 站在這個小箱子前面通過虹 膜檢查核實身份的卡爾來說, 并不需要這個提示, 他可以說 已經(jīng) “駕輕就熟” 了:人們只 要將臉與掃描器上的兩個相 機鏡片之間的長方形金屬片 對正, 就可以使眼睛位于測量 區(qū)域之內(nèi)。如

2、果臉的位置已經(jīng)擺正, 接下來的一切就會很簡單。 人 們不會察覺到檢查設(shè)備對眼睛 所做的一切。對于他們來說, 只是在一個外形并不起眼的儀 器前站了一下,而在后臺,數(shù)機碼相機將拍攝下人的眼睛, 然 后運用 “虹膜掃描” (Iris-Scan 技術(shù), 分析提取虹膜中的復(fù)雜 圖案。 由于眼球顏色為深色的 人的這個圖案在可見光條件下 難于識別,因此在拍攝過程 中, 眼睛會被不可見的可更好 穿透虹膜色基質(zhì)黑色素的紅外 線照亮。 “這種光線的強度比 電視遙控器要小。 ”松下公司 的哈拉爾德·燦德爾(Harald Zander 在強調(diào)這種方法的安 全性時如是說。松下公司的這套系統(tǒng)利用 兩個相機同時工

3、作, 每個相機 都會從相同角度拍攝下人的兩 只眼睛。這樣,當系統(tǒng)在處理 虹膜時如果發(fā)現(xiàn)了什么錯誤, 就可以通過對比另一張照片來 進行調(diào)整和修訂。 這種設(shè)計大 大降低了系統(tǒng)的出錯幾率。 現(xiàn) 在, 東京的成田機場已經(jīng)使用 了 5臺這樣的儀器以加速登機無處不在的生物識別技術(shù)眼中的 512字節(jié)的過程。同樣使用兩臺相機工作 的另外一套系統(tǒng), 則有著不同 的設(shè)計思路。 法蘭克福機場的 檢測設(shè)備已經(jīng)完成了對一萬 名被檢人的自動出入境檢查。 被檢人只需把證件放在一個 讀取設(shè)備上, 然后看著虹膜相 機。 緊接著, 一臺廣角相機會 捕捉下被檢人的整個面部。 根 據(jù)這張照片, 系統(tǒng)會識別出眼 睛的位置, 并利用第二

4、臺相機 進行校正。 之后, 在紅外線的 幫助下, 會得到一張反差明顯 的黑白照片。在大多數(shù)情況下,虹膜的 識別非常簡單, 往往只需要幾 秒鐘的時間就可以完成。 而在 個別時候, 系統(tǒng)就會發(fā)生某種 意想不到的錯誤, 或者遇到一 些難以預(yù)料的情況, 使處理的 過程大大延長。 “很多游客行 色匆匆, 很難讓他們站上幾秒可曾想過, 當我們在海關(guān)辦理出入境手續(xù)時, 再也不需要攜帶護照, 只 需用眼睛看一下掃描器,系統(tǒng)就可以自動識別出我們的身份。事實上,這 種虹膜掃描識別技術(shù)已經(jīng)在一些機場中得到了應(yīng)用,有效地加快了機場的 登機檢查速度。 此外, 指紋識別、 面部 3D 識別等其他的一些生物識別技術(shù) 也正在

5、逐漸向民用普及。在全球,生物識別技術(shù)正在迎來一個前所未有的 高速發(fā)展的時代。高建中 譯 鐘。 ” 邊檢工作人員說。 此外, 很多疾病會 讓虹膜特征的可靠讀取變得非常困難, 甚 至有時候根本無法實現(xiàn)。不過無論如何, 對虹膜識別技術(shù)進行更加深入的研究還是 非常重要的, 尤其是在政治、 工業(yè)和科研 領(lǐng)域, 因為這一技術(shù)是目前準確識別人的 最安全和最可靠的方法虹膜的圖案是 惟一的,而且難以復(fù)制?！霸谏习偃f次的比較測試中,我們還 沒有發(fā)現(xiàn)一次錯誤的識別。 ”劍橋大學(xué)的 約翰·道格曼 (John Daugman 解釋說。 道 格曼在 1994年開發(fā)出了目前很多系統(tǒng)都在 應(yīng)用的虹膜識別算法。 虹膜

6、圖案當嬰兒在 子宮內(nèi)的第三個月里就開始形成。 在一年 之后, 虹膜就不再變化, 而且會保持一輩 子。 甚至, 單卵雙胞胎也有著不同的虹膜 圖案。道格曼的方法從小血管、色素皺褶、 條紋、斑點、突出點、皺褶和冠狀物等大 約 250種虹膜特征中進行分析提取。系統(tǒng) 識別所需的原始素材是眼睛的 640×480像 素大小的黑白照片。 識別軟件從瞳孔開始 查看虹膜的眼角和內(nèi)角。 其中, 像反射光、 色調(diào)的細微差別和遮住的部分等會被自動除去。 系統(tǒng)通常利用虹膜的下半圓部分完成識別。 緊接著, 圓形的部分會轉(zhuǎn)化為矩形條紋。由于與其他生物統(tǒng)計特征相比,這個圖案非常對稱, 因此虹膜的變形容易進行數(shù)學(xué)校正,

7、 即使是由于強烈的入射光導(dǎo)致的虹膜收縮也可以毫無問題地進行校正。 經(jīng)過多個步驟, 條紋會形成所謂的模板,即一個帶有獨特特征的數(shù)據(jù)記錄。在分析過程中,新拍下的圖案會和數(shù)據(jù)庫中已有的虹膜記錄進行逐比特的比較。 超過 67%的特征吻合, 即表明虹膜圖案有效,也就代表著被掃描對象通過了身份識別。 與此相比, 指紋識別技術(shù)中只有大約 12%的吻合幾率。 當然, 從純理論上來講,雖然虹膜被看作是一個人獨一無二的特征,但是在圖案分析中出現(xiàn)兩個相似的模板并不是不可能。根據(jù) 17世 紀 數(shù) 學(xué) 家 雅 可 比 ·伯 努 利 (J a k o bBernoulli 的擲硬幣理論,兩個不同虹膜代碼超過 6

8、7%的數(shù)據(jù)吻合概率為 120萬分 之一。 很顯然, 如此低的相同幾率我們大 可以將其忽略不計。錯誤接受率 (Falschakzeptanzrate , FAR , 也即把錯誤的身份識別為 “正確” 的概率, 是生物統(tǒng)計學(xué)方法中的一個重要安全特 征。 與此相對應(yīng)的, 錯誤拒絕率 (Falschzur ückweisungsrate , FZR 也非常有意義,它 給出一個正確的代碼會以多大的幾率被識 別為 “錯誤” 。 現(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)可以給出 大多數(shù)生物統(tǒng)計識別方法的所有特征曲 線。如果系統(tǒng)設(shè)置得更敏感,雖然 FAR 會 下降,但是錯誤報警 FZR 的數(shù)量則會同時 升高。 從圖表中我們

9、不難看出, 虹膜識別 的特殊優(yōu)勢很明顯。 當虹膜的錯誤識別還 為 0時,指紋和護照照片這兩種技術(shù)則已 經(jīng)“遙遙領(lǐng)先”了。證件中的生物技術(shù)隨著一連串恐怖事件的發(fā)生, 安全問 題在世界各國都成為了被高度重視的焦 點。 除了在出入境的關(guān)口安置各種生物識 別裝置外, 在證件中應(yīng)用生物識別技術(shù)也 正在逐漸成為一些國家所采用的安全措施 之一。雖然虹膜識別被認為是當前最安 全、 最準確的方法, 但由于很多國家在過 去幾年中已經(jīng)采集了大量的其他生物特征 數(shù)據(jù)庫, 因此虹膜識別技術(shù)在一些國家還 沒有大范圍地普及開。 尤其是美國, 已經(jīng) 將指紋和面部識別作為其今后主要的生物 識別技術(shù)的發(fā)展方向。 從去年起, 所有

10、入 境者都必須留下指紋。國際宇航局 (ICAO ,這個聯(lián)合國的特 別機構(gòu),在多年前就已經(jīng)開始在證件中推 薦使用數(shù)字化人像。另外,多個國家還把 指紋和虹膜數(shù)據(jù)作為可選擇的第二或者第相關(guān)網(wǎng)址www.cl.cam.ac.uk/users/jgd1000:約翰 ·道格曼的有關(guān)虹膜識別信息的網(wǎng)站www.igd.fhg.de/igd-a8/projects/biom/ html :弗勞恩霍費爾 IGD 生物統(tǒng)計學(xué)項目www.bsi.bund.de/fachthem/biometrie/index.htm :德國聯(lián)邦安全局有關(guān)生物統(tǒng)計主題的信息技術(shù)www.bundesdruckerei.de/de

11、/presse/pressemeldungen/pm_2005_03_09.html :德國聯(lián)邦的電子旅行護照 169 2005年第 10期1702005年第 10期 三種特征存儲在證件中。 2005年初,歐盟 委員會通過了有關(guān)在出國旅行護照中推遲 使用生物特征的相關(guān)規(guī)定。但是,歐盟成 員國必須最遲在 2006年中期在護照文件中 使用可存儲面部照片的芯片。最遲在 2008年開始之際, 還應(yīng)該在芯片上存儲指紋。 德 國將從今年 10月開始使用這種電子護照。與在虹膜掃描中類似的是, 面部識別 技術(shù)也是根據(jù)一張數(shù)碼照片找出其獨特的 特征, 并與已經(jīng)存儲的模板進行比較。 但 是, 面部識別技術(shù)在具體實

12、現(xiàn)的時候會遇 到一些比較麻煩的問題, 例如人們在每一 次拍攝的時候在相機前的位置不可能都完 全一樣, 而且光線等條件也會影響到拍攝 的結(jié)果。因此,為了計算特征數(shù)據(jù),大多 數(shù)識別系統(tǒng)都會根據(jù)人臉部具有顯著特征 的位置形成一個面部的三維圖像, 也就是 一個模板,典型的面部模板有 1到 1.3 MB大小。 所謂具有顯著特征的位置, 主要指 的是那些不會根據(jù)表情而變化的位置, 例 如眼眶的上邊緣、 顴骨周圍的區(qū)域和嘴的 側(cè)面。 接下來, 軟件會在上半部分圖像中 搜索作為深色點的眼睛, 然后再從這里發(fā) 現(xiàn)所有面部的其他顯著特征。 如果眼睛的 位置確定得不正確, 進一步的識別就會失 敗。 因此, 目前已有

13、的護照照片只在一定 條件下適合自動識別, 理想的選擇是正面拍攝的照片?！?3D 面部識別可以提供更好的安全 性。 ” 位于達姆施塔特(Darmstadt 的弗勞 恩 霍 費 爾 圖 像 數(shù) 據(jù) 處 理 研 究 中 心 (F r a u n h o f e r I n s t i t u t f ür G r a p h i s c h e Datenverarbeitung , IGD 的安全技術(shù)部門主 管克里斯托福·布施(Christoph Busch博 士這樣認為。 弗勞恩霍費爾的研究人員目 前試制了一套可以提供三維面部柵格模型 的系統(tǒng)。 這套系統(tǒng)會在極短的時間內(nèi)在人

14、物的臉部投射一個彩色條紋, 這個條紋使 得人的額頭、 耳朵、 鼻子和下巴在相機的 鏡頭中產(chǎn)生某種變形, 從而得到一個獨特 的圖案, 使計算機可以從中計算出面部的 形狀。不過,對于被拍攝者來講,由于這 一過程的時間極其短暫, 因此他們只會感 覺到閃光燈閃了一下。這種方法可以把在臉一側(cè)的部分方便 地旋轉(zhuǎn)到標準位置上。 由于消除了像角度 和光線這樣的干擾因素, 布施認為這種 3D 方法比目前廣泛使用的二維識別方法更安全。 此外, 在數(shù)據(jù)庫中利用 3D 造型作為模 板, 原則上可以更好地識別人在任意角度 的面部圖案。在 IGD 的內(nèi)部測試顯示出這套系統(tǒng)可 以在多大程度上可靠地工作, Bioface V

15、項 目中的大約 100名測試者參與了這次內(nèi)部 測試。 “在測試中我們只能艱難地識別成 年人, 但是我們對青少年的識別結(jié)果感到 非常興奮。 ”弗勞恩霍費爾的工作人員烏 爾里希·平斯多爾夫(Ulrich Pinsdorf透 露說。多管齊下, 提高安全識別效率雖然生物統(tǒng)計識別方法的依據(jù)是那 些理論上人們終其一生都不會改變的身 體特征, 然而隨著歲月的流逝, 這些特征 也可能很難識別。因此目前的趨勢是同 時使用多種不同的識別方法,在德國的 再下一代旅游護照中就采用了這樣的辦 法。 除了提高安全性之外, 這樣也可以在 長期使用中獲得更高的會有一個天線 觸點,這個天 線與芯片一樣 都藏在護照封

16、面底下。RFID 存儲生物數(shù)據(jù)電子旅行護照在 10月份, 將會啟用第一批帶有生物 統(tǒng)計特征的德國旅行護照。護照中有一個 RFID 芯片, 在這個芯片上除了個人的數(shù)據(jù) 之外, 還存儲有 JPG 格式的電子護照照片。 最遲三年以后,新投入使用的護照還會含 有兩個指紋的特征。無線電芯片和讀取設(shè) 備通過無線接口進行通信。 為此, 旅行護照在新的德國旅行護 照中,在封面下藏 有一個 RFID 芯片。3D 面部識別 弗勞恩霍費爾的識別系統(tǒng) BioFace (左圖 在拍照時用一個條紋模型照亮 面部(右圖源自一個可用于比較的西門子系統(tǒng) 。與在計算機上的 X 射線 物相照片卡類似的是,從這些圖像數(shù)據(jù)中會形成一個

17、三維模型(右圖 。1712005年第 10期 責(zé)任編輯: 馮烈 feng_lie可靠性總會有一種特征是沒有變化 而能夠被識別的。在混合生物識別方法中, 通常都包括 指紋識別。這種成熟的方法自從 100多年 前就在刑偵學(xué)中開始使用, 并且最近開始 作為筆記本電腦和臺式機的開機進入檢查 方法。 在其他方法利用對識別結(jié)果的分析 評價工作時, 這種生物手指圖像系統(tǒng)使用 對乳突線的可靠分析進行工作。 計算機會 自動比較特征點, 即所謂的指紋圖像特征 點(Minutien ,這樣就可以確定出手指的 分杈和結(jié)束線、 包體、 中斷位置或者手指 螺紋。為了識別指紋,要使用不同的傳感 器, 而這些傳感器都會提供線條狀的黑白 照片。 目前, 使用最廣的是光學(xué)傳感器。 在 使用時, 人的手指放在玻璃板上, 同時用 LED 燈通過棱鏡照亮手指,并用數(shù)碼相機 進行拍攝。 在電