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    摘要：本文詳細介紹了手指靜脈特征識別技術(shù)的原理與特點(diǎn)，并與其他生物識別技術(shù)進(jìn)行了比較，最后介紹了日立制作所手指靜脈技術(shù)在門(mén)禁系統的應用。

    關(guān)鍵詞：生物技術(shù) 指靜脈

    1 概述

    隨著(zhù)基于計算機網(wǎng)絡(luò )的信息技術(shù)飛速發(fā)展，全球經(jīng)濟一體化，個(gè)人信息的保護顯得越來(lái)越重要。選擇合理的技術(shù)是保證信息安全的必要因素。早期的技術(shù)是基于個(gè)人密碼，而密碼被破解或偷窺的概率越來(lái)越高。后來(lái)出現了智能IC卡，但這種方式同樣存在被復制或者偷盜的安全隱患。

    生物將成為今后幾年IT產(chǎn)業(yè)的重要變革。生物特征是通過(guò)計算機利用人體固有的生理特征或行為特征鑒別個(gè)人身份。生物識別技術(shù)具有不易遺忘和丟失，不易偽造和被盜，可以“隨身攜帶”，隨時(shí)隨地使用等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被全世界所關(guān)注，并應用于身份、出入口管理，安防監控，電子商務(wù)、電子政務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域。

    生物識別包括指紋識別、虹膜識別、人臉識別、掌紋識別、靜脈識別、聲音識別、簽名識別、筆跡識別、手形識別及多種生物特征綜合識別等多種類(lèi)，已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品并有了一定的市場(chǎng)應用[1]。

    縱觀(guān)生物識別技術(shù)的發(fā)展史，20世紀60年代末，美國有人提出用計算機圖像處理和模式識別方法進(jìn)行指紋分析以代替人工對比，這就是指紋識別技術(shù)。從20世紀90年代起，掌形識別、臉部識別、虹膜識別的產(chǎn)品紛紛走向市場(chǎng)，每種技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，占據一定的市場(chǎng)份額[2]。

圖1.1日立制作所指靜脈門(mén)禁系統

    2002年，由日立制作所研制的指靜脈生物產(chǎn)品發(fā)布，這是生物領(lǐng)域的一項全新技術(shù)。指靜脈技術(shù)通過(guò)對手指中靜脈圖像進(jìn)行活體識別來(lái)達到目的，安全性高、識別率高、簡(jiǎn)單宜用。這些優(yōu)點(diǎn)使其迅速被市場(chǎng)認可。指靜脈識別技術(shù)被廣泛應用于金融系統、門(mén)禁系統、電腦安全等領(lǐng)域。

    2007年夏天，日立制作所又向全球推出最新的非接觸式小型“指靜脈設備”及軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK），為信息安全提供了一個(gè)新型解決方案。 

     2 指靜脈系統原理

    手指靜脈是一種新的生物特征識別技術(shù)，它利用手指內的靜脈分布圖像來(lái)進(jìn)行身份識別。醫學(xué)研究證明，手指靜脈的形狀具有唯一性和穩定性，即每個(gè)人的手指靜脈圖像都不相同，同一個(gè)人不同的手指的靜脈圖像也不相同；健康成年人的靜脈形狀不再發(fā)生變化[3][4]。這就為指靜脈提供了醫學(xué)依據。

圖2.1   指靜脈流程圖

     圖2.1為手指靜脈系統的流程圖。分以下四個(gè)步驟：

    （1）靜脈掃描：LED在手指一方發(fā)射近紅外線(xiàn)，透射手指，在手指另一方，照相機拍攝靜脈圖像；

 （2）圖像校正：調整圖像的位置和角度，使其符合規格；

 （3）特征提?。焊鶕陨系玫降膱D像，提取靜脈分布圖像，得到特征圖；
 

 圖2.2 靜脈分布圖提取
 

    （4）圖像對比與匹配：將以上得到的特征圖與數據庫中的原始模版進(jìn)行比較，計算相關(guān)性。如果相匹配則通過(guò)，不匹配則被拒絕。

    3 指靜脈相對于其他生物識別的優(yōu)點(diǎn)

    現有的生物主要有指紋識別、虹膜識別、面部識別技術(shù)、簽名識別技術(shù)、聲音識別技術(shù)、掌形識別技術(shù)、指靜脈識別技術(shù)、掌靜脈識別技術(shù)等，這些識別技術(shù)都已經(jīng)很成熟，并走向市場(chǎng)。生物具有其固有的優(yōu)點(diǎn)，但對每種識別又分別有其優(yōu)缺點(diǎn)。

    作為一種安全性高，使用方便的方式，手指靜脈技術(shù)有如下一些區別于其它生物技術(shù)的突出特點(diǎn)：

    （1）安全性高

    前面已經(jīng)介紹到，手指靜脈系統的原理是匹配手指內部靜脈的紋路圖。因為靜脈血管是隱藏在手指內部的，因此極難復制和盜取，與別的利用人體體外特征進(jìn)行的技術(shù)相比較，這種方式的安全性更高。同時(shí)，靜脈能感知手指內的血液流動(dòng)和血壓情況，能夠在識別的過(guò)程同時(shí)進(jìn)行活體檢測。

    （2）準確率高

    因為采樣樣本是在人體內部，所以匹配過(guò)程中受到外界的干擾非常小。手指靜脈的準確性很高，根據嚴格的醫學(xué)證明和數學(xué)統計，FRR（拒真率）小于0.01%，FAR（認假率）小于0.0001%，FTE（登錄失?。?%。

 

    （3） 唯一性

    根據醫學(xué)證明，不同人之間的手指靜脈分布完全不同，左手和右手的靜脈分布也不同，就算是雙胞胎的相同手指，其中的靜脈分布也是不同的。而且手指靜脈的紋路分布在成年后是不會(huì )變化的[4]。對于未成年人，當他們手指靜脈隨著(zhù)年齡的增長(cháng)變化后，只需要花30秒就可以完成重新的注冊登記。

    （4）非接觸式

    相對于某些生物識別技術(shù)，手指靜脈認識技術(shù)是非接觸式的，在公共場(chǎng)合會(huì )比較衛生。

    （5） 樣本文件小

    由于手指的靜脈血管相對穩定并且很容易拍攝下來(lái)，因此使用低分辨率的攝像頭就可以達到取樣要求。這樣生成的靜脈模板文件小，匹配速度快。

    4 指靜脈在門(mén)禁系統的應用與展望

    門(mén)禁系統的歷史由來(lái)已久，人類(lèi)幾千年來(lái)僅僅依靠機械裝置與鑰匙來(lái)進(jìn)行出入管理，而無(wú)論這種結構設計得怎樣精妙與堅固，總能夠通過(guò)各種手段打開(kāi)。而且如果一套系統中有一人將鑰匙丟失的話(huà)，出于安全的考慮，系統管理人員不得不更換所有人的鑰匙與門(mén)鎖，這就是個(gè)非常。

 

    后來(lái)出現了磁卡門(mén)禁系統，克服了以上的困難，管理人員可以方便地注銷(xiāo)丟失的磁卡。但是磁卡本身容易被復制，磨損度高，而且容易消磁，可靠性和準確性差。

    目前廣泛應用的非接觸IC卡解決了以上的問(wèn)題，不但不容易磨損，某些高檔的IC卡還提供用戶(hù)信息加密的功能，極難復制。但是用戶(hù)也必須隨身攜帶IC卡，給使用帶來(lái)不便。

    隨著(zhù)近代生物技術(shù)的發(fā)展，現代化安全防范系統要求原始的使用鑰匙或卡片的門(mén)禁系統轉化為以人體特征為基礎的高安全性、高可靠性的系統。指靜脈由于其安全性高、準確率高、唯一性、非接觸等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應用于門(mén)禁安全領(lǐng)域，為從辦公環(huán)境到安居環(huán)境提供了一個(gè)理想的安全解決方案。

 &

    （1）員工需要隨身攜帶IC卡片，可能發(fā)生丟失、損壞的情況；

    （2）對于大型公司或者工廠(chǎng)，在人數上千人的情況下，需要為每位員工配備IC卡片，這將提高系統的成本和工作流程繁鎖程度；

    （3） 由于IC卡并不是與人體生物特征相互依存，因此會(huì )經(jīng)常出現員工代打卡的情況，對公司、工廠(chǎng)的管理造成混亂。

    應用了生物技術(shù)的門(mén)禁系統更方便員工使用，不需要員工使用或攜帶額外的標志，比如密碼、IC卡等。

    指紋技術(shù)最早應用于門(mén)禁系統，但是指紋識別方式本身存在比較嚴重的安全隱患，這種暴露在人體外部的生物特征比較容易被復制，另外在公司這樣用戶(hù)比較多的場(chǎng)合，接觸式的指紋方式并不符合衛生要求。而應用了手指靜脈技術(shù)的門(mén)禁系統相對于指紋技術(shù)來(lái)講，使用更加方便、衛生，更加人性化。

    目前也有些企業(yè)重要部門(mén)應用了虹膜識別技術(shù)，我們知道這種技術(shù)和手指靜脈一樣，是隱藏在人體內部的生物特征，因此極難復制，并且不容易受外界影響。但是虹膜識別系統要求對人的眼球掃描，會(huì )讓用戶(hù)的內心存在一定的抗拒感，同時(shí)戴眼鏡的用戶(hù)也不太方便使用。

    在實(shí)際的使用環(huán)境中，手指靜脈系統能夠和企業(yè)安防系統以及考勤系統相結合，詳細記錄員工出入管理日志，可按照不同的查詢(xún)條件查詢(xún)，并在發(fā)生危險的時(shí)候報警。

    日立制作所的手指靜脈系統還具備雙重功能，只有不同兩人的不同手指先后通過(guò)，才有權限進(jìn)入安全級別要求更高的場(chǎng)所。這將是高端企業(yè)比較好的安全解決方案。
 

圖 4.1 手靜靜脈系統應用于企業(yè)門(mén)禁管理

    4.2 應用于公共場(chǎng)所

    隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和生活節奏的加快，像地鐵出入口，辦公樓大廳，圖書(shū)館等公共場(chǎng)所的人流量越來(lái)越大，控制這些場(chǎng)所的正常運行和安全成為管理機構的重要任務(wù)。在這些場(chǎng)所的人數比在某個(gè)企業(yè)的員工數量大許多，使用IC卡片式的出入管理裝置將是低率和不安全的做法。方便快捷的生物識別技術(shù)將是比較適合這些公共場(chǎng)所的生物識別技術(shù)。

    手指靜脈在新加坡的日立塔已經(jīng)得到應用，這座寫(xiě)字樓有近2000名各公司員工。在上下班的高峰期，快速的手指靜脈系統解決了擁堵的現象，并且將日立塔提升為高安全性的公共場(chǎng)所。

 

圖4.2 新加坡日立塔手指靜脈門(mén)禁系統

    4.3 應用于智能樓宇系統

    最近幾年，中國的房地產(chǎn)市場(chǎng)飛速發(fā)展，人們對住宅的要求也越來(lái)越高，期望一種舒心、便利，同時(shí)更安全的居住條件。智能樓宇技術(shù)應運而生，它融合了通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、安全技術(shù)等。

    在人們在享受高科技帶來(lái)的高質(zhì)量生活的同時(shí)，居住環(huán)境的安全成為這一切的根本。目前某些高檔住宅已經(jīng)使用IC卡控制電子鎖。但是往往出現老人和小孩忘記攜帶卡片的情況，造成生活上的不便。使用IC卡也容易被另有用心之人復制或者盜竊，造成財產(chǎn)的損失和人身的安全。

    而應用了手指靜脈系統的智能樓宇系統，能夠給住戶(hù)帶來(lái)更加方便和安全的居住體驗。主人回家只需要輕輕將手指插入靜脈系統。系統就能夠驗證有效性，并記錄出入日志。更進(jìn)一步，日立手指靜脈系統能夠和智能樓宇系統中的電梯聯(lián)動(dòng)。當用戶(hù)在大堂門(mén)插入手指通過(guò)的瞬間，電梯將會(huì )自動(dòng)降到一樓，并在住戶(hù)進(jìn)入電梯的時(shí)候，根據手指靜脈系統數據庫的記錄，自動(dòng)運行到用戶(hù)所在樓層。而整個(gè)過(guò)程中，住戶(hù)不用按任何按鈕，能夠方便快捷地回到家，這將是一種全新的生活體驗。
 

圖4.3 手指靜脈系統應用于智能住宅

    與智能住宅系統類(lèi)似，將手指靜脈系統應用于酒店管理也將會(huì )是非常方便，并且能夠提升酒店檔次的安全解決方案。

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    參考文獻：

    [1] 詹小四. 生物認證-人類(lèi)未來(lái)身份認證的主要方式. 阜陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報: 自然科學(xué)版. 2004年 21卷 2期
    [2] 張麗, 趙洋. 身份認證技術(shù)的研究與安全性分析. 計算機與現代化. 2007年, 5期
    [3] Finger Vein Authentication: White Paper. Hitachi Ltd.
    [4] Takashi Yanagawa,Satoshi Aoki,Tetsuji Ohyama. Human finger vein images are diverse and its patterns are useful for personal identification. Faculty of Mathematics Kyushu University Fukuoka, JAPAN