技术趋势关注：生物识别技术(上)

    1.什么是生物识别技术？

    什么是生物识别技术？所谓生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，（如指纹、脸象、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。

    传统的身份鉴定方法包括身份标识物品（如钥匙、证件、ATM卡等）和身份标识知识（如用户名和密码）但由于主要借助体外物，一旦证明身份的标识物品和标识知识被盗或遗忘，其身份就容易被他人冒充或取代。

    生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。

    由于人体特征具有人体所固有的不可复制的唯一性，这一生物密钥无法复制，失窃或被遗忘，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。而常见的口令、IC卡、条纹码、磁卡或钥匙则存在着丢失、遗忘、复制及被盗用诸多不利因素。因此采用生物”钥匙”，您可以不必携带大串的钥匙，也不用费心去记或更换密码。而系统管理员更不必因忘记密码而束手无策。生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。 

    生物识别技术可广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务。例如，一位储户走进了银行，他既没带银行卡，也没有回忆密码就径直提款，当他在提款机上提款时，一台摄象机对该用户的眼睛扫描，然后迅速而准确地完成了用户身份鉴定，办理完业务，这是美国德克_斯洲联合银行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。而该营业部所使用的正是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统”。美国9.11事件后，反恐怖活动已成为各国政府的共识，加强机场的安全防务十分重要。美国维萨格公司的脸象识别技术在美国的两家机场大显神通，它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔，判断他是不是通缉犯。

    2.皮肤芯片

    一种新的生物统计技术可能很快导致安全手枪的出现

    在Lumidigm的研究人员可能已发现，确认皮肤美丽仅是在皮肤的深度处。基地在NM的Albuquerque公司声称能用一种象指纹那样精确的方法确认一个人的身份，该方法通过把红外光照进一小块皮肤并从测定的反射来确认人的身份。采用锁定新电子枪的精密板机，增加开创性的安全特征。

    具有不同皮肤厚度和皮下层的人类皮肤，每个人都有其特有的标记。直到医学研究人员开始为监视病人葡萄糖水平和血醇含量而寻找非侵入方法的十年之前，对它的认识还是模糊不清。研究人员发现光通过皮肤精确测定个体血糖水平，其精度随研究人员对大批人员采取相同步履时而减低。

    “我们发现这是由于皮肤、多层和不同结构具有个性和专一特性所致，所有这些都影响光的不同波长，”Lumidigm公司的技术总负责和前任Inlight的总负责Robert Rowe说，“在这一点上，我们想得简单了一点，难道这种工作不应作为生物统计来做？”

    所以，Lumidigm公司开发了一种包含象一角银币大小的两种电子芯片系统。第一个芯片用光反射二极管照明皮肤的一片斑块，然后收集反射回来的射线，第二个芯片处理由照射产生的“光印”（light print）标识信号。（象枪一样的小设备，正常情况将需要不到十二个受委托使用者的数据。）检测和委托的全部过程不到一秒钟时间。

    按照Rowe的说法，信号能提供大约1.75百万次的识别组合。到今日，Lumidigm公司已经大约测试了1000人次，得出了成千上百的数据。公司每三个月测定一次孕妇，发现人体化学的微妙变化不会影响精度。

    不象指纹（fingerprinting）和面认(face recogniti)所采用的生物统计学方法（see “Face Recognition”TR nov 2001）,光印不依赖于形象处理，相反，设备计算反射光的波长，它只需较少的计算能力。

    “其它的技术需采用原始形象，并仔细处理大量的数据，从中抽提出需要的特证，”Rowe说，“Lumidigm是好的，光印相对低的处理要求使它能选择象手机和手枪这样的生物统计设备。“

    光发射

    在2001年五月，Lumidigm公司与以Springfield Ma为基地的Smith & Wesson 结为伙伴，按照Kevin Foley的说法，Smith & Wesson的VP产品引擎，光印技术是目前唯一的生物统计成果，他们严肃地认为他们的新产品是“用户认定的唯一手枪”。（由Foley disavows命名的大众熟知的“奇妙手枪”, 声称决没有比它发射得更精细。）

    Smith &Wesson 正在开发电子火花系统武器―包括生物统计在内的认定系统―取代机械系统。该公司认为指纹技术应被淘汰，不仅由于计算能力的需要，而且还因为指纹对某些人口统计学没多少效果。但是采用光指纹“如果你有皮肤，你就能用它，”Foley说，所以，该工艺不需精确确定皮肤位置，例如稍为以不同方式紧握枪，不需调整精度。Foley相信，2004年之前，Smith & Wesson与Lumidigm的技术合作，将完成电子枪的初型。

    但也有人认为，这枪将是虚似地不能解决许多生物统计学问题。按照国际生物统计工业协会，Washington D.C行政主席Richard Norton的说法，“某些人总在试着证明你能滑稽地模仿一种特殊系统。”去年五月，一个日本研究人员，当他透露使用粘贴然后使用与粘贴结果类似的材料显示指纹，曾欺骗了11家不同的保险系统时震惊了生物统计会议。

    “我认为这是稍为说过了头，”Norton说，“但这点是明确的，即指纹技术不能决定 ‘活体’。你不能用膺品或死组织阻挠Lumidigm系统计划。”

    Lumidigm的技术将决不能确定超出范围的人群，即那些脸面相似较少扩张的人群。但只要Rob Rowe和他的小组继续精细调节他们的技术，手枪和其它枪枝可认为产生较少的危险和事故倾向。（Technology “ Skin Chip” ） 

    指纹的识别：如果让你建设一个数字化社区，需要一套安全可靠的门禁系统，你选择用钥匙、ＩＣ卡？还是指纹锁？如果成本合适的话，可能大家都会选择指纹锁，因为指纹锁可“随身携带”，无丢失之忧；而且，全球６０亿人没有两个指纹是相同的，它既是惟一的又安全可靠。目前，指纹识别已被全球大部分国家政府接受与认可，并广泛地应用到政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务和安全防卫等领域。西门子最早将指纹识别技术运用于手机中，他们推出的指纹手机中有细小如ＳＩＭ卡的金属片状感应器，上有６５０００个微型感应器，侦察指纹速度可以达到每秒百分之一毫米，当使用该手机时，能迅速实现与事先登记的手机用户指纹核对，以保证手机的接通与不被盗用。在我国，北大高科等对指纹识别技术的研究开发已达到可与国际先进技术抗衡，中科院的汉王科技公司在一对多指纹识别算法上取得重大进展，达到的性能指标中拒识率小于０．１％，误识率小于０．０００１％，居国际先进水平；指纹识别技术在我国已经得到较广泛的应用，随着网络化的更加普及，指纹识别的应用将更加广泛。

    Mark Nixon可能是步态认定技术的先锋之一，但他把这归功于Shakespeare的理念：“伟大的女神来了，我听到了她的步伐，”Ceres在暴风雨中哭喊着。

    “你能在文献中找到它，”英国Soutuampton大学的计算机科学家Nixon说，“你能在生理和医学上找到它。现在我们要知道计算机能否这样做。”

    对监视和认定技术的兴趣 ，自“9.11事件”以来已引起美国国防先进研究项目代表（DARPA’s）的高度关注，在确认人类身份的距离程序上两年投资5000万美金。在自动面部认定（见”Recognizing the Enemy Dec 2001）给予最大关注的同时，DARPA还在少许大学设立基金研究通过人体语言确认人的身份。这理论是简单的：每个人以相同的方式生活，但都有自己专一的信号或指纹，每个人也有自己专一的走路步伐。其技巧是收集人体语言并把它转化为计算机能识别的数字。

    一种方法是为每个人建立“运动信号”。在Carnegie Mellon 大学的机器人研究机构研究人员，采用在健身器带上拍摄走路或跑步的方法开始研究每个人的运动信号，拴在计算机上的模拟照相机捕捉和储存这一运动行为。软件工具移去任何背景尺码，剩下每一物体的一系列轮廓，然后把它作为数字形象储存起来。同一人把他的整个走路过程拍摄下来，然后根据储存的形象，指令计算机确定这个人的身份。“这系统很好地归纳所有不同的步伐，”机器人研究机构的研究科学家Robert Collins说，“迄今为止，我们获得90%~95%的正确匹配。”

    在Georgia Tech,由计算―可视研究员Aron Bobick领导的研究室，使用一种结构分析方法去测定一个人的跨步和腿伸展特性。“我们让人在门内门外都做了试验，在测定中我们必须涉及到荫影和阳光的问题，迄今我们做得很漂亮。”Bobick说。

    步伐认定研究人员面临许多挑战。难点之一：迄今所有数据库形象是两维的，并且很大