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指静脉认证技术原理浅析

生物特征识别是一种根据人体自身所固有的生理特征和行为特征来识别身份的技术。即通过计算机与光学、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(如手形、指纹、面部特征、虹膜、DNA、静脉血管图像等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。生物特征识别技术具有不易遗忘、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。
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  指静脉认证技术介绍

  指静脉识别是利用每个人手指内部的静脉图案各不相同这一特点进行认证的。其基本原理是利用静脉中红血球吸收特定近红外线的这一特性,将近红外线照射手指,并由图像传感器感应手指透射过来的光来获取手指内部的静脉图像,进而进行生物特征的识别。其中的关键在于流经静脉的红血球中的血红蛋白对波长在700-1000纳米附近的近红外线会有吸收作用,导致近红外线在静脉部分的透射较少,当近红外线透射以后,静脉在图像传感器感应的影像上就会突出显示,而手指肌肉、骨骼和其他部分都被弱化,从而得到清晰的静脉血管图像。

  日立制作所最初开发的指静脉认证产品是将手指伸进认证设备中进行出入管理,产品结构是:上方设置LED光源照射手指,在手指下方用摄影元件拍摄静脉图像进行认证。


指静脉投射成像技术和产品

  然而,因为认证时手指要从光源和图像传感器之间穿过,有些用户将手指放进设备中会感觉不舒服,同时光源处于上方也限制了设备的体积。基于以上原因,又研究开发了将光源设置在手指左右以开放手指上方空间,手指放在设备上面便可以进行认证的系统出现了,该设备的体积得到了进一步的缩小,可以嵌入到ATM机等设备中,如图2所示。在这个新系统中,光源被放置在手指的两侧,近红外线从侧面照射手指,在手指内发生光的散射,最后,光线穿过指腹到达图像传感器,从而形成静脉图像进行认证。

 
指静脉散射成像技术和产品

  从2004年起,指静脉产品继续向小型化的方向发展,随后能嵌入到笔记本电脑和PDA内的指静脉认证模块被研发上市,其长宽高分别为39mm×34mm×15mm。随着技术的不断升级,可以预见,指静脉认证设备将来能够内嵌到更多更小的电子产品和设备中。


可嵌入到电脑中指静脉认证模块


      指静脉认证技术优点

  安全性高:手指静脉系统的原理是匹配手指内部静脉的纹路图。因为静脉血管是隐藏在手指内部的,因此极难复制和盗取,与别的利用人体体外特征进行的技术相比较,这种方式的安全性更高。同时,静脉能感知手指内的血液流动和血压情况,能够在识别的过程同时进行活体检测。

  准确率高:因为采样样本是在人体内部,所以匹配过程中受到外界的干扰非常小。手指静脉的准确性很高,根据严格的医学证明和数学统计,FRR(拒真率)小于0.01%,FAR(认假率)小于0.0001%,FTE(登录失败)为0%。

  唯一性:根据医学证明,不同人之间的手指静脉分布完全不同,左手和右手的静脉分布也不同,就算是双胞胎的相同手指,其中的静脉分布也是不同的。而且手指静脉的纹路分布在成年后是不会变化的。对于未成年人,当他们手指静脉随着年龄的增长变化后,只需要花30秒就可以完成重新的注册登记。

  非接触式:相对于某些生物识别技术,手指静脉认识技术是非接触式的,在公共场合会比较卫生。

  样本文件小:由于手指的静脉血管相对稳定并且很容易拍摄下来,因此使用低分辨率的摄像头就可以达到取样要求。这样生成的静脉模板文件小,匹配速度快。
 

  指静脉技术的应用

  指静脉技术有着很广泛的应用领域,在各种对安全性有较高要求的场合都能很好的工作。指静脉最初的应用领域是门禁考勤,然后迅速拓展到PC安全登录的应用和金融安全领域。

  ATM机安全认证的指静脉认证系统就是针对金融安全领域所而研发出来的。由于指静脉认证设备体积小,很适合装载在ATM机上,另外,指静脉技术处理数据速度快,认证时间短,能够满足人们对ATM机认证技术的需求。该ATM机具备插智能卡的设备,用户的指静脉信息被加密保存在智能卡上,在使用过程中,用户通过指静脉认证设备输入本人的指静脉信息,ATM机可以通过和智能卡上的指静脉信息进行比较来验证该用户是否为银行的合法用户。由于指静脉认证模块的ATM机优势明显,因而迅速被人们所接受,成为自助银行的有力助手。
 


搭载指静脉认证模块的ATM机

  指纹识别

  指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线,纹线有规律的排列形成不同的纹型,具有终身不变性、唯一性和方便性。指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别,由于每个人的指纹不同,就是同一人的十指之间,指纹也有明显区别,因此指纹可用于身份鉴定。

  但在现实应用中,指纹识别也存在一些问题。当要进入办公室时,手指在指纹门禁系统上按了很多次,却总 是打不开门锁;指纹纹路浅的人及体力工作者指纹难以识别;识别率不高等等。由于指纹识别技术对环境的要求很高,对手指的湿度、清洁度等很敏感,这些都会影 响到识别的结果。

  指纹识别的不足还体现在几个方面:

  1、对环境的要求很高,对手指的湿度、清洁度等都很敏感,脏、油、水都会影响识别甚至无法识别;

  2、某些人或某些群体的指纹特征少,甚至无指纹,所以难以成像;

  3、对于脱皮、有伤痕等低质量指纹存在识别困难、识别率低的问题, 对于一些手上老茧较多的体力劳动者等部分特殊人群的注册和识别困难较大;

  4、每一次使用指纹都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕,而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性;

  5、指纹识别时的操作规范要求较高。

  结语

       与指纹识别技术相比,指静脉隐藏在身体内部,被复制或盗用的机会很小,使用者心理抗拒性低,受生理和环境因素的影响小,克服了皮肤干燥,油污,灰尘,皮肤表面异常等因素影响,原始手指静脉影像从被捕获到数字化处理,整个过程不到1秒,使它在高度安全和使用便捷上远胜于指纹识别技术。

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