Bio-metrics And Its Application
介绍Bio-metrics：“Bio”一词表示“生命 life”，“metric”一词表示“度量 measure”。生物识别技术（Bio-metrics）是指识别出一个人的生理或行为特征的技术。
为什么需要生物识别如今，犯罪和恐怖活动日益增多。这种活动在人们的心理上造成了恐慌。为了避免这种情况，我们需要一个值得信赖的监视和安全系统。
在早期阶段，我们使用基于令牌（token）/密码（pin）或基于卡的身份识别系统，或同时使用这两种类型的身份识别系统。
但是，当我们使用这类系统时候，仍会面临与此相关的这类威胁，例如“可以破解密码”，“如果忘记密码会怎样？”，“如果卡丢失了怎么办？”，“我拥有多少个密码”。要记住吗？”，“我必须保留多少张卡？”，“如果我的卡会被未经授权的人拿走怎么办？”最后，“还有其他选择吗？”。
为了解决问题，研究界提出了一种基于人的身体或行为特征（即“生物特征”）的新安全系统。它描述了人的身体（指纹 fingerprint，掌纹 palm print，虹膜 iris，静脉纹 vein pattern）或行为（语音 voice，步态 gait，击键动态 keystroke Dynamics，签名 signature等）属性。
生物识别（bio-metrics）系统的分类如下图，生物识别系统大体的类别，后面我们将更多地了解生物识别系统的具体分类及描述。
图1.1 classification of Different Bio-metrics Modalities
生物识别系统生物识别系统是一种模式识别系统，可将探针图像的固定特征（silent feature）与已存储的图像进行匹配。为此，生物识别系统由以下几个模块组成：
- 图像采集模块：该模块获取生物识别特征的图像并将其发送到系统进行进一步处理。
- 特征提取模块：在此提取图像的固定特征（silent feature）。
- 匹配模块：其将从探测图像中提取的特征与预存图像的特征进行匹配，并返回返回的匹配分数。
- 数据库模块：它包含所有先前提取的特征的数字表示，通常被称为模板（templets）。
注册 （Enrollment）
在这种模式下，人的生理或行为身份（特征）存储在生物识别系统的数据库中。针对此人的生物特征，并提取特征并生成模板。然后，我们将此模板存储在数据库中。
验证 （Verification）
操作方式
生物识别系统的验证工作以下列方式之一进行：
- 验证 Verification
Verification也称为肯定认证(positive recognition)。在此之后，提交生物特征身份的用户将通过密码或用户名声明特定身份。而系统会返回一个人是否被授权的识别结果。因此，基本上，这是提交的生物特征和存储的具有特定身份的生物特征之间的1:1（一比一）比较。
- 身份证明 Identification
在此提交的生物识别身份中，将与所有已注册身份进行核对。因此，基本上，这是提交的生物特征和所有存储的生物特征之间的1：N（一对多）比较。在许多库中都使用这种类型的系统。
- 筛选 Screening
这可以称为否定识别(negative recognition)。因为该系统允许传递与任何存储的人的身份都不匹配的人。这是一种可以用于在机场上检查人员是否犯罪的系统。
生物识别的多种类型本节深入概述了图1.1中提供的不同生物识别方式。
手部区域的形态 Hand region modalities指纹 Fingerprint
人的手充满或纹理信息为早期的识别系统指纹提供了基础。在早期阶段，指纹根据（i）卷起 rolled /全张 full（ii）普通 plain /平展 flat（iii）潜在隐形 latent，来进行分类（见图4.1）。
图4.1：— (a)Rolled Fingerprint, (b) Plain Fingerprint, ( c)Latent fingerprint
借助指纹扫描仪可以获得卷起的 Rolled 和普通的 Plain 指纹，而从表面获得隐形的 Latent 指纹。它可以通过仅将图像照相除尘或通过化学处理来完成。取证应用需要对指纹进行latent-to-rolled比较。
如今，指纹通常如图4.2所示进行分类。
1级的特征是微观的，例如指纹纹理的脊ridge，脊流向（ridge flow），pattern类型，脊频（ridge frequency）和奇异点 singular points（core，delta等）。
图4.2：— (a) gray-scale image of fingerprint(b) Level 1 feature(c)Level 2 feature(d)Level 3 feature
2级指纹的特征是纹理脊末端（ridge endings）和分叉 bifurcations。
3级特征是纹理脊的路径偏差，形状，宽度，边缘轮廓，折痕，疤痕等。
掌纹 Palm-print
掌纹生物识别系统使用人体掌心区域中存在的主要纹理（principle texture）和次级线条（secondary lines）。掌纹系统和指纹系统工作原理一致。
手部几何特征 Hand Geometry
手部几何系统，提取的特征包括手指的长度，宽度，长宽比和手掌的长度，厚度，皮肤褶皱，面积和折痕。
指关节纹 Finger knuckle print
在这个系统中，为了区分人身份，它获取在指骨关节附近的，手指外部上存在的线条的纹理，其中指甲床（finger nail bed）是用于测量在指甲中存在的平行真皮结构的相对点。
手静脉识别 Hand vein recognition
它通过在人的皮肤下获得静脉分叉和静脉末端来区分。
人脸 Face
正如我们人类总是通过他们的面孔来认识另一个人。
虽然我们将人脸用作生物特征，但可以区分为两种类型（i）2-D（ii）3-D。
2-D面部识别是基于下巴，鼻子，眼睛和嘴唇位置的大小，用于计算瞳孔之间距离，或鼻子到尖端的距离及到下巴的距离，以此获得一个面部矩阵 facial matrix 。
3-D面部识别是一种新技术，可以减少2-D面部识别中的问题，例如图像质量下降，对齐不佳以及面部表情或头部移动。在3-D人脸识别中，人的全脸在三个维度上进行了映射，并使用存储的映射数据库进行验证。如今，3-D人脸识别也被用于智能手机中。最近，苹果公司在其新款iPhone X中引入了此功能。
耳朵形状 Ear shape
耳部比面部的生物特征更具优势：
（i）耳部在情感（面部表情）方面表现较差
（ii）耳部的图像采集不涉及传感器的任何接触
（iii）耳结构在人四岁以后保持稳定。
可以根据耳朵形状这种具有生物特性的特征，来识别一个人。该系统采用2-D或3-D特征来获取耳朵的形状。这可以通过不同的图像技术完成，例如在平坦的表面上按入耳朵并获得ear mark，图像的照片，图片的热成像图等。
舌印 Tongue print
舌印是一种新型的生物识别技术。舌印的优点是它可以防止外界伤害，还可以使人保持活泼。它使用舌头的特征，例如舌头的宽度，厚度和弯曲度，或人舌的纹理特征或裂缝特征。
眼部区域的形态 Ocular region modalities从最近几年开始，眼部领域吸引了研究者，因为它提供了高度准确，无法伪造，受到良好保护和稳定的生物特征。
视网膜 Retina
在视网膜扫描中，红外光透过在人眼上将近10-15秒，从而获得了独特的视网膜血管结构。视网膜生物测定系统会根据landmark或参考area对其进行分类。
虹膜 Iris
虹膜和视网膜属于同一区域，但使用不同的图像处理程序。视网膜纹理可以通过将人的光暴露在红外光中来获取，而虹膜纹理可以通过在红外或可见光中照射人眼来获取。
巩膜血管 Sclera Vasculature
在巩膜血管图案中，获得人眼的巩膜部分的静脉图案，并将其用作生物特征。关于巩膜血管模式的研究最少。
在药物化学 medio-chemical 生物特征学中，我们获得了诸如心音，心电图（ECG），体味和脱氧核糖核酸（DNA）等生物特征。当我们使用这种生物特征时，它需要一些特殊的医学/化学传感器。
体味 Body odor
我们在许多电影中都看到过这种生物特征，根据他/她的体味，狗队一直在追捕罪犯。但是，当我们将其用作自动生物特征时，它需要某种传感器来识别人的体味。但是，这种传感器在市场上不可用，但是市场上有一些电子鼻可以识别特定的气体和蒸气。
脱氧核糖核酸 DNA
DNA是人类发现的遗传物质。DNA细胞是被称为染色体的双螺旋结构。每个人都有46条染色体，而他/她将从每个亲生父母那里获得23条染色体。99.7％的染色体与父本相同，而.3％的染色体则是唯一的。对从血液，唾液，头发，精液中获取的物理样本进行的DNA测试。它是在physical样本上执行的，因此不需要任何特征提取部分。
行为生物识别 Behavioral Biometrics该系统根据其行为特征来识别一个人。
步态 Gait
步态是一种根据行走情况识别个人的系统。步态可以归类为行为生物特征，因为它取决于身体的肌肉骨骼结构。
击键动态 Keystroke dynamics
击键动态取决于人的击键方式，速度和节奏。这种系统首先在二战中使用，而军人则收到莫尔斯电码，它首先检查是否是敌人或盟军发送了莫尔斯电码，然后使用该信息。这使用停留dwell时间（按下键的时间）和飞行flight时间（释放键和按下下一个键之间的时间）。
签名 Signature
当前在支票交易中使用这种类型的系统。基于签名的系统可以是静态的也可以是动态的。在静态中，已经签名的签名与存储的签名匹配，在动态签名中，签名在传感器上给出，该传感器检查人在特定点上的按压力，曲率或签名速度。
语音
在该系统中，基于人的声音来识别人。它也被称为说话者识别。从麦克风获得人的声音，然后将该声音转换为数字格式并存储到系统中，或者可以被系统识别。
当我们使用行为生物识别技术时，可能会受到某些影响，这可能是由于个人的身体或行为变化所致。身体变化，例如身高，身长，人的健康，声带变化，口腔，牙齿或舌头上的空腔变化，可能会影响生物特征。行为变化像个人情感一样，如使用语音生物识别时的快乐，悲伤，喃喃自语。
独特性和持久性等“软”的生物特征的特性非常低。但是，我们将这种生物识别技术与硬生物识别技术结合使用，以提高生物识别系统的速度和准确性。
性别 Gender
从一开始，我们就根据性别对人进行分类。当我们将此生物特征与另一个生物特征一起使用时，这将增加一定的准确性。
纹身，疤痕和胎记 Tattoos, scars and Birthmark
纹身识别仅限于法医应用，因为有些犯罪集团使用特定的纹身。普通人群使用纹身来展示自己与其他人不同，或作为一种宗教信仰。执法人员使用纹身作为某种证据，而他们没有受害者的硬生物特征。一个人也可以通过胎记或疤痕来区分。
后记因此，这是与生物特征识别系统相关的基本信息，我将在以后针对某些生物特征识别方式撰写更多内容。
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