陳華宣

摘 要：在信息時代的大背景下，人人都很注重自己的信息安全。而傳統(tǒng)的信息驗(yàn)證方式并不算安全和便捷。由此生物特征識別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中的指靜脈識別技術(shù)是本文討論的對象，指靜脈識別技術(shù)能夠有效地解決現(xiàn)如今信息驗(yàn)證中存在的缺點(diǎn)和弊端。針對指靜脈識別中的原理以及系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)做了詳細(xì)的說明，并展望了不久的將來指靜脈識別技術(shù)的迅速發(fā)展以及龐大的市場需求。

關(guān)鍵詞：信息驗(yàn)證；生物特征識別；指靜脈識別

Abstract：In the context of the information age， everyone is very focused on their own information security. And the traditional way of information verification is not safe and convenient. Thus， biometric identification technology has emerged， which is the object of this paper， which can effectively solve the shortcomings and disadvantages of the current information verification. According to the principle of finger vein recognition and the key points of the system， the key points of the system are described in detail， and the rapid development of the vein recognition technology and the huge market demand are prospected.

Key word：Information verification Biometric identification Finger vein recognition

隨著信息爆炸時代的來臨，人類社會產(chǎn)生了巨大的變革，人們對信息的需求和依賴越來越大，人們在時刻進(jìn)行社會活動的時候離不開身份信息的驗(yàn)證。在這種時代背景下信息的安全問題也就顯得十分重要，然而傳統(tǒng)的身份識別方法是需要借助外物來證明身份的，但如果證明身份的標(biāo)識物品出現(xiàn)丟失、被盜竊或者被偽造等情況就會導(dǎo)致混亂甚至犯罪事件的發(fā)生。針對這一弊端，現(xiàn)已有很多生物特征識別技術(shù)用于身份認(rèn)證，比如指紋、虹膜、視網(wǎng)膜、手型識別、臉部識別等等。實(shí)際上生物特征識別技術(shù)早已有人研究，隨著科技的進(jìn)步以及各種生物特征識別的算法和系統(tǒng)的問世使得生物特征識別變得火熱起來。而本文涉及的是生物特征識別技術(shù)中的指靜脈識別技術(shù)。

指靜脈識別這一技術(shù)最初是由日立公司著手研究并開發(fā)成相關(guān)產(chǎn)品的，由于每個人的指靜脈分布都不一樣，由此特性它通過識別個人手指里的指靜脈分布圖像特征來進(jìn)行個人的身份鑒定。指靜脈的采集是根據(jù)靜脈里面的血紅蛋白反射采集到的圖像來對比識別的，這種識別方式?jīng)Q定了指靜脈是活體識別技術(shù)。

目前指紋識別雖然是用戶廣泛的一種識別技術(shù)，但弊端也隨之體現(xiàn)出來：安全性低，雖然如今破解指紋識別機(jī)不大可能了，但現(xiàn)在網(wǎng)上都有各種制作指紋膜來達(dá)到偽造身份的目的；穩(wěn)定性差，如果手指受了割傷或者手指外表皮因?yàn)闇囟然蛘吣Σ恋仍蚨撀浠蛘呤种副砻嬲瓷夏撤N污漬，在指紋驗(yàn)證時就會很困難。相較之下指靜脈識別很難偽造，抗干擾性好、不易受手指表面?zhèn)刍蛭蹪n的影響，因此指靜脈的準(zhǔn)確率比較高，F(xiàn)RR（拒真率）小于0.01%，F(xiàn)AR（認(rèn)假率）小于0.0001%，F(xiàn)TE（登錄失敗）為0%。因此就目前技術(shù)方面和市場方面來說指靜脈識別技術(shù)運(yùn)用到的識別原理作為一種新型的身份認(rèn)證方式在生物特征識別中是具有較大的優(yōu)越性的。

1 指靜脈識別原理及技術(shù)

1.1指靜脈成像原理

根據(jù)醫(yī)學(xué)研究結(jié)果，每個人都有著自己獨(dú)特的手指血管紋路，左手和右手之間的靜脈分布也是不同的，即使是雙胞胎之間的血管紋路也不一樣的。由于靜脈相比于動脈更接近皮膚表層，易于采集特征；況且靜脈分布的曲線和分支比較繁多復(fù)雜，采集到的圖案樣本多，所以個人之間圖像差別明顯。根據(jù)這一生物特性，我們可采用近紅外線照射指靜脈（近紅外線范圍在700～1000nm之間，本系統(tǒng)采用了波長為850nm的近紅外線，在這個范圍靜脈透射的部分比較少，成像較為明顯），靜脈的圖像就會突出顯示，手指肌肉和骨骼等其它部位被弱化，由此將靜脈里流動血液中的血紅蛋白呈現(xiàn)出來的圖像進(jìn)行特征提取。

1.2圖像的采集和預(yù)處理

采用了使用比較廣泛的CMOS感光器件，相較于CCD感光器件，COMS有以下幾個 優(yōu)點(diǎn)：

（1）集成度更高，所以功耗也比較低；

（2）在價格上CMOS由于結(jié)構(gòu)簡單所以制造成本低；

（3）在成像方面新的CMOS器件的出現(xiàn)提高了信噪比和影像效率，已經(jīng)接近了CCD的成像質(zhì)量；

（4）CMOS的光譜敏感范圍在近紅外線比可見光的靈敏度高達(dá)5～6倍。

根據(jù)上述分析決定使用CMOS感光器件在近紅外下采集圖像。

但由于使用環(huán)境中我們的圖像采集成像裝置會受到環(huán)境可見光的影響，會導(dǎo)致指靜脈成像的不穩(wěn)定，因此需要增加濾光片來消除可見光的干擾。一般濾光鏡按照光譜的標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分的話有紫外濾光、可見濾光片和紅外濾光片，因?yàn)槲覀儾杉胳o脈圖像的近紅外線是采用850nm的波長，所以濾光鏡選擇紅外濾光片。

而因?yàn)槭种笖[放的姿勢、位置以及受到溫度等其它因素的影響導(dǎo)致手指內(nèi)部靜脈收縮或者擴(kuò)張，所以圖像采集到還需要進(jìn)一步的處理。處理過程一般都有圖像感興趣區(qū)域的裁剪、尺寸或灰度歸一化、圖像增強(qiáng)、靜脈分割、位置校準(zhǔn)、細(xì)化等操作，經(jīng)過處理的圖像更有利于特征的提取和圖像的識別認(rèn)證?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況的需要有選擇地選取上述處理方式，好的算法會使得圖像的處理更加優(yōu)化，從而達(dá)到提高識別率的目的。

1.3指靜脈特征點(diǎn)提取

在本系統(tǒng)的指靜脈特征點(diǎn)提取中主要采用的是基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征提取的算法，因?yàn)槔眉?xì)節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行識別主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）細(xì)節(jié)點(diǎn)的特征描述相對比較簡單的。

（2）細(xì)節(jié)點(diǎn)占用的存儲空間比較小。

（3）單單憑借著細(xì)節(jié)點(diǎn)是無法恢復(fù)出原有的指靜脈的，有利于保護(hù)個人隱私。

而細(xì)節(jié)點(diǎn)的特征提取一般有以下幾種：

1.3.1端點(diǎn)：當(dāng)指靜脈在手指內(nèi)部一定深度或者近紅外線對手指透射的不夠深的時候就會出現(xiàn)這種端點(diǎn)。

1.3.2分叉點(diǎn)：由一個單一的靜脈段分裂為兩個靜脈段。

1.3.3雙分叉點(diǎn)：當(dāng)兩個分叉點(diǎn)靠得比較近的時候就會出現(xiàn)這種雙分叉點(diǎn)。

根據(jù)以上三種細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特征提取的方法分別如下：

1.3.3.1提取端點(diǎn)：以端點(diǎn)為中心提取一個N*N范圍塊（N的取值視具體情況而定），然后刪除該N*N區(qū)域中其它沒有與該中心端點(diǎn)相連接的點(diǎn)。最后計算靜脈特征和塊邊界的連接數(shù)，如果連接數(shù)目為一個細(xì)節(jié)點(diǎn)就認(rèn)為該細(xì)節(jié)點(diǎn)是端點(diǎn)并保存端點(diǎn)段譽(yù)水平線之間的角度，否則不是。

1.3.3.2提取分叉點(diǎn)：以一個分叉點(diǎn)為中心提取一個N*N的范圍塊（N的取值視具體情況而定），然后刪除在該N*N區(qū)域內(nèi)其他的不與中心分叉點(diǎn)相連接的點(diǎn)。最后計算靜脈特征和劃分的N*N范圍塊邊界的連接數(shù)，當(dāng)連接數(shù)目為四，就認(rèn)為該分叉點(diǎn)是雙分叉點(diǎn)，同時保存分支之間的兩個角度。反之則認(rèn)為該分叉點(diǎn)為錯誤的細(xì)節(jié)點(diǎn)。

于是針對上述的三種細(xì)節(jié)點(diǎn)我們可以分別列出表達(dá)方式如下⑵：

端點(diǎn)：[X，Y，Φ1]

分叉點(diǎn)：[X，Y，θ2，θ3，θ4]

雙分叉點(diǎn)：[X，Y，Φ5，Φ6，Φ7，Φ8]

其中X，Y是細(xì)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，β是端點(diǎn)和水平線兩者之間的角度，θ是分叉點(diǎn)與分支兩者之間的角度，α是雙分叉點(diǎn)與分支兩者之間的角度。

具體的直觀圖像如下圖所示：

圖2.3 細(xì)節(jié)點(diǎn)表達(dá)圖像

實(shí)際上提取特征點(diǎn)之后為更加簡化的圖像：

將上述提取特征點(diǎn)獲得的圖像與已保存的圖像庫做對比識別即可辨識身份。

2 總結(jié)

針對指紋識別等傳統(tǒng)生物識別的缺點(diǎn)或弊端提出了指靜脈識別系統(tǒng)的優(yōu)勢所在以及在指靜脈系統(tǒng)中從選用合適的器件開始逐步到闡明在本系統(tǒng)中靜脈采集和特征提取的原理和方式等關(guān)鍵問題。

從目前來看鑒于技術(shù)和成本之間的沖突，指靜脈識別市場正處于市場爆發(fā)的臨界狀態(tài)，一旦指靜脈識別技術(shù)得到進(jìn)一步的完善和達(dá)到一定的量產(chǎn)，將會普遍推廣到各類民用領(lǐng)域。而且國家相關(guān)機(jī)構(gòu)也在制訂并計劃實(shí)施相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。相信通過國內(nèi)有實(shí)力的核心技術(shù)及上下游廠商通力合作，中國指靜脈技術(shù)識別技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展的前景廣闊。

我們也期盼著各種高科技產(chǎn)品早日普及到我們平常生活中，讓每個人都可以體驗(yàn)忘記密碼、丟掉鑰匙的安全又便捷的生活，就像十幾年前人們紛紛丟下腰間的BP機(jī)換成手機(jī)一樣，指靜脈識別系統(tǒng)會在不久的將來大放異彩。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛彥平.手指靜脈識別技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文

[2]袁智.基于匹配融合的指紋與指靜脈雙模態(tài)生物識別技術(shù)的研究[D].南京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文