辛 昊

（中國人民警察大學(xué)廣州校區(qū)邊防業(yè)務(wù)教研室，廣東 廣州510663）

生物特征識別技術(shù)憑借便捷、可靠、低成本的特性，愈加得到人們的關(guān)注、認(rèn)可。生物特征身份識別技術(shù)（Biometric Identification Technology,BIT）即通過獲取和分析人體特征，實現(xiàn)身份的自動鑒別的技術(shù)。生物特征主要有兩大類，即人類的生理特征和行為特征，通過對這兩大類特征進(jìn)行采集分析，身份識別過程可以取得較高的安全性。常見的生物特征識別技術(shù)：DNA識別技術(shù)、步態(tài)識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)、人臉識別技術(shù)、虹膜識別技術(shù)。

現(xiàn)有的生物特征識別技術(shù)雖然種類繁多、便捷可靠，但都會存在或多或少的安全問題或漏洞，任何單一的識別方式已不能滿足人們的現(xiàn)實需要，現(xiàn)在的發(fā)展趨勢集中在多模態(tài)融合識別和探索新型的生物識別技術(shù)。心電圖（Electrocardiogram,ECG）即利用心電圖儀器來描記心臟活動產(chǎn)生的電位變化而得到的圖形。根據(jù)公開資料顯示，1996年美國科學(xué)家利用ECG信號來對不同個體進(jìn)行識別，人們就開始在進(jìn)行身份識別時使用ECG信號了。

1 心電身份識別技術(shù)概述

基于ECG的身份識別方案就是新型生物識別方案的代表。ECG是人體最常見的生理信號，是由心臟產(chǎn)生的微弱電壓的規(guī)律信號，反映心臟健康水平。ECG是與生俱來的生理信號，心跳伴隨著一生，且蘊(yùn)含了多項的生物信息。由于心臟構(gòu)造不一樣，所產(chǎn)生的信號具有明顯差異，且個體心電信號不完全相同，因此個體間心電信號存在的差異性為身份識別打下了基礎(chǔ)。

1.1 心電身份識別技術(shù)的特點

1.1.1 心電信號具有唯一性

個體的健康狀況和生長環(huán)境，決定了個體的心臟形態(tài)存在差異，不同形態(tài)的心臟，產(chǎn)生的信號又具有差別。

1.1.2 心電信號具有可采集性

個體的心電信號的采集、讀取和別對十分方便，最典型的就是接觸式的采集工具，例如：醫(yī)院的傳統(tǒng)心電圖儀、手握式心電圖采集設(shè)備以及穿戴式心電圖采集設(shè)備。目前，已經(jīng)有非接觸式的采集工具問世，這將是心電身份識別技術(shù)日后廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

1.1.3 心電信號具有易處理性

即采集到的心電信號是一維信號，可以高效的對其進(jìn)行存儲、比對。

1.1.4 心電信號具有較高的安全性

即心電信號具備的活性，以復(fù)雜的電信號進(jìn)行展示，所以很難被偽造和仿冒。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)生物識別技術(shù)的發(fā)展遇到了瓶頸，技術(shù)的短板也日漸增多，尚未實際應(yīng)用的人體心電信號是目前身份識別領(lǐng)域里新的研究方向。國際上通用的心電身份識別方法目前來說主要由基于心電特征點和基于心電波形形態(tài)這兩大類方法組成。

1.2.1 基于特征點的心電身份識別

Israel等人提取了一條心電波形的15個特征信息，在對29個人的識別實驗中，取得了100%的正確識別率。天津理工大學(xué)的陳辰、鄭剛等首先提取了26個心電特征，利用篩選出來的9個特征取得了99.7%的正確識別率，利用篩選出來的17個特征在自采的120個健康個體心電數(shù)據(jù)中取得了94.8%的正確識別率。［1］

1.2.2 基于波形形態(tài)的心電身份識別

Porée、Fabienne等人記錄了不同個體在平躺、站立、運(yùn)動三種不同狀態(tài)下的心電記錄，在對自采數(shù)據(jù)庫的14名健康個體的實驗中，最好的識別率為100%。天津理工大學(xué)的麻妙玲等人利用基于高斯混合模型的心電波形篩選方法，建立單心動周期標(biāo)準(zhǔn)心電波形，在對52個個體的識別實驗中取得了91.05%的正確識別率。

2 心電身份識別的問題及難點

從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出：基于ECG信號身份識別實驗雖然取得了較高的識別率，部分實驗甚至能達(dá)到100%的識別率，但是還存在著一些問題。第一，缺少實際采集的數(shù)據(jù)支撐；第二，實驗個體的數(shù)據(jù)量過少，不具備足夠的說服力。那么將心電身份識別技術(shù)應(yīng)用到警務(wù)活動中還需要解決兩個難點。

2.1 難以確保識別的準(zhǔn)確率

實驗樣本較少時，個體的心電信號差異顯得比較突出，當(dāng)樣本增多時，個體心電信號間的特征差異趨向接近，所以從實驗到應(yīng)用，任重道遠(yuǎn)。

2.2 難以確保識別的效率

目前，實驗場景下，樣本規(guī)模較小，當(dāng)數(shù)據(jù)量不斷增大，達(dá)到數(shù)千級、數(shù)萬級的時候，識別的時間就必定會大幅度增加，而冗長的識別時間就會降低工作效率。

3 心電身份識別技術(shù)的警務(wù)應(yīng)用

案例，某地暴亂分子在實施暴亂犯罪行為時，統(tǒng)一穿著黑色服裝、面帶口罩等進(jìn)行身份掩飾。警方通過各種手段獲取大量暴力犯罪視頻證據(jù)，但因無法對蒙面暴徒進(jìn)行身份識別，故很難對其進(jìn)行精準(zhǔn)抓捕、精確打擊，給警方開展行動造成很大的被動。對這種成千上萬的人進(jìn)行面部掩飾的大規(guī)模暴亂，現(xiàn)有的高科技偵查手段，如：人臉識別、聲紋識別、虹膜識別、結(jié)構(gòu)化視頻、手機(jī)定位等，都無法發(fā)揮應(yīng)有作用。

3.1 非接觸式心電身份識別系統(tǒng)

該系統(tǒng)是指利用多普勒雷達(dá)遠(yuǎn)程掃描采集人體心臟物理學(xué)和生物學(xué)特征數(shù)據(jù)，并上傳至身份識別認(rèn)證數(shù)據(jù)庫，當(dāng)再次采集到與數(shù)據(jù)庫存儲一致的人體心紋數(shù)據(jù)時，就可以對該人身份進(jìn)行同一性認(rèn)證。再輔以人臉識別技術(shù)，即可對未知身份人員進(jìn)行唯一性確認(rèn)，這是人體生物學(xué)非接觸識別技術(shù)領(lǐng)域又一最新研究成果。

美國布法羅大學(xué)華人科學(xué)家許文耀團(tuán)隊已經(jīng)成功研制出利用雷達(dá)遠(yuǎn)距離采集分析活體心臟的大小、形狀以及心臟波動等特質(zhì)數(shù)據(jù)并進(jìn)行身份識別的技術(shù)。該技術(shù)的雷達(dá)信號強(qiáng)度比目前普遍使用的Wi-Fi信號還弱，系統(tǒng)功率只有5毫瓦，輻射強(qiáng)度不及智能手機(jī)的1%，因此不會對人體健康構(gòu)成威脅。研究人員通過對78人檢驗發(fā)現(xiàn)，平均掃描精準(zhǔn)度能夠達(dá)到98.61%，誤差率僅為4.42%。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，其精準(zhǔn)度還能得到更大地提升、誤差率也將會極大地下降。對警方來說，“非接觸式心電身份識別系統(tǒng)”將是對大規(guī)模蒙面暴徒開展身份識別認(rèn)證的又一重要利器，再復(fù)合應(yīng)用現(xiàn)場高清攝像頭固定的暴力犯罪行為視頻證據(jù)，就能夠?qū)γ擅姹┩降男袨楹蜕矸蓍_展1∶1確認(rèn)，進(jìn)而對蒙面暴徒進(jìn)行卓有成效地精準(zhǔn)打擊。

3.2 非接觸式心電身份識別系統(tǒng)的未來展望

目前，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論，“非接觸式心電身份識別系統(tǒng)”能夠衍生出探頭式、手持式、移動式的采集終端，甚至?xí)^續(xù)減小終端的尺寸，以便使其能被安裝在計算機(jī)鍵盤、ATM機(jī)的某個角落。探測角落可以從設(shè)計之初的30m延伸到更遠(yuǎn)。如果應(yīng)用得當(dāng)，該系統(tǒng)不僅能夠為警方精準(zhǔn)識別大規(guī)模蒙面暴徒的真實身份提供強(qiáng)力支撐，還可以為其他案件的偵查提供證據(jù)支持。