陳華宣

摘 要

如今社會(huì)已然是信息化時(shí)代，每個(gè)人的信息安全顯得尤為重要。于是生物特征識(shí)別技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生了，生物特征識(shí)別技術(shù)最為常見(jiàn)的當(dāng)屬指紋識(shí)別了，但當(dāng)下指紋識(shí)別漸漸不能滿足人們的需求了。雖然指紋識(shí)別較為廣泛應(yīng)用，但有著安全性不大好，識(shí)別率不高，指紋易受損，可偽造等缺陷，對(duì)于一些需要安全性高的特殊場(chǎng)合來(lái)說(shuō)不足以勝任。而近幾年異軍突起的指靜脈識(shí)別技術(shù)不僅繼承了傳統(tǒng)指紋識(shí)別的使用方便，大眾接受性高，快捷等優(yōu)勢(shì)，還彌補(bǔ)了可偽造，易受損等缺陷，大幅提升了信息的安全性。

【關(guān)鍵詞】信息安全 生物特征識(shí)別 指靜脈識(shí)別技術(shù)

1 引言

在信息化時(shí)代這個(gè)大背景之下，有些信息問(wèn)題和弊端是較為突出和必須解決的?，F(xiàn)在的身份識(shí)別慢慢由外物識(shí)別過(guò)渡為生物特征識(shí)別，就目前來(lái)說(shuō)相對(duì)成熟和應(yīng)用廣泛的生物識(shí)別技術(shù)當(dāng)屬指紋識(shí)別了，但仍有著無(wú)法彌補(bǔ)的弊端，比如當(dāng)指頭受損或者有污漬等影響指紋紋路的情況下，指紋識(shí)別的識(shí)別率將會(huì)大幅降低，而且雖然無(wú)法破解和篡改機(jī)器內(nèi)部的指紋記錄，但現(xiàn)在有方法制作指紋膜，制作好的指紋膜可以進(jìn)行指紋識(shí)別認(rèn)證，所以指紋識(shí)別安全性并不能長(zhǎng)久得到保障。而指靜脈識(shí)別是根據(jù)靜脈里血紅蛋白反射的近紅外線形成的靜脈像來(lái)識(shí)別的，屬于活體識(shí)別技術(shù)，由于靜脈屬于內(nèi)部生理特征，所以不會(huì)受到表皮、污染、溫濕度等外部環(huán)境的影響，而且靜脈像也是無(wú)法復(fù)制的，所以指靜脈識(shí)別可以避免上述情況的發(fā)生。

2 指靜脈識(shí)別原理和處理技術(shù)

2.1 指靜脈特征成像原理

醫(yī)學(xué)研究表明，我們每個(gè)人的手指血管紋路都是世界上獨(dú)一無(wú)二的。之所以采用手指靜脈這一部分是因?yàn)橄啾扔趧?dòng)脈來(lái)說(shuō)靜脈更加接近人體皮膚表皮，更容易采集。另外靜脈相比動(dòng)脈來(lái)說(shuō)曲線和分支更多，采集到的靜脈圖像特征也就越明顯。通過(guò)使用近紅外線透照射手指時(shí)，靜脈血液中的血紅蛋白會(huì)吸收掉近紅外線，肌肉和骨骼等部位被弱化，從而形成了明顯的圖像。

2.2 圖像的采集

在靜脈成像這方面，目前市場(chǎng)上的成像設(shè)備感光傳感器多數(shù)分為兩種：CCD和CMOS。其中CMOS較為便宜，并且集成度較高，功耗也低，雖然在成像的質(zhì)量上沒(méi)有CCD優(yōu)秀，但是CMOS的光譜敏感范圍在近紅外線段中比可見(jiàn)光的高出5到6倍，更加適合在紅外光線下采集圖像，所以總體來(lái)說(shuō)COMS更為合適。

近紅外線范圍一般選在850nm左右，在這個(gè)波長(zhǎng)左右靜脈透射的部分較少，成像明顯，另外還需要增加紅外濾光片來(lái)盡可能消除來(lái)自可見(jiàn)光的干擾。

2.3 圖像的處理

采集到的圖像會(huì)帶著噪聲，并且圖像還會(huì)受到手指擺放的位置和姿勢(shì)等其他因素的影響，所以需要對(duì)采集到的圖像做進(jìn)一步的處理。

其中有幾項(xiàng)處理方法較為重要的：

2.3.1 圖像增強(qiáng)

由于使用者個(gè)體的差異，不同的人手指的厚度也不盡相同。原始圖像還會(huì)受到椒鹽噪聲的影響，這就給后面圖像的分割造成了困難，所以在圖像分割之前需要對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。

2.3.2 去噪處理

需要對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行減噪，可以采用均值濾波的方式對(duì)圖像進(jìn)行圖像平滑。均值濾波主要是鄰域平均，針對(duì)有噪聲的原始圖像（假設(shè)為f（x，y））的每個(gè)像素點(diǎn)選擇一個(gè)模板，這個(gè)模板是由鄰近的m個(gè)像素組成，求得均值之后再將均值賦給當(dāng)前的像素點(diǎn)，即為該像素點(diǎn)最終的像素值。公式如下：

∑f（x，y）

2.3.3 圖像區(qū)域裁剪

采集到手指靜脈圖像的同時(shí)也會(huì)不可避免地包含了圖像背景等冗余的數(shù)據(jù)，為了避免冗余數(shù)據(jù)的干擾，就需要我們進(jìn)行圖像區(qū)域的定位，最為常用的提取目標(biāo)物體的方法為圖像閾值化，適用于圖像中目標(biāo)物體和背景占據(jù)不同灰度級(jí)范圍的情況。通過(guò)設(shè)置多種閾值對(duì)應(yīng)不同的特征，由此可將圖像像素點(diǎn)分為了若干類。常用的特征包括了直接來(lái)自原始圖像的灰度和彩色特征以及由原始灰度或彩色值變換得到的特征。將原始圖像設(shè)為f（x，y），按照定好的準(zhǔn)則在f（x，y）中找到特征值T，分別賦予0和1來(lái)標(biāo)明圖像的背景和目的物體，也就是圖像二值化。

2.3.4 圖像分割

根據(jù)圖像分割方法的不同，可以大致分為四種：

（1）利用圖像灰度統(tǒng)計(jì)信息的方法，比如一維直方圖閾值和二維直方圖閾值；

（2）利用圖像空間區(qū)域信息和光譜信息的圖像分割方法，比如生長(zhǎng)法、多光譜圖像分割、紋理分割等；

（3）邊緣檢測(cè)方法，利用了圖像中灰度變化最強(qiáng)烈的區(qū)域信息信息，比如Canny算法；

（4）像素分類法，是利用圖像分類技術(shù)進(jìn)行圖像分割的一種方法，比如統(tǒng)計(jì)分類方法、模糊分類方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。

2.4 指靜脈特征點(diǎn)提取

采集圖像通過(guò)處理便可以得到進(jìn)一步的靜脈圖像，不同靜脈圖像的區(qū)別在于靜脈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及細(xì)節(jié)點(diǎn)。而細(xì)節(jié)點(diǎn)的提取一般有以下幾種：

2.4.1 端點(diǎn)

當(dāng)指靜脈在手指內(nèi)部一定深度或近紅外線透射不夠深的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)。

2.4.2 分叉點(diǎn)

由一個(gè)單一的靜脈段分裂為兩段靜脈段時(shí)出現(xiàn)。

2.4.3 雙分叉點(diǎn)

當(dāng)兩個(gè)分叉點(diǎn)靠得比較近的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)。

根據(jù)上述三種細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特征提取的方法如下：

2.4.4 提取端點(diǎn)

以端點(diǎn)為中心提取一塊范圍N*N（N的值視情況而定），然后刪除該范圍中沒(méi)有與端點(diǎn)相連接的點(diǎn)。計(jì)算特征與范圍邊界的連接數(shù)，如果數(shù)目為一個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)就將該細(xì)節(jié)點(diǎn)作為端點(diǎn)并保存該點(diǎn)與水平線的角度，否則不成立。

2.4.5 提取分叉點(diǎn)

以一個(gè)分叉點(diǎn)為中心提取一塊范圍N*N（N的值視情況而定），接著刪除在該范圍內(nèi)不與該分叉點(diǎn)相連接的點(diǎn)，計(jì)算特征和該范圍的連接數(shù)，當(dāng)連接數(shù)目是4個(gè)的時(shí)候，就認(rèn)為該分叉點(diǎn)是雙分叉點(diǎn)，同時(shí)并保存分支之間的角度，否則不成立。

3 總結(jié)

針對(duì)傳統(tǒng)指紋識(shí)別所凸顯的弊端提出了指靜脈識(shí)別的優(yōu)勢(shì)以及光明的前景，闡明了指靜脈系統(tǒng)從采集到特征提取這一系列過(guò)程的原理以及方式等關(guān)鍵問(wèn)題。雖然目前指靜脈識(shí)別并沒(méi)有像指紋識(shí)別那么為大眾所熟知，但目前指靜脈市場(chǎng)正處于臨界狀態(tài)，一旦得到進(jìn)一步的完善和推廣，相信在不久的將來(lái)會(huì)普及到各類領(lǐng)域之中，甚至將會(huì)引領(lǐng)信息安全的方向。就像十幾年前人們紛紛丟掉腰間的呼叫機(jī)換成手機(jī)一樣，指靜脈識(shí)別將會(huì)大放異彩！

（通訊作者：劉晉勝）

參考文獻(xiàn)

[1]葛彥平.手指靜脈識(shí)別技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2003.

[2]袁智.基于匹配融合的指紋與指靜脈雙模態(tài)生物識(shí)別技術(shù)的研究[D].南京：南京郵電大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2005.

作者單位

廣東石油化工學(xué)院 廣東省茂名市 525000