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生物识别新贵 静脉识别开启“后指纹”时代

来源:中国科学报      作者:成舸 张曼芝      2013/3/20 9:00:33

  话题背景:国防科学技术大学日前成功研制出一种手指静脉特征识别认证系统,经测试“识假率”可低至十万分之一。目前该研究已取得5项国家发明专利授权,打破了日、韩等国的技术垄断。

  持刀片割断狱警的喉咙,切掉其右手指头,换上警服后用狱警的工作卡打开第一道门,再用被割下来的手指打开指纹识别门禁系统,接着通过红外线门……最后成功越狱。这些似乎只有在科幻片中才发生的剧情,却曾在内蒙古某监狱真实上演。而现实中,用印泥盗取他人指纹的情形更是屡屡发生。

  上述种种危险传递出一个信号:技术已趋成熟且获广泛应用的指纹识别技术,仍存在其自身难以克服的安全漏洞。由于指纹裸露于体表,无法避免被复制及窃取,急需更加安全且同样便捷的安防技术。静脉识别技术因此应运而生。

  生物识别新贵

  在“缤纷多彩”的生物特征识别技术中,指纹识别因其成本低、体积小、采集方便等特点,在目前的生物识别市场上独占鳌头。不过,它并不需要“活体”—— 一张复制下来的指纹图像,或一段被砍下来的手指,都能轻易骗过识别设备的“火眼金睛”。

  此外,有统计表明,还有大约5%的人因指纹浅而不能被识别;著名歌手李宗盛也曾因弹吉他磨掉了指纹而开不了门。这些都给指纹识别留下了“盲区”。

  而作为一种“活体识别”技术,静脉识别的生物特征载体——静脉血管位于表皮以下、手指内部,依靠流动的血液形成血管图像,即便是复制一根活体手指,血液一旦凝固之后图像也将面目全非。

  静脉识别技术可追溯至1983年。当时,柯达公司的约瑟夫·莱斯(Joseph Rice)在研究红外条形码技术时,产生了利用人手背血管红外成像作为身份识别的想法,发明了最早的手静脉特征识别技术。1987年,约瑟夫·莱斯获得此项技术的第一个专利,但在安防领域并未引起足够重视。

  1992年,日本北海道大学的K.Shimizu撰文指出,可以利用人体手血管红外成像作为身份识别依据。此文章被认为是日、韩等国大力开展手静脉识别技术研发的源头。5年后,韩国的BK System公司发布了亚洲第一个手背静脉识别的商用产品BK-100。静脉识别逐渐成为生物识别技术中的“新宠”。

  彼时,为了绕开韩国的手背静脉识别专利,在日本兴起了基于手掌和手指的静脉识别技术研发。日立公司推出了一系列手指静脉识别产品,富士通公司则推出了手掌静脉识别产品。在21世纪初前十余年,两者各自迅速占领了国际静脉识别市场的主要份额。后续跟进的还有索尼公司。

  此后,静脉识别技术发展进入研究和产业化交织不清的状态。由于企业早期的介入和过度的专利保护,一度大大降低了研究的活跃度和水平。2007年,约瑟夫·莱斯,这位手静脉识别技术的先锋撰文,对该技术的应用进展缓慢表示焦虑,建议开发可穿戴式静脉采集设备。遗憾的是,直到现在,这种产品仍未公开面世。

  一份由国际生物识别集团(IBG)撰写的《生物识别市场与产业报告2009-2014》显示,目前在各种生物特征识别技术中,指纹识别所占份额最大,为66.7%;人脸识别占到11.4%;虹膜识别、语音识别、静脉识别和掌形识别各占8.0%、3.0%、2.4%和1.8%。对此,富士通公司全球事业管理部顾问北条秀树表示:虽然静脉识别系统目前市场占有率只有2.4%,但随着静脉识别系统应用的多元化,成长到10%的市场占有率指日可待。面对指纹识别隐患留出的巨大市场空间,已有数十年技术积累的静脉识别技术,会是最有力的竞争者吗?

  走向应用的关键

  在我国,对静脉识别技术的研究起步较晚。2003年,《清华大学学报》报道了该校利用自行设计的近红外血管图像采集仪提取血管的原始图像及识别结果。之后,北京大学、哈尔滨工程大学、山东大学、中国民航大学等大学和科研机构也纷纷开始加入静脉识别研究行列。

  据记者了解,在过去的十年里,国内静脉识别市场看似无风无浪,实际上,一批有实力的科研机构正在实验室里埋头苦干,“中国力量”在暗暗蓄力。

  2012年9月21日,《科学》杂志在目录页以图片导读的方式,刊登了题为《中国高速发展生物特征识别》的文章。该文指出,尽管美国早期禁止对中国出口生物特征识别设备和技术,使得中国“从零起步”开始研究,但中国依靠一批高素质研究团队突破了“封锁”,在核心算法等方面取得了长足进步。生物特征识别研究在中国正处于高速发展阶段。

  北京大学、国防科技大学等一流大学正是这批高素质研究团队中的佼佼者。2012年1月,国防科技大学谢剑斌团队正式宣布,该校经过近十年的攻关,成功研制出一种手指静脉特征识别认证系统,经测试“识假率”可低至十万分之一,并已取得5项国家发明专利授权,打破了日、韩等国的技术垄断。与此同时,北京大学李文新团队也开发出了静脉识别技术,并应用于该校的体育锻炼考勤系统。

  2012年11月,由中国科学院自动化研究所发起的国家生物识别产业技术创新战略联盟成立,为产学研合作和产业发展带来了良机,包括静脉识别在内的生物识别技术领域,各自为战、缺乏合作的局面得到缓解。

  该联盟秘书长、中科院自动化所副研究员孙哲南向《中国科学报》记者表示,在众多生物识别技术中,静脉识别的安全性较高,在我国已经开始应用于门禁、考勤等领域,但市场上的产品绝大多数源自日本。从研发来看,总体上还处于起步阶段,核心技术和专利已成为制约我国静脉识别产业发展的关键因素。该联盟中还没有一家以静脉识别产品为主营业务的公司参与即是例证。

  “静脉识别技术走向应用的关键,在于保证安全、性能稳定、使用方便、外观小巧。该技术在实验室阶段的难度并不大,但要实现大规模的商用还存在一定难度,因为其中涉及到数据库的容量等问题。”孙哲南介绍说,“但不可否认,它因具备安全性高于指纹识别、成本低于虹膜识别等优势,或将在未来的金融、交通、医疗等领域被广泛应用。”

  据了解,国防科技大学研制的商用产品已在进行最后的调试,很快将投入正式应用。一旦经过了市场检验,将有望在市场上拼杀出一块属于国产品牌的新天地。

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