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    摘要：本文詳細介紹了手指靜脈特征識別技術的原理與特點，并與其他生物識別技術進行了比較，最后介紹了日立制作所手指靜脈技術在門禁系統的應用。

    關鍵詞：生物技術 指靜脈

    1 概述

    隨著基于計算機網絡的信息技術飛速發展，全球經濟一體化，個人信息的保護顯得越來越重要。選擇合理的技術是保證信息安全的必要因素。早期的技術是基于個人密碼，而密碼被破解或偷窺的概率越來越高。后來出現了智能IC卡，但這種方式同樣存在被復制或者偷盜的安全隱患。

    生物將成為今后幾年IT產業的重要變革。生物特征是通過計算機利用人體固有的生理特征或行為特征鑒別個人身份。生物識別技術具有不易遺忘和丟失，不易偽造和被盜，可以“隨身攜帶”，隨時隨地使用等優點，已經被全世界所關注，并應用于身份、出入口管理，安防監控，電子商務、電子政務等各個領域。

    生物識別包括指紋識別、虹膜識別、人臉識別、掌紋識別、靜脈識別、聲音識別、簽名識別、筆跡識別、手形識別及多種生物特征綜合識別等多種類，已經有成熟的產品并有了一定的市場應用[1]。

    縱觀生物識別技術的發展史，20世紀60年代末，美國有人提出用計算機圖像處理和模式識別方法進行指紋分析以代替人工對比，這就是指紋識別技術。從20世紀90年代起，掌形識別、臉部識別、虹膜識別的產品紛紛走向市場，每種技術都有各自的優缺點，占據一定的市場份額[2]。

圖1.1日立制作所指靜脈門禁系統

    2002年，由日立制作所研制的指靜脈生物產品發布，這是生物領域的一項全新技術。指靜脈技術通過對手指中靜脈圖像進行活體識別來達到目的，安全性高、識別率高、簡單宜用。這些優點使其迅速被市場認可。指靜脈識別技術被廣泛應用于金融系統、門禁系統、電腦安全等領域。

    2007年夏天，日立制作所又向全球推出最新的非接觸式小型“指靜脈設備”及軟件開發套件（SDK），為信息安全提供了一個新型解決方案。 

     2 指靜脈系統原理

    手指靜脈是一種新的生物特征識別技術，它利用手指內的靜脈分布圖像來進行身份識別。醫學研究證明，手指靜脈的形狀具有唯一性和穩定性，即每個人的手指靜脈圖像都不相同，同一個人不同的手指的靜脈圖像也不相同；健康成年人的靜脈形狀不再發生變化[3][4]。這就為指靜脈提供了醫學依據。

圖2.1   指靜脈流程圖

     圖2.1為手指靜脈系統的流程圖。分以下四個步驟：

    （1）靜脈掃描：LED在手指一方發射近紅外線，透射手指，在手指另一方，照相機拍攝靜脈圖像；

 （2）圖像校正：調整圖像的位置和角度，使其符合規格；

 （3）特征提?。焊鶕陨系玫降膱D像，提取靜脈分布圖像，得到特征圖；
 

 圖2.2 靜脈分布圖提取
 

    （4）圖像對比與匹配：將以上得到的特征圖與數據庫中的原始模版進行比較，計算相關性。如果相匹配則通過，不匹配則被拒絕。

    3 指靜脈相對于其他生物識別的優點

    現有的生物主要有指紋識別、虹膜識別、面部識別技術、簽名識別技術、聲音識別技術、掌形識別技術、指靜脈識別技術、掌靜脈識別技術等，這些識別技術都已經很成熟，并走向市場。生物具有其固有的優點，但對每種識別又分別有其優缺點。

    作為一種安全性高，使用方便的方式，手指靜脈技術有如下一些區別于其它生物技術的突出特點：

    （1）安全性高

    前面已經介紹到，手指靜脈系統的原理是匹配手指內部靜脈的紋路圖。因為靜脈血管是隱藏在手指內部的，因此極難復制和盜取，與別的利用人體體外特征進行的技術相比較，這種方式的安全性更高。同時，靜脈能感知手指內的血液流動和血壓情況，能夠在識別的過程同時進行活體檢測。

    （2）準確率高

    因為采樣樣本是在人體內部，所以匹配過程中受到外界的干擾非常小。手指靜脈的準確性很高，根據嚴格的醫學證明和數學統計，FRR（拒真率）小于0.01%，FAR（認假率）小于0.0001%，FTE（登錄失?。?%。

 

    （3） 唯一性

    根據醫學證明，不同人之間的手指靜脈分布完全不同，左手和右手的靜脈分布也不同，就算是雙胞胎的相同手指，其中的靜脈分布也是不同的。而且手指靜脈的紋路分布在成年后是不會變化的[4]。對于未成年人，當他們手指靜脈隨著年齡的增長變化后，只需要花30秒就可以完成重新的注冊登記。

    （4）非接觸式

    相對于某些生物識別技術，手指靜脈認識技術是非接觸式的，在公共場合會比較衛生。

    （5） 樣本文件小

    由于手指的靜脈血管相對穩定并且很容易拍攝下來，因此使用低分辨率的攝像頭就可以達到取樣要求。這樣生成的靜脈模板文件小，匹配速度快。

    4 指靜脈在門禁系統的應用與展望

    門禁系統的歷史由來已久，人類幾千年來僅僅依靠機械裝置與鑰匙來進行出入管理，而無論這種結構設計得怎樣精妙與堅固，總能夠通過各種手段打開。而且如果一套系統中有一人將鑰匙丟失的話，出于安全的考慮，系統管理人員不得不更換所有人的鑰匙與門鎖，這就是個非常。

 

    后來出現了磁卡門禁系統，克服了以上的困難，管理人員可以方便地注銷丟失的磁卡。但是磁卡本身容易被復制，磨損度高，而且容易消磁，可靠性和準確性差。

    目前廣泛應用的非接觸IC卡解決了以上的問題，不但不容易磨損，某些高檔的IC卡還提供用戶信息加密的功能，極難復制。但是用戶也必須隨身攜帶IC卡，給使用帶來不便。

    隨著近代生物技術的發展，現代化安全防范系統要求原始的使用鑰匙或卡片的門禁系統轉化為以人體特征為基礎的高安全性、高可靠性的系統。指靜脈由于其安全性高、準確率高、唯一性、非接觸等優點被廣泛應用于門禁安全領域，為從辦公環境到安居環境提供了一個理想的安全解決方案。

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    （1）員工需要隨身攜帶IC卡片，可能發生丟失、損壞的情況；

    （2）對于大型公司或者工廠，在人數上千人的情況下，需要為每位員工配備IC卡片，這將提高系統的成本和工作流程繁鎖程度；

    （3） 由于IC卡并不是與人體生物特征相互依存，因此會經常出現員工代打卡的情況，對公司、工廠的管理造成混亂。

    應用了生物技術的門禁系統更方便員工使用，不需要員工使用或攜帶額外的標志，比如密碼、IC卡等。

    指紋技術最早應用于門禁系統，但是指紋識別方式本身存在比較嚴重的安全隱患，這種暴露在人體外部的生物特征比較容易被復制，另外在公司這樣用戶比較多的場合，接觸式的指紋方式并不符合衛生要求。而應用了手指靜脈技術的門禁系統相對于指紋技術來講，使用更加方便、衛生，更加人性化。

    目前也有些企業重要部門應用了虹膜識別技術，我們知道這種技術和手指靜脈一樣，是隱藏在人體內部的生物特征，因此極難復制，并且不容易受外界影響。但是虹膜識別系統要求對人的眼球掃描，會讓用戶的內心存在一定的抗拒感，同時戴眼鏡的用戶也不太方便使用。

    在實際的使用環境中，手指靜脈系統能夠和企業安防系統以及考勤系統相結合，詳細記錄員工出入管理日志，可按照不同的查詢條件查詢，并在發生危險的時候報警。

    日立制作所的手指靜脈系統還具備雙重功能，只有不同兩人的不同手指先后通過，才有權限進入安全級別要求更高的場所。這將是高端企業比較好的安全解決方案。
 

圖 4.1 手靜靜脈系統應用于企業門禁管理

    4.2 應用于公共場所

    隨著社會的發展和生活節奏的加快，像地鐵出入口，辦公樓大廳，圖書館等公共場所的人流量越來越大，控制這些場所的正常運行和安全成為管理機構的重要任務。在這些場所的人數比在某個企業的員工數量大許多，使用IC卡片式的出入管理裝置將是低率和不安全的做法。方便快捷的生物識別技術將是比較適合這些公共場所的生物識別技術。

    手指靜脈在新加坡的日立塔已經得到應用，這座寫字樓有近2000名各公司員工。在上下班的高峰期，快速的手指靜脈系統解決了擁堵的現象，并且將日立塔提升為高安全性的公共場所。

 

圖4.2 新加坡日立塔手指靜脈門禁系統

    4.3 應用于智能樓宇系統

    最近幾年，中國的房地產市場飛速發展，人們對住宅的要求也越來越高，期望一種舒心、便利，同時更安全的居住條件。智能樓宇技術應運而生，它融合了通信網絡技術、計算機技術、自動控制技術、安全技術等。

    在人們在享受高科技帶來的高質量生活的同時，居住環境的安全成為這一切的根本。目前某些高檔住宅已經使用IC卡控制電子鎖。但是往往出現老人和小孩忘記攜帶卡片的情況，造成生活上的不便。使用IC卡也容易被另有用心之人復制或者盜竊，造成財產的損失和人身的安全。

    而應用了手指靜脈系統的智能樓宇系統，能夠給住戶帶來更加方便和安全的居住體驗。主人回家只需要輕輕將手指插入靜脈系統。系統就能夠驗證有效性，并記錄出入日志。更進一步，日立手指靜脈系統能夠和智能樓宇系統中的電梯聯動。當用戶在大堂門插入手指通過的瞬間，電梯將會自動降到一樓，并在住戶進入電梯的時候，根據手指靜脈系統數據庫的記錄，自動運行到用戶所在樓層。而整個過程中，住戶不用按任何按鈕，能夠方便快捷地回到家，這將是一種全新的生活體驗。
 

圖4.3 手指靜脈系統應用于智能住宅

    與智能住宅系統類似，將手指靜脈系統應用于酒店管理也將會是非常方便，并且能夠提升酒店檔次的安全解決方案。

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    參考文獻：

    [1] 詹小四. 生物認證-人類未來身份認證的主要方式. 阜陽師范學院學報: 自然科學版. 2004年 21卷 2期
    [2] 張麗, 趙洋. 身份認證技術的研究與安全性分析. 計算機與現代化. 2007年, 5期
    [3] Finger Vein Authentication: White Paper. Hitachi Ltd.
    [4] Takashi Yanagawa,Satoshi Aoki,Tetsuji Ohyama. Human finger vein images are diverse and its patterns are useful for personal identification. Faculty of Mathematics Kyushu University Fukuoka, JAPAN