指靜脈識別技術的最新發(fā)展與應用

　　【摘要】指靜脈識別技術是一種新的生物特征活體識別技術，其原理是基于人類手指中流動的血液可吸收特定波長的光線，使用特定波長光線對手指進行照射，從而得到手指靜脈的清晰圖像，利用這一固有的科學特征將獲取的影像進行分析、處理，進而得到手指靜脈的生物特征，再將得到的手指靜脈特征信息與事先注冊的手指靜脈特征進行比對就可以確認登錄者的身份。

　　由于指靜脈隱藏在身體內部，被復制或者盜用的機會很小，使用者心理抗拒性低，受生理和環(huán)境因素的影響小，克服了皮膚干燥、油污、灰塵、皮膚表面異常等因素，原始手指靜脈影像從被捕獲到數(shù)字化處理整個過程不到1秒，具有較高的準確識別率（認假率為0.0001%，拒真率為0.01%，注冊失敗率0%）等，因此指靜脈識別技術在安防領域中的高保密與高安全性場合有重要應用。

　　【關鍵詞】指靜脈識別? 指靜脈讀頭? 門禁控制器? 指靜脈門禁系統(tǒng)

　　引言

　　我們生活在一個密碼無處不在的時代，無論是國家、商業(yè)金融、企業(yè)門禁系統(tǒng)，還是個人用卡以及電腦登陸，密碼無疑是應用最為廣泛的安全保護方式。但這同時也是一個窺探、破解、盜用等問題泛濫的時代，即使越來越復雜的密碼讓人感覺安全，一個人面對太多密碼也會出現(xiàn)記憶混亂、遺忘等問題，由此催生出更具安全、保密和方便性的生物識別技術如人臉識別、虹膜識別、指紋識別等的出現(xiàn)。其中指紋識別應用雖然風頭正健但卻容易被仿冒和被盜，有的個體因為指紋特征很少或者在特殊的條件下如手指潮濕、破損等無法識別。因此人們希望一種保密性更好、可靠性更高更便捷的安全保密方式——手指靜脈識別技術應運而生，被業(yè)界稱為全球頂尖的生物識別技術。

　　醫(yī)學研究證明手指靜脈的形狀具有唯一性和穩(wěn)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(fā)生變化，這就為指靜脈提供了醫(yī)學依據(jù)。據(jù)公安部某研究所的專家團隊論證得出結論：指靜脈生物特征技術是目前最為安全、可靠的一種技術，將在很多領域成為主流的生物識別技術。

　　一、指靜脈門禁系統(tǒng)的技術原理

　　指靜脈門禁系統(tǒng)由前端（指靜脈讀頭）和后端（門禁控制器）構成，前端負責對獲取的影像錄入與收集，然后快速反饋給后端；后端控制器接收信息后進行分析、處理，給予指令結果從而指導前端執(zhí)行操作，是系統(tǒng)集成的大腦指揮中心，一個健康穩(wěn)定的后端對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全起到至關重要的作用。

　　1. 前端（指靜脈讀頭）的工作原理

　　人體靜脈中紅血球的血紅素是氧氣的還原血紅素，還原血紅素會吸收近紅外線，因此當近紅外線照射到手指時，只有靜脈部分才會有微弱的反射，從而形成靜脈紋路圖像，而使用特定波長光線對手指進行照射可得到手指靜脈的清晰圖像。利用這一固有的科學特征可對獲取的影像進行分析、處理，從而得到手指靜脈的生物特征。

　　指靜脈讀頭主要由外殼、安全模塊、紅外掃描器、錄入器和芯片為主構成，如圖1所示。
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圖1? 指靜脈頭示意圖

　　2. 后端（門禁控制器）的工作原理

　　門禁控制器是指靜脈門禁系統(tǒng)的指揮與存儲“大腦”，它的工作原理是無登錄狀態(tài)下全天候地對大量已存儲的指靜脈圖像信息進行安全保護，不因突然斷電或者黑客攻擊而丟失全部信息，在進行圖像錄入工作狀態(tài)下它能快速有效地進行1：n的比對分析信息，然后反饋給指靜脈讀頭具體操作指示，如果錄入正確執(zhí)行開門指令，如果錄入不正確或者是暴力拆除，控制器會拒絕開門。

　　門禁控制器構造主要由外殼、控制芯片等為主構成，如圖2所示。
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圖2? 后端門禁控制器

　　二、國內外指靜脈門禁產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀

　　目前，指靜脈核心技術廠商主要是以日立為首的日系品牌廠商及其在中國的代理銷售商或者是其借殼公司，都是日立核心保密技術分散形成的公司。日立是世界上較早掌握相關技術的廠商，2011年前才推出了成熟的產(chǎn)品，價格動輒幾萬元的指脈門禁控制器，甚至是幾十萬至上百萬的指脈門禁系統(tǒng)，在國內的應用僅限于銀行金庫、監(jiān)獄等高安全需求的高端場所，而高保密高機密等地方礙于日立等為國外日本技術都不敢應用。日立產(chǎn)品的使用及外觀都很成熟，產(chǎn)品的知名度很高，但產(chǎn)品自我體系較封閉，接口開放程度不高，軟件漢化過程不完整，使用不太適合國內習慣，市場反應不靈活，產(chǎn)品中規(guī)中矩，行業(yè)下游產(chǎn)品二次開發(fā)的范圍小，產(chǎn)品的價格極為昂貴，加之主要技術人員都在國外，如果遇到技術上的問題都必須通過其駐地辦事處或者自己通過英語或日語文件發(fā)送EMAIL至國外，等待他國的技術支持才能得到幫助。另一方面，在生物特征身份識別這種涉及隱私秘密的特殊領域，國內安全的等級要求越來越高，斯諾登事件以及不斷發(fā)生的國外竊取機密間諜事件提醒我們，對于安保產(chǎn)品采用國外技術開始變得越來越不再保險和安全，反倒成為安防的隱患。

　　國外核心技術在國內安防領域的應用存在涉密的根本問題，這也是日立的技術在國內并未被廣泛應用的一大原因。其他幾家應用日本或日立技術推出自己品牌的廠商在進入國內身份識別應用領域核心市場時也存在著同樣的問題。

　　國外技術價格高、應用難，可喜的是國內有些研發(fā)企業(yè)擁有了自主的指靜脈核心技術。國內從2005年就開始了手指靜脈技術的研發(fā)及實驗，目前產(chǎn)品的核心模塊已經(jīng)能夠落地應用，且價格能做到日本產(chǎn)品的三分之一，基本性能和使用體驗也更中國化，在某些方面還有明顯優(yōu)勢，更重要的是國內正在積極通過應用案例來完善從模塊到一體化門禁考勤、門鎖等全系列產(chǎn)品的應用升級，這讓我們看到了國貨精品——國內指靜脈技術有望掀起一場國內生物識別領域的高潮。

　　目前國內有部分廠家的靜脈產(chǎn)品都為一體機產(chǎn)品，功能比較單一，有的不能聯(lián)機使用，且安全性相對較低，一旦遭到破壞掉，就算觸動報警，門體等實際上已被打開，造成的損失已無法挽回。因此一體機只能用在安保等級相對較低的地方，但這種低等級靜脈產(chǎn)品性價比就會變得不高。

　　另外，嵌入式的高端電子鎖、門禁及利用指紋技術生產(chǎn)的鎖類、門禁考勤類產(chǎn)品已非常普遍，但指紋易被復制、部分人群應用不穩(wěn)定是長期困惑主流廠商的問題，相關產(chǎn)品市場接受度及產(chǎn)品利潤逐年降低，已形同雞肋。指靜脈技術在日本、臺灣、中東、拉美等海外市場都開始了大規(guī)模的商用，逐步替代了原有的指紋、虹膜等產(chǎn)品。國內多數(shù)安防產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)如電子鎖廠、門禁廠、集成商等已經(jīng)開始著手準備進行指靜脈配套技術二次開發(fā)及相關產(chǎn)品升級，成熟國產(chǎn)指靜脈核心技術的誕生將推動產(chǎn)業(yè)的升級，廣大民用和商用客戶也逐漸對指靜脈產(chǎn)品有了普遍的認知。

　　三、工業(yè)級高端指靜脈門禁系統(tǒng)的技術創(chuàng)新

　　目前，國內的指靜脈模塊化技術已經(jīng)成熟并量化，這為安防門禁領域廣泛應用提供了基礎性的支持。

　　首先，指靜脈門禁系統(tǒng)不等于產(chǎn)品的簡單集成，它是通過軟、硬件的匹配，協(xié)同系統(tǒng)化的解決體系。就安防行業(yè)來講，如果系統(tǒng)定位于服務高安全、高保密性的國家與商用級別，必須采用工業(yè)標準制造，并且不能僅僅嵌入到各種終端產(chǎn)品中，如門禁、考勤機、保險箱、汽車門鎖、打印機等這些只能用在民用級別或者保密度、安全度要求不高的企業(yè)，所以需要進行更高一級開發(fā)，使硬件上做到質量與功能安全，比如在電路板上如果不能真正做到物理式的隔離，一旦短路就會使CPU燒壞，這種自身都不安全的硬件產(chǎn)品是沒有市場的。

　　按照國家質量技術監(jiān)督局與公安部對安全技術防范產(chǎn)品的管理要求：實行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證制度、安全認證制度。未取得工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證的禁止生產(chǎn)和銷售，另外生物特征身份識別這種涉及隱私秘密的特殊領域，國外核心技術在國內安防領域的應用存在涉密的根本問題?；诖?，目前為止涉足高端門禁領域的廠家鳳毛麟角，值得一提的是北京嘉德恒安專門從事門禁高端領域開發(fā)應用已有十余年，通過不斷自我產(chǎn)品創(chuàng)新，技術攻關，創(chuàng)造中國夢，于近期開發(fā)出了針對國家與商用的高安全高保密性需求解決方案——恒安指靜脈門禁系統(tǒng)，填補了目前市場上的國產(chǎn)高端門禁空白。

　　嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)不僅技術獨創(chuàng)，而且從外觀結構設計、顏色以及材料元器件質量把控、功能應用以及系統(tǒng)化軟件設計等都做到了人性化與工業(yè)化材料的高品質高匹配要求。具有如下創(chuàng)新：

　　1. 前端（指靜脈讀頭）的技術創(chuàng)新

　　嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)的前端采用工業(yè)級材質，具有外觀結構專利，人性化操作設計，360°手指靜脈識別。由于指紋操作方式已經(jīng)成為人們的使用習慣，為了在不改變習慣的情況下提供安保系數(shù)，特意按照指紋的操作習慣來設計，使用簡便快捷，可實現(xiàn)1秒內快速反饋，如圖3所示。
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圖3? 嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)的前端

　　2. 后端（門禁控制器）的技術創(chuàng)新

　　嘉德恒安智能網(wǎng)絡門禁控制器融合了多項專利，采用獨創(chuàng)的存儲與提取技術、嵌入式技術、加密技術、網(wǎng)絡技術和智能技術，并根據(jù)不同的現(xiàn)場情況可以分別通過以太網(wǎng)或RS485兩種不同通訊方式，其中網(wǎng)絡通訊模式則基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡管理TCP/IP局域網(wǎng)結構為主干，并與終端保留RS485總線結構，且全部支持與第三方系統(tǒng)（智能安防平臺、OA、ERP等管理軟件）無縫銜接。該系列智能網(wǎng)絡門禁系統(tǒng)由單純的安全防范功能向更深層次和更廣泛的業(yè)務管理快速融合，使一卡通、一網(wǎng)通、一軟通、一庫通變成實現(xiàn)。具體如下：

　　單線加密設計創(chuàng)新：單條網(wǎng)線加密鑰設計可有效防止黑客攻擊，針對通訊數(shù)據(jù)采用加密模式，以確保通信的安全性。

　　物理式隔離技術：采用短路與斷電都不丟失數(shù)據(jù)優(yōu)化的多級防干擾處理，使板卡電路更加穩(wěn)定，做到真正物理式隔離。

　　采用全事件記錄方式：使門禁具有可追溯性，可以追查板卡開機工作、有效無效刷卡、密碼操作、出門按鈕記錄、控制鎖狀態(tài)的記錄、遠程通過軟件開關門記錄、遠程通過WEB服務器開關門記錄、門開關狀態(tài)記錄和劫持記錄等。

　　可靠的分布式事件日志備份技術：滾動存儲重復讀取，滾動存儲事件日志達到45萬條，存儲量更大。

　　操作簡便的用戶界面：多對多的授權方式，可任意設置查詢條件，自由組合數(shù)據(jù)導入導出項。

　　靈活個性的定制數(shù)據(jù)輸入與編輯窗口的元素項

　　針對二次開發(fā)預留兩路公共通訊接口以便連接設備

　　?多種模式兼容：在一個系統(tǒng)中通訊方式采用TCP/IP方式，支持接口WG26和WG34自適應發(fā)卡模式，發(fā)卡器發(fā)卡和門禁發(fā)卡并存。

　　其他產(chǎn)品特點：系統(tǒng)采用TCP/IP、RS485、CAN混合組網(wǎng)模式；超大容量控制器，離線脫機使用單機支持注冊用戶達3.2萬，事件日志存儲達45萬條；認證嚴格板載帶有身份認證的WEB服務器；用戶任意設置6～8位不定長個人密碼；管理便捷，可以在局域網(wǎng)內的任何一臺計算機按照管理職能賦予任意的管理權限。

　　3. 嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)的設計創(chuàng)新

　?。?）分體設計可抗暴力拆卸

　　嘉德恒安的手指靜脈產(chǎn)品采用分體結構，指靜脈識別器為外置讀頭使用，分析處理和控制門體報警等都在被保護區(qū)域，即使外置讀頭被破壞或拆除終端機后也不會打開門體，如圖4所示。識別器和控制器之間為無縫連接，省略了國外有些靜脈產(chǎn)品要在控制器和讀頭之間放置連接器、轉換器、通訊器等這些繁瑣的中間件。
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圖4? 分體設計

　?。?）操作軟件可兼容性

　　該系統(tǒng)可以兼容目前市場上的主流安防類軟件，只要給予共享即可，做到真正的有容乃大。

　　四、指靜脈識別技術未來的發(fā)展前景

　　目前來看，鑒于技術與成本的沖突，手指靜脈身份識別市場正處于市場爆發(fā)的臨界狀態(tài)，指靜脈技術一旦達到一定的量產(chǎn)與技術完善提升后，將會普遍推廣到民用領域，廣泛地應用在人們生活中的方方面面。目前所有廠商都很關心國產(chǎn)技術的價格，相關行業(yè)專家指出：在保證產(chǎn)品穩(wěn)定運行和保證優(yōu)良的識別率等品質的前提下，指靜脈其技術特性決定了目前需要采用高質量的元器件進行產(chǎn)品生產(chǎn)，除去核心算法，光主要元器件材料成本不會低于千元人民幣。國產(chǎn)核心技術產(chǎn)品市場價格目前已經(jīng)大幅下降，希望隨著更多廠家的投入和市場的增長能夠在未來進一步降低成本。相比國外產(chǎn)品動輒上萬元的售價，國內也有廠家推出了自有技術的指靜脈門禁，最終價格不到千元人民幣，但產(chǎn)品結構簡單，設計和做工也比較粗糙，產(chǎn)品外觀和國外比較相像，應用穩(wěn)定性差。但只有低價是遠遠不夠的，就像專家指出的，指靜脈門禁技術的特性目前是需要高性能高標準產(chǎn)品設計的支持的，如果只是把指紋產(chǎn)品包上了一個指靜脈技術的外殼，其本質可能還不如指紋的指標好。

　　目前，國家相關機構也在制訂并計劃實施相關的產(chǎn)品技術標準。相信通過國內有實力的核心技術及上下游廠商通力合作，中國指靜脈識別技術產(chǎn)品發(fā)展的前景廣闊，在國家大力推動產(chǎn)業(yè)升級科技創(chuàng)新的背景下，指靜脈技術的國產(chǎn)化必將推動相關產(chǎn)業(yè)的升級，我們也盼望著真正的高科技指靜脈產(chǎn)品能盡早普及，讓每個人都可以體驗忘記密碼、丟掉鑰匙的安全便捷生活。

　　我們相信2014年將是指靜脈技術在國內閃耀登場的一年，就像十幾年前人們紛紛丟下腰間的BP機換成手機一樣，指靜脈生物識別必然會大放異彩。

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