隨著現代模式識別技術的發展，模式識別技術中的壹些具體的分枝技術逐漸成熟起來，有不少已經達到了可以投入應用的程度，當然這種應用目前大多數仍然是出於限定環境條件下的應用。本文介紹模式識別專業方向的壹個子分枝――生物特征識別技術及其在金融行業的應用並加以分析比較。
2. 生物特征識別技術分類
所謂生物識別技術就是：通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性，（如指紋、臉像、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態等）來進行個人身份的鑒定。傳統的身份鑒定方法采用身份標識物品（如鑰匙、證件、ATM卡等）和身份標識知識（如用戶名和密碼），但由於主要借助體外物，壹旦證明身份的標識物品和標識知識被盜或遺忘，其身份就容易被他人冒充或取代。
生物識別技術比傳統的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識別技術具備不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身"攜帶"和隨時隨地可用等優點。生物識別技術可廣泛用於政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務、安全防務。例如，壹位儲戶走進了銀行，他既沒帶銀行卡，也沒有回憶密碼就徑直提款，當他在提款機上提款時，壹臺攝像機對該用戶的眼睛掃描，然後迅速而準確地完成了用戶身份鑒定並辦理業務。這是美國德克薩斯洲聯合銀行的壹個營業部中發生的壹個真實的鏡頭。而該營業部所使用的正是現代生物識別技術中的"虹膜識別系統".目前國內外正在研究的相關技術可以劃分為下面這七個具體技術：人臉識別、虹膜識別、指紋識別、掌紋識別、靜脈識別、聲音識別、筆跡識別、行為識別、視頻監督。
這七項技術中的前六項都屬於身份認證範疇，也就是為了驗證這個人或者物體是誰。從行為識別衍生出來另外的壹個分支為視頻監督，這是壹種輔助身份驗證手段，但是，卻發現了它還有超越身份認證以外更大的用處，因此，就逐漸被獨立出來。
2 指紋識別技術的優點 ：
1、 實用性強：指紋樣本便於獲取，易於開發識別系統。
2、 可靠性易於增加：可以通過登記更多的指紋，鑒別更多的手指來提高其準確度。
3、 方便性好：掃描指紋的速度很快，使用非常方便；
4、 應用廣泛：指紋識別技術占領了大部份市場。
5、 指紋識別產品性價比較好：指紋采集頭更加小型化，並且價格低廉。
7、 附著物（眼鏡、胡須）的影響。
8、 照（攝）相機的變化：同壹人使用不同的照（攝）相機拍攝的圖像是不同的。
測量人臉識別的主要性能指標有：1、 誤識率（False Accept Rate）：這是將其他人誤作指定人員的概率；2、 拒識率（False Reject Rate）：這是將指定人員誤作其它人員的概率。
計算機在判別時采用的閾值不同這兩個指標也不同。壹般情況下，誤識率FAR隨閾值的增大（放寬條件）而增大，拒識率FRR隨閾值的增大而減小。因此，可以采用錯誤率（Equal Error Rate；ERR）作為性能指標，這是調節閾值，使這FAR和FRR兩個指標相等時的FAR 或FRR.人臉識別相對於其他生物特征識別技術具有壹個最明顯的優勢是後驗很容易。基本上通過人眼來判斷就可以驗證對這個人身份認證是否有錯誤，而其他技術都不可能通過如此簡單的方法進行判斷，基本上都需要專家和專用設備的配合才能做到。
2.2 虹膜識別據臨床醫學觀察，虹膜位於眼角膜之後、水晶體之前，虹膜具有獨特的結構，其顏色因含色素的多少與分布不同而異，並且這種獨特的虹膜結構具有很好的穩定性。目前，主流的虹膜識別系統應用是：系統使用單色電視和攝像技術與軟件相結合的視頻方法獲取虹膜數字化信息，驗證時掃入的信息與預先存入的樣板信息進行比對，以做出身份鑒定。
虹膜識別技術的優點：
1、 生物特征的采集較為方便。
2、 準確性較高：據統計，到目前為止，虹膜識別的錯誤率是各種生物特征識別中最低的。
虹膜識別技術的缺點：
1、 應用普及程序較低：虹膜識別系統已經進行了許多測試，但還沒有更大規模的應用。
2、 成本較高：很難將圖像獲取設備的尺寸小型化；同時需要昂貴的攝像頭。
在虹膜識別技術的研究方面，中科院自動化所模式識別國家重點實驗室的研究技術處於國際領先水平，他們不僅在軟件算法上具有國際領先地位，同時還可以自行設計制造虹膜識別設備，這在全世界的虹膜識別領域都是絕無僅有的。他們甚至在2004年就已經做成了手持式的微型虹膜采集設備，同時極大的降低了虹膜設備的硬件成本。2006年他們在研究遠距離（三米以上）虹膜采集設備上也有了較大的突破，如果這項研究成功，虹膜識別就可以方面的進行遠距離無幹擾的采集，而不需要現在這種高精度的對準要求了。
2.3 指紋識別指紋是指手指末端正面皮膚上凹凸不平產生的紋路。醫學證明，這些紋路在圖案、斷點和交叉點是各不相同的，具有唯壹性和永久性。目前，主流的指紋識別系統應用是：用戶把單指放在棱鏡面上或玻璃板上，通過CCD傳感器件進行掃描。獲得的指紋圖像被數字化和處理分析並被最終提取為可以接受的指紋數字特征信息，再存貯到存儲器上或卡上作為參照樣板，使用時通過指紋讀取器掃入的信息與樣板信息進行對比，做出身份鑒定。
指紋識別技術的優點 ：
1、 實用性強：指紋樣本便於獲取，易於開發識別系統。
2、 可靠性易於增加：可以通過登記更多的指紋，鑒別更多的手指來提高其準確度。
3、 方便性好：掃描指紋的速度很快，使用非常方便；
4、 應用廣泛：指紋識別技術占領了大部份市場。
5、 指紋識別產品性價比較好：指紋采集頭更加小型化，並且價格低廉。
指紋識別技術的缺點 ：
1、 指紋的廣泛性較差：個別人或某些群體的指紋因為指紋特征很少，成像很難，對該技術的應用有壹定影響。
2、 用戶接受性較差：過去因為在犯罪記錄中使用指紋，使用戶在使用上存在壹定心理障礙。
2.4 掌紋識別手掌幾何學是基於這樣壹個事實：幾乎每個人的手的形狀都是不同的，而且這個手的形狀在人達到壹定年齡之後就不再發生顯著變化。當用戶把他的手放在手形讀取器上時，壹個手的三維圖像就被捕捉下來，然後可以對手指和指關節的形狀和長度進行測量及比對。
根據用來識別人的數據不同，手形讀取技術可劃分為下列三種範疇：手中血管的模式，手掌以及手指的幾何分析。映射出手的不同特征是相當簡單的，不會產生大量數據集。但是，即使有了相當數量的記錄，手掌幾何學不壹定能夠將人區分開來，這是因為手的特征是很相似的。與其他生物識別方法相比較，手掌幾何學不能獲得最高程度的準確度。當數據庫持續增大時，也就需要在數量上增加手的明顯特征來清楚地將人與模板進行辨認和比較。
2.5 靜脈識別靜脈識別是最近兩年才興起的壹項新技術，在這項技術中主要研究的是人手部附近的靜脈流向分布圖來進行身份認證識別的技術。它壹般采用紅外CCD攝像頭采集靜脈圖，當識別系統通過紅外CCD攝像頭獲取手背靜脈的圖像時，每個靜脈圖像的特征碼就會被存儲下來。然後實現現場使用者的靜脈圖與存儲的靜脈圖特征碼比對和反饋結果。
靜脈識別系統的特點：
1、 靜脈識別系統取決於手背的狀態。
2、 即使手背有輕微的改變，靜脈識別系統識別都會受到影響。
3、 若使用者有關節炎或風濕病，不能使用靜脈識別系統。
4、 接觸此系統，可最大限度使您感覺舒適方便。此系統識別在濕度，汗水，汙物，筆痕和小損傷方面優於其他生物識別系統。
由於其技術與指紋識別很接近，所使用的範圍和應用環境也相似，於是很多指紋識別公司將其作為新的可替代更新技術來進行推廣和應用。
2.6 聲音識別人的生理、心理和行為特征等語音參數會反映在人的語音波形中，人的聲音頻譜包括曲線的時間變化和驅動聲源的特征各不相同。可以提取出不同人語音變化很大而同壹人語音變化很小的特征來進行分析、對比、識別。目前，主流的聲音識別系統應用是：通過話筒錄入人的聲音，通過數字信號處理器數字化和軟件壓縮，提取出聲音圖像信息保存在數據庫中，應用時將即時采集的聲音與數據庫中的特征信息進行匹配，做出身份鑒定。
聲音識別技術的優點：
1、 聲音識別是壹種非接觸的識別技術，用戶可以很自然地接受。
2、 聲音識別技術具有較好的方便性、經濟性和準確性。
聲音識別技術的缺點 ：
1、 精確度較低：聲音因為變化的範圍太大，很難進行精確的匹配。
2、 技術復雜度較高：聲音的音量、速度和音質會受壹定條件（如感冒）的影響，需增加系統功能以適應該變化。
3、 成本較高：聲音采集設備（如高保真的麥克風）是很昂貴的。
2.7 筆跡識別字如其人，中國人寫字講究書法，人們選擇了自己青睞的書法風格後，又融入自己的書寫特點，因而小到壹個字的間架結構，大到整篇文章的縱橫布局，每個人都有自己的運筆習慣和格式規劃；筆跡已成為人們進行身份鑒別的重要手段之壹。目前，主流的筆跡（簽名）識別系統應用是：系統通過使用有線筆、靈敏的圖形輸入板提取簽字的動態過程信息特征，通過區分簽字的習慣部分和幾乎每次簽字都有所變化的變動部分信息特征來確定簽字人的真實身份。
筆跡識別技術的優點 ：較好的接受性：使用筆跡識別是壹種公認的身份識別的技術。易於大眾接受。
筆跡識別技術的缺點：1、 技術復雜度較高：隨著人的性情與生活方式的改變，簽名也會隨著改變，需增加系統功能以適應該變化。
2、 價格較高：用於簽名的手寫板結構復雜而且價格昂貴。
2.8 行為識別行為識別技術是對物體實現監測、分類、跟蹤和計數的壹種視頻分析系統。行為識別技術是根據壹定規則來分析和判斷，從而可設置對特定行為報警。
行為識別是建立在某些專利技術的基礎上的視頻技術，分別介紹如下：1、 智能視頻識別：壹個視頻圖像算法家族，可以用來檢測和補償環境和攝像機引起的壹系列變化：攝像穩定性、背景識別、透視準確性、自適應限度、陰影的忽略、PTZ攝像機的控制。
2、 目標分割：引擎能將目標物從背景中準確的分割出來，忽略非目標物的變化，比如樹木的移動和光線的改變。也能將目標群分割成單個的目標。
3、 軌跡跟蹤：檢測到目標物超過壹定時限就建立目標的行動、軌跡和速度函數，以便於對物的尺寸、數量和形狀的測定更準確。所顯示目標物軌跡實時更新，以便識別入侵者的入侵方向入侵後的路徑。
4、 目標檢測：主要是對目標的位置、尺寸和形狀的判斷和非目標物的高精度過濾。
5、 行為識別：應用壹定的規則識別目標的位置、速度和方向；此外，也可以判斷目標的數量。
6、 高效開發工具：開發了並行運行模式和高級中央處理器的多媒體指令集，給出了業界最高的性價比。
2.9 視頻監督視頻監督在傳統稱謂上稱之為智能視頻監控技術。
智能視頻監控技術的應用除了運動目標檢測等基本技術，還必須結合其它算法和技術。在智能視頻分析中，圖像分割和運動目標檢測是基本問題，近年來圍繞這些問題進行了很多研究，但是他們仍然是具有挑戰性的課題，需要解決的核心技術問題有運動模糊、背景差方法中光線的變化、實時性要求、遮擋問題等。
早期的鏡頭分割算法是在像素域上進行的，但是這種方法對於像素的快速運動非常敏感，導致了大量的誤檢。後來發展的基於幀間直方圖差的鏡頭分割算法，因為其算法復雜度低，鏡頭分割效果好，成為目前大受歡迎的方法。
運動目標檢測和跟蹤是事件檢測、行為識別、視頻圖像的壓縮編碼和語義索引等自動或者半自動視頻監控高層應用的基礎。目前，運動目標檢測的方法有：時態差分法（temporal differencing），背景差法（Background subtraction）和基於光流的方法（optical flow）等。
背景差的方法是基於灰度的壹種運動目標的檢測方法，常用基於特征的方法。基於特征的檢測是依據圖像的特征（點，線，矩）或由特征組成的模型（多邊形，多面體）來檢測運動目標。它多用於目標較大，特征容易提取，或具有匹配用標準目標模型庫的場合。背景差法可以提取非常完整的目標，但容易受到光照等引起的背景變化的影響。近年來壹些統計的方法被引入來實現背景建模和背景剔除，極大地增強了背景差法對光照變化和陰影等噪聲的魯棒性。根據模型特征進行背景建模有很多種方法，其中基於像素強度的統計模型建模可以適應漸變的光照，但對突變的光照則存在問題。卡爾曼濾波器作為壹種簡單易行的方法已被廣泛應用於目標跟蹤。
紋理分析基於光流場和運動參數估計，是另外壹種常用的運動區域檢測算法，但由於孔徑和遮擋問題，光流的可靠性比較差。基於貝葉斯概率統計的運動分割方法可同時進行分割和運動估計，效果較好，但是計算復雜，計算量大，不適於實時處理。
現今國內外主要有兩種數字視頻監控系統，壹種是以數字錄像設備為核心的視頻監控系統，另壹種是以嵌入式智能視頻監控系統。嵌入方式的視頻監控系統是以應用為中心，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。數字信號處理器（DSP）是將數字信號進行高速實時處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10-50倍，在視頻監控系統中已經廣泛應用。前端壹體化、視頻數字化、監控網絡化、系統集成化是智能視頻監控系統的發展方向，數字化和網絡化是智能視頻監控發展的主要特點。
3. 生物特征識別技術應用現狀
針對生物特征識別技術的特點來進行分析，可以看到幾乎所有的生物特征識別技術的應用對象都是相似的，應用環境上也只是略有差異而已。但是，由於技術間的差異和技術發展的情況不同，所以，不同的技術就產生了各自不同的特定應用場景。這裏可以劃分成下面的幾個方面：1、 先驗性防禦認證：用於門禁，通道管理、銀行取款ATM機等方面的應用；2、 後驗性分析識別：事情發生後根據現場獲取的特征信息進行分析驗證的方式，諸如警方對案發現場的指紋、DNA收集與分析；3、 現場行為分析：根據運動物體行為和周邊物體對象的屬性進行分析，得到對物體行為的判斷和分析結果，諸如道路交通事故分析，車輛闖紅燈違章變道，監獄禁區報警等行為的判斷。
3.1 銀行ATM應用分析鑒於生物特征識別技術在金融行業應用上北京市已經準備在銀行ATM上應用人臉識別分析。我們先從人臉識別技術談起。
ATM上采用人臉識別技術壹般情況下流程分為兩種應用形式：采用人臉識別作為身份認證手段（屬於先驗性防禦認證）：人接近ATM設備插卡，輸入密碼期間攝像頭拍下人臉正面照片，照片傳送回服務器端進行對比驗證並傳回信息到ATM，然後ATM系統同時進行密碼判斷決定是否進行後續操作。采用人臉作為數據收集手段（屬於後驗性分析識別）：人接近ATM設備插卡，輸入密碼期間攝像頭拍下人臉正面照片，照片傳送回服務器端進行存儲，ATM系統進行密碼判斷後執行正常操作。
壹般情況下，作為曾經研發過人臉識別技術的技術人員和對國內外相關技術、設備的了解，我們建議人臉識別來進行相關金融ATM設備認證的時候主要采用人臉作為數據收集手段，也就是上面的第二種形式。這是因為ATM設備的應用環境特點決定的。ATM設備應用環境特點如下：1、 用戶數量眾多由於目前的人臉識別技術還很少進行過大數據量真實人臉數據的對比實驗，而目前進行過的數據實驗都是實驗室環境下采集的，采集的周邊環境相對穩定，人臉的角度和配合程度都較高，所以，不能作為現有的實際環境應用的實際數據參考。
2、 大部分都在室外和少量遮擋的位置工作人臉識別技術對於光線的要求是相對比較苛刻的，尤其是可見光下的人臉識別技術更是如此。單單光源的不同，諸如光源方向、大小、形狀、色溫、遠近、光強等因素就能讓采集到的人臉圖像具有多種不同的差異讓人臉出現壹人千面的效果，使得識別系統出現誤識。而室外的光線條件過於復雜，尤其是太陽光譜會覆蓋到所有的可見光與不可見光，因此室外的人臉識別設備的研究壹直處在不可能實現的狀態下。
3.2 生物特征識別技術特點分析而采用其他識別技術都只能完全依靠於識別設備自身的判斷進行，不可能通過壹般的銀行或者金融行業的從業人員進行直接的判斷。這裏我們可以排列壹下相關技術可能出現的壹些問題：1、 虹膜識別：準確度最高的生物特征識別技術，但要求的對準精度較高，另外當人生病吃藥的時候，會因為藥物作用使得虹膜在壹定時間內發生改變。
2、 指紋識別：手指因為油汙或者自身分泌物等都可能造成指紋識別設備無法識別的問題發生。
3、 掌紋識別：手掌的面積較大，雖然準確度比指紋高出很多，甚至宣稱接近虹膜識別，但也會出現與指紋相似的問題。其設備也要比指紋識別設備大出很多。
4、 靜脈識別：即使手背有輕微的改變，靜脈識別系統識別都會受到影響。若使用者有關節炎或風濕病，則不能使用靜脈識別系統。
5、 聲音識別：生病，尤其是咽喉病癥都會使得聲帶發生變化而無法識別。同時很容易被磁帶等錄音設備上的錄音欺騙。
6、 筆跡識別：會因為人的心情和年齡變化而發生變化，經過短期特殊的訓練也會改變人的筆跡習慣。
7、 行為識別：目前識別準確率最低的識別技術，由於受到影響的因素太多，還沒有達到實驗室可用的程度，更不用說商用的程度了。
3.3 智能視頻監控技術上面我們分析了生物特征識別在認證技術上的應用分類，這裏我們要進行智能視頻監控這個輔助身份驗證手段的分析。
目前已經成熟的智能視頻監控技術可以針對物體的行為進行壹些分析，這個行為分析目前還做不到諸如打架鬥毆這種細節行為的分析，但是對於物體整體行為的分析已經可以做到，比如物體的形式軌跡，顏色，形狀，行駛速度，速度變化，體積。通過對這些分析數據的使用我們可以做到如下壹些功能：1、 禁區報警：在銀行的金庫和壹些需要限制人進入的區域使用。當有人沒有正常通過身份認證進入這個區域的時候，系統自動報警，並將相關圖像視頻數據保存作為證據或者啟動相關抓拍設備進行細節抓拍和分析。
2、 方向控制：在金融管理中心和周界範圍內監控所有物體的移動方向，在特定時間內，諸如夜晚或者特定的警戒時間，應該不會有人進入或者接近保密機構或者相關設施，如果有人接近這些保密機構或者相關設施，系統就可以自動報警同時將相關圖像視頻數據保存作為證據或者啟動相關抓拍設備進行細節抓拍和分析。
3、 數量計算：智能視頻監控技術可以計算攝像頭覆蓋範圍內有多少移動的物體對象，這樣可以限制諸如進入金庫等區域的人數，當人數超過限制數量的時候，即使認證通過，門禁系統也不能啟動和開門。
通過這項技術的應用可以作為認證的輔助手段，也可以將認證設備作為本項技術的輔助手段實現全區域的安全控制。
3.4 金融行業可能的應用分析3.4.1 銀行ATM等外設獨立設備采用人臉識別技術進行人臉抓拍和輔助認證，但不要作為唯壹認證手段。采用智能視頻監控技術來獲取可能對ATM等設備產生破壞的行為和物體特征。
3.4.2 金庫等密閉空間采用人臉識別技術進行人臉抓拍和輔助認證，但不要作為唯壹認證手段，可以考慮配合其他生物特征識別技術進行***同認證，這樣就可以避免類似鑰匙和RFID卡丟失等可能帶來的威脅。人臉抓拍的圖像可以作為將來的後驗性技術。
采用智能視頻監控技術來進行門禁附近人數的計算，可以通過規則設定，諸如：在門禁附近多少米範圍內人數超過兩個，則門禁系統即使認證通過也不能開啟。
3.4.3 銀行營業廳對於待辦業務人員進入營業廳取排隊號的過程中獲取人臉圖像信息進行分析，可以對壹些VIP客戶提供壹些特殊的優先服務，同時也可以在該人到服務窗口辦理業務時進行圖像獲取同時進行兩者對比後，就可以得到辦理業務人員是否與取號者同為壹人，同時這兩個人是否是這張卡的所有者，以避免因為銀行卡丟失造成客戶的重大損失。
4. 金融行業應用方案分析
這裏我們按照技術控制區域的大小進行分類分析，基本上可以將生物特征識別技術的應用範圍劃分為以點為主的出入口控制和以面為主的區域控制。
4.1 出入口控制在出入口控制方面主要指門禁，諸如銀行的金庫門，重要場所的通道等需要進行身份認證的關鍵點。出入口控制分為壹般出入口控制系統和重要出入口控制系統兩個方面進行系統架構分析。
4.1.1 壹般出入口控制壹般出入口控制是諸如車庫門，園區大門，壹般辦公室門或者壹些不太重要的出入口的管理。在這些場景下可以考慮采用人臉識別輔助相關的其他高精度認證技術（諸如虹膜識別或者RFID卡）來進行身份認證，同時采用智能視頻監控技術和DVR設備輔助記錄進入人員的行為提供輔助認證分析和後續分析的基礎數據。
4.1.2 重要出入口控制重要出入口是諸如檔案室，金庫，財務室，總經理室等重要核心機構出入口的管理。在這種場景下可以采用最完整的認證與分析系統：采用人臉識別輔助相關的其他高精度認證技術（諸如虹膜識別或者RFID卡）來進行身份認證，同時采用智能視頻監控技術對來人人數和相關信息進行控制性管理實現身份認證與安全警報的連鎖管理，避免因為人員被脅迫或的因外部人員闖入而發生的意外事件。可以說，這樣的出入口控制系統基本上是無懈可擊的。
4.2 區域安全管理所有的出入口控制技術都是整個區域安全管理的組成部分，而區域的安全管理才是保障金融行業相關組織機構能夠安全穩定運行而不發生意外事件的有效措施，這裏我們就要提供壹套我們認為行之有效的區域安全管理措施。
針對區域安全管理，建議采用樓宇/社區整體監控配合出入口控制實現區域整體智能控制管理系統。
這個系統我們采用多種生物特征識別技術配合實現：1、 對於圍墻和非正常通行通道，通過智能視頻監控技術進行監視，並將所有的異常情況記錄和及時報警；2、 對於大門和出入口采用4.1節中提到的兩種形式進行安全防禦；3、 對於所有進入區域的物體采用攝像頭融合技術進行全程跟蹤記錄的方式，標記所有物體的移動軌跡和行為，發生異常情況時就立刻對相關可意物體的產生來源進行逆向查詢，這樣就可以避免事態的進壹步惡化，同時將可疑物體直接控制起來；4、 每壹個攝像頭都會有壹個本地圖像視頻存儲空間和壹個在機房的集中存儲空間；5、 通過智能視頻監控技術可以極大的減少DVR存儲的視頻圖像的時長和所占用的空間，有效地提高設備的利用率，使得後續對問題的分析具有更強的針對性和可操作性；6、 整個系統的弱點主要在於用電問題，如果電路被中斷，則整個系統就無法運行了。
上面就是我們認為更為實用可行的區域安全控制體系，其中所采用的相關技術都已經成熟，並且可以直接投入實用之中。
作者簡介：白慧冬，筆名青潤，獨立軟件技術咨詢師，《軟件工程之全程建模實現》壹書作者。曾作為國內某研究所高級軟件架構師/高級項目經理參與生物特征識別技術產品的研發、管理與規劃。