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指紋識別新技術可提取皮下3毫米生物信息
來源:千亿体育 作者(zhe): 發布時(shi)(shi)間: 2021-08-25

假指紋蒙混過關、指紋缺失識別困難?  

指紋識別新技術可提取皮下3毫米生物信息

利用3D打印技術、特制膠水等仿造指紋,從而破解手機、指紋鎖……類似的手法早已從銀幕被搬進現實。作為目前使用最廣的生物識別技術,指紋識別正面臨攻擊花樣繁多以及識別率有待提升這兩大挑戰。

近日,記者(zhe)從浙(zhe)江工業(ye)大(da)學(xue)獲悉,該校計算機科學(xue)與技術(shu)學(xue)院梁(liang)榮(rong)華教授團隊與公安(an)部(bu)第(di)一研(yan)究所合作,研(yan)發出了新一代手(shou)(shou)指(zhi)內部(bu)多模態(tai)生物特征(zheng)采(cai)集技術(shu)和相應儀(yi)器設備(bei),可獲得(de)手(shou)(shou)指(zhi)皮膚表面(mian)下(xia)(xia)1至3毫米深(shen)度的信息(xi)(xi),采(cai)集到(dao)包(bao)含(han)內部(bu)指(zhi)紋(wen)(wen)的高分辨率三維(wei)皮下(xia)(xia)結構信息(xi)(xi),既為(wei)指(zhi)紋(wen)(wen)識別安(an)全增加防御屏障(zhang),也解決了指(zhi)紋(wen)(wen)信息(xi)(xi)采(cai)集效果不佳等痛點。相關研(yan)究成果刊(kan)登于《IET圖像處理》。

采集三維信息 填補傳統技術漏洞

將手(shou)指放在(zai)(zai)指紋(wen)識別處,與(yu)之相(xiang)連的顯示屏隨即投映出集(ji)內(nei)外指紋(wen)及汗腺汗孔在(zai)(zai)內(nei)的立(li)體掃描(miao)影(ying)像——位于浙江工業大學智能(neng)感知與(yu)系統教育部(bu)工程研(yan)究中(zhong)心實驗室(shi)內(nei),記者看到了團隊研(yan)制的新(xin)型手(shou)部(bu)生物特征采集(ji)設備樣機。

指尖皮(pi)膚主要由表(biao)(biao)(biao)(biao)皮(pi)層(ceng)和(he)真(zhen)皮(pi)層(ceng)組(zu)成。表(biao)(biao)(biao)(biao)皮(pi)層(ceng)的(de)頂部(bu)是角質(zhi)層(ceng),其輪廓提供了外部(bu)指紋(wen)的(de)詳(xiang)細(xi)表(biao)(biao)(biao)(biao)示,而在角質(zhi)層(ceng)和(he)活(huo)性表(biao)(biao)(biao)(biao)皮(pi)層(ceng)之間存在著活(huo)表(biao)(biao)(biao)(biao)皮(pi)連接區(qu)域,該區(qu)域的(de)波(bo)動(dong)可(ke)代表(biao)(biao)(biao)(biao)人(ren)體的(de)指尖內部(bu)指紋(wen)。

“指尖(jian)內部指紋(wen)(wen)是外(wai)部指紋(wen)(wen)紋(wen)(wen)線(xian)的來源,不容易被(bei)破壞,可(ke)作為外(wai)部指紋(wen)(wen)的補充。”團(tuan)隊(dui)成員、浙江工業大學(xue)計算機科學(xue)與技術學(xue)院王(wang)海霞(xia)副教授介紹。

“現有(you)指紋采(cai)集(ji)/識(shi)別技(ji)術通過光(guang)線(xian)反射、電容傳感(gan)和(he)射頻等方式(shi)來獲取(qu)手指表面紋路(lu),對紋路(lu)進(jin)行圖形(xing)化處理,根據(ju)紋路(lu)特(te)征(zheng)信(xin)息進(jin)行對比,實現身(shen)份認證。”王海霞介紹,但是傳統方式(shi)采(cai)集(ji)的指紋只有(you)外部信(xin)息,很(hen)容易受到諸如灰塵(chen)、汗(han)水(shui)、疤痕、傷(shang)口等環境的影響,加之隨著人的年齡增長皮膚褶皺增多(duo),導致指紋質量(liang)及識(shi)別精度較差。

公安部統計數據(ju)顯示,我國有(you)5%的人口其(qi)表皮指紋(wen)無法識(shi)(shi)別。與此(ci)同(tong)時,指紋(wen)識(shi)(shi)別技術還面(mian)臨偽(wei)造(zao)攻擊的干擾,假指紋(wen)膜(mo)制造(zao)成(cheng)本低廉,工藝簡單,使(shi)得指紋(wen)識(shi)(shi)別的安全性大大降低。

2019年8月,央(yang)視《每周質量報告(gao)》對(dui)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)智能(neng)鎖(suo)進行檢測,28個品(pin)牌(pai)的(de)32款智能(neng)鎖(suo)可用假指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)膜解鎖(suo)。此外(wai),國外(wai)已有科研(yan)人員利用電子產品(pin)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)識別系統(tong)的(de)漏洞(dong),借助智能(neng)算法嘗試(shi)研(yan)究“萬能(neng)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)”。

“當今社會信(xin)(xin)息化技(ji)術(shu)(shu)快速發展,信(xin)(xin)息安(an)全與人(ren)身安(an)全已經(jing)成(cheng)為國(guo)家日益關(guan)注的(de)焦點(dian)問題。”王海霞表(biao)示,單(dan)一身體特(te)征(zheng)(zheng)或行為特(te)征(zheng)(zheng)有時不(bu)足(zu)以證(zheng)明個人(ren)身份,團(tuan)隊通過采(cai)集包含內部指(zhi)紋的(de)高分辨率三維皮下(xia)結(jie)構信(xin)(xin)息,運(yun)用人(ren)工智能技(ji)術(shu)(shu)對采(cai)集數據(ju)進行處理,成(cheng)功獲取(qu)皮下(xia)指(zhi)紋、皮下(xia)汗腺和汗孔等生物識別特(te)征(zheng)(zheng)。

王海霞(xia)介紹道,這些手(shou)指皮下(xia)生(sheng)物(wu)特征(zheng)的(de)優勢(shi)在于復雜的(de)皮膚(fu)內部組織結構(gou)特征(zheng)使得其偽造(zao)難度(du)極大,人(ren)工偽造(zao)的(de)指紋(wen)膜只具有表面指紋(wen)紋(wen)路,并(bing)不具有皮下(xia)指紋(wen)信息、汗腺等信息,可對傳統指紋(wen)識(shi)別技術(shu)存在的(de)缺陷進行填補。

攻克四項難點 研發智慧安防利器

“超(chao)聲波在(zai)組(zu)織(zhi)中的衰(shuai)減較強,還(huan)會(hui)受噪聲影(ying)響,對(dui)皮(pi)下(xia)指紋(wen)的探測深度有限(xian)且成(cheng)像分辨率不高。”王海霞介(jie)紹,由于(yu)皮(pi)下(xia)組(zu)織(zhi)結構的復雜性(xing),光(guang)波在(zai)其內部經過多次散(san)(san)射(she),會(hui)使得成(cheng)像中出現散(san)(san)斑。

記者了(le)解到(dao),研究初期,團隊(dui)總結了(le)大面(mian)積(ji)皮下(xia)生物特征(zheng)信息(xi)成像(xiang)、強散斑干擾(rao)下(xia)低質量信息(xi)增強、自(zi)適應(ying)角質層深度差異(yi)化提(ti)取、跨平臺下(xia)多模態特征(zheng)信息(xi)采集(ji)這四項技術難(nan)點。

通過將棱(leng)鏡、濾光片、熒光光源(yuan)、工業相機、光纖耦合器等器件精心設計組裝,團隊在全球(qiu)范圍內(nei)(nei)(nei)首次提出了一種分別利用全內(nei)(nei)(nei)反射(she)(TIR)和光學相干斷層掃描(OCT)同(tong)步采集(ji)外部指(zhi)紋(wen)和內(nei)(nei)(nei)部指(zhi)紋(wen)的指(zhi)紋(wen)采集(ji)系統(tong),結合了兩個完全不同(tong)的光路系統(tong),并使用自制的梯形棱(leng)鏡將其融合。

值(zhi)得一提的是,該(gai)系統采(cai)用小光(guang)斑光(guang)纖準直器和(he)長焦透鏡(jing)保證(zheng)光(guang)學相干(gan)層(ceng)析成像(xiang)有(you)足夠的面(mian)積,采(cai)用自(zi)制的梯形棱鏡(jing)組合(he)TIR和(he)OCT光(guang)路,實現相同的測量面(mian)積和(he)同步采(cai)集(ji)。

“每個人的皮膚(fu)角(jiao)質層厚度不完全一致(zhi),團(tuan)隊為此開發出深(shen)度自適應多卷積融合(he)技術,運用(yong)智(zhi)能算法可根據(ju)不同人體組織深(shen)度,正確獲取皮下特(te)征。”王海霞解釋道。

團隊成員、浙(zhe)江工(gong)業大學計算機(ji)科學與技術(shu)學院2020級博士(shi)生(sheng)于(yu)洋先(xian)后用特制(zhi)假手指和(he)指紋膜對樣機(ji)進行測試欺(qi)騙攻擊(ji)。記者透過(guo)顯示器看到,由于(yu)沒有(you)內部指紋和(he)皮下(xia)三維結(jie)構數據,假手指所得成像僅淺淺一層,即有(you)效信(xin)息(xi)僅來自其表(biao)面的人造(zao)指紋。

“在指(zhi)紋(wen)膜(mo)(mo)極薄的(de)情(qing)況下(xia)(xia),儀器甚至可以透過它提(ti)取到我本人的(de)真實(shi)指(zhi)紋(wen)信息,而指(zhi)紋(wen)膜(mo)(mo)的(de)指(zhi)紋(wen)紋(wen)路信息與(yu)我真實(shi)手指(zhi)的(de)指(zhi)紋(wen)信息是不一(yi)致的(de)。”于洋解(jie)(jie)釋道,相當于內外(wai)指(zhi)紋(wen)等(deng)皮下(xia)(xia)結構信息,都是指(zhi)紋(wen)解(jie)(jie)鎖(suo)密碼的(de)組成部分,要準確識別必須用整套密碼。

“此前,團隊已建有包含百余人的指紋數據庫,準備再將數據容量擴大至千人。”王海霞表示,下一步,團隊將聯合企業對設備性能進行持續驗證,同時降低制造成本,助力我國智慧安防建設。(洪恒飛 記者 江 耘


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