指靜脈識(shí)別技術(shù)的最新發(fā)展與應(yīng)用

　　醫(yī)學(xué)研究證明手指靜脈的形狀具有唯一性和穩(wěn)定性：即每個(gè)人的手指靜脈圖像都不相同;同一個(gè)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(xué)依據(jù)。據(jù)公安部某研究所的專家團(tuán)隊(duì)論證得出結(jié)論：指靜脈生物特征技術(shù)是目前最為安全、可靠的一種技術(shù)，將在很多領(lǐng)域成為主流的生物識(shí)別技術(shù)。

　　一、指靜脈門禁系統(tǒng)的技術(shù)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(gòu)成，前端負(fù)責(zé)對(duì)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(jìn)行分析、處理，給予指令結(jié)果從而指導(dǎo)前端執(zhí)行操作，是系統(tǒng)集成的大腦指揮中心，一個(gè)健康穩(wěn)定的后端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全起到至關(guān)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(huì)吸收近紅外線，因此當(dāng)近紅外線照射到手指時(shí)，只有靜脈部分才會(huì)有微弱的反射，從而形成靜脈紋路圖像，而使用特定波長(zhǎng)光線對(duì)手指進(jìn)行照射可得到手指靜脈的清晰圖像。利用這一固有的科學(xué)特征可對(duì)獲取的影像進(jìn)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(gòu)成，如圖1所示。

　　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(chǔ)“大腦”，它的工作原理是無(wú)登錄狀態(tài)下全天候地對(duì)大量已存儲(chǔ)的指靜脈圖像信息進(jìn)行安全保護(hù)，不因突然斷電或者黑客攻擊而丟失全部信息，在進(jìn)行圖像錄入工作狀態(tài)下它能快速有效地進(jìn)行1：n的比對(duì)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(huì)拒絕開門。

　　門禁控制器構(gòu)造主要由外殼、控制芯片等為主構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 后端門禁控制器

二、國(guó)內(nèi)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(shù)廠商主要是以日立為首的日系品牌廠商及其在中國(guó)的代理銷售商或者是其借殼公司，都是日立核心保密技術(shù)分散形成的公司。日立是世界上較早掌握相關(guān)技術(shù)的廠商，2011年前才推出了成熟的產(chǎn)品，價(jià)格動(dòng)輒幾萬(wàn)元的指脈門禁控制器，甚至是幾十萬(wàn)至上百萬(wàn)的指脈門禁系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用僅限于銀行金庫(kù)、監(jiān)獄等高安全需求的高端場(chǎng)所，而高保密高機(jī)密等地方礙于日立等為國(guó)外日本技術(shù)都不敢應(yīng)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(guò)程不完整，使用不太適合國(guó)內(nèi)習(xí)慣，市場(chǎng)反應(yīng)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(jià)格極為昂貴，加之主要技術(shù)人員都在國(guó)外，如果遇到技術(shù)上的問題都必須通過(guò)其駐地辦事處或者自己通過(guò)英語(yǔ)或日語(yǔ)文件發(fā)送EMAIL至國(guó)外，等待他國(guó)的技術(shù)支持才能得到幫助。另一方面，在生物特征身份識(shí)別這種涉及隱私秘密的特殊領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)安全的等級(jí)要求越來(lái)越高，斯諾登事件以及不斷發(fā)生的國(guó)外竊取機(jī)密間諜事件提醒我們，對(duì)于安保產(chǎn)品采用國(guó)外技術(shù)開始變得越來(lái)越不再保險(xiǎn)和安全，反倒成為安防的隱患。

　　國(guó)外核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)安防領(lǐng)域的應(yīng)用存在涉密的根本問題，這也是日立的技術(shù)在國(guó)內(nèi)并未被廣泛應(yīng)用的一大原因。其他幾家應(yīng)用日本或日立技術(shù)推出自己品牌的廠商在進(jìn)入國(guó)內(nèi)身份識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域核心市場(chǎng)時(shí)也存在著同樣的問題。

　　國(guó)外技術(shù)價(jià)格高、應(yīng)用難，可喜的是國(guó)內(nèi)有些研發(fā)企業(yè)擁有了自主的指靜脈核心技術(shù)。國(guó)內(nèi)從2005年就開始了手指靜脈技術(shù)的研發(fā)及實(shí)驗(yàn)，目前產(chǎn)品的核心模塊已經(jīng)能夠落地應(yīng)用，且價(jià)格能做到日本產(chǎn)品的三分之一，基本性能和使用體驗(yàn)也更中國(guó)化，在某些方面還有明顯優(yōu)勢(shì)，更重要的是國(guó)內(nèi)正在積極通過(guò)應(yīng)用案例來(lái)完善從模塊到一體化門禁考勤、門鎖等全系列產(chǎn)品的應(yīng)用升級(jí)，這讓我們看到了國(guó)貨精品——國(guó)內(nèi)指靜脈技術(shù)有望掀起一場(chǎng)國(guó)內(nèi)生物識(shí)別領(lǐng)域的**。

　　目前國(guó)內(nèi)有部分廠家的靜脈產(chǎn)品都為一體機(jī)產(chǎn)品，功能比較單一，有的不能聯(lián)機(jī)使用，且安全性相對(duì)較低，一旦遭到破壞掉，就算觸動(dòng)報(bào)警，門體等實(shí)際上已被打開，造成的損失已無(wú)法挽回。因此一體機(jī)只能用在安保等級(jí)相對(duì)較低的地方，但這種低等級(jí)靜脈產(chǎn)品性價(jià)比就會(huì)變得不高。

　　另外，嵌入式的高端電子鎖、門禁及利用指紋技術(shù)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(fù)制、部分人群應(yīng)用不穩(wěn)定是長(zhǎng)期困惑主流廠商的問題，相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)接受度及產(chǎn)品利潤(rùn)逐年降低，已形同雞肋。指靜脈技術(shù)在日本、臺(tái)灣、中東、拉美等海外市場(chǎng)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(guó)內(nèi)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(zhǔn)備進(jìn)行指靜脈配套技術(shù)二次開發(fā)及相關(guān)產(chǎn)品升級(jí)，成熟國(guó)產(chǎn)指靜脈核心技術(shù)的誕生將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，廣大民用和商用客戶也逐漸對(duì)指靜脈產(chǎn)品有了普遍的認(rèn)知。

　　三、工業(yè)級(jí)高端指靜脈門禁系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新

　　目前，國(guó)內(nèi)的指靜脈模塊化技術(shù)已經(jīng)成熟并量化，這為安防門禁領(lǐng)域廣泛應(yīng)用提供了基礎(chǔ)性的支持。

　　首先，指靜脈門禁系統(tǒng)不等于產(chǎn)品的簡(jiǎn)單集成，它是通過(guò)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(lái)講，如果系統(tǒng)定位于服務(wù)高安全、高保密性的國(guó)家與商用級(jí)別，必須采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)、保險(xiǎn)箱、汽車門鎖、打印機(jī)等這些只能用在民用級(jí)別或者保密度、安全度要求不高的企業(yè)，所以需要進(jìn)行更高一級(jí)開發(fā)，使硬件上做到質(zhì)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(huì)使CPU燒壞，這種自身都不安全的硬件產(chǎn)品是沒有市場(chǎng)的。

　　按照國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局與公安部對(duì)安全技術(shù)防范產(chǎn)品的管理要求：實(shí)行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證制度、安全認(rèn)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(shí)別這種涉及隱私秘密的特殊領(lǐng)域，國(guó)外核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)安防領(lǐng)域的應(yīng)用存在涉密的根本問題。

　　為了跨越這些障礙，嘉德恒安在前端(指靜脈讀頭)、后端(門禁控制器)，以及整體設(shè)計(jì)上提出了幾項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。前端部份， 嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)的前端采用工業(yè)級(jí)材質(zhì)，可360°手指靜脈識(shí)別。由于指紋操作方式已經(jīng)成為人們的使用習(xí)慣，為了在不改變習(xí)慣的情況下提供安保系數(shù)，特意按照指紋的操作習(xí)慣來(lái)設(shè)計(jì)，使用簡(jiǎn)便快捷，可實(shí)現(xiàn)1秒內(nèi)快速反饋。

圖3 嘉德恒安指靜脈門禁系統(tǒng)的前端

后端(門禁控制器)部份則采用了該公司多項(xiàng)專利，如自行開發(fā)的存儲(chǔ)與提取技術(shù)、嵌入式技術(shù)、加密技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能技術(shù)，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況可分別通過(guò)以太網(wǎng)或RS485兩種不同通訊方式，其中網(wǎng)絡(luò)通訊模式則基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)管理TCP/IP局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主干，并與終端保留RS485總線結(jié)構(gòu)，且支持與第三方系統(tǒng)(智能安防平臺(tái)、OA、ERP等管理軟件)無(wú)縫銜接。

　　在設(shè)計(jì)創(chuàng)新部份，嘉德恒安的手指靜脈產(chǎn)品采用分體結(jié)構(gòu)，指靜脈識(shí)別器為外置讀頭使用，分析處理和控制門體報(bào)警等都在被保護(hù)區(qū)域，即使外置讀頭被破壞或拆除終端機(jī)后也不會(huì)打開門體，如圖4所示。識(shí)別器和控制器之間為無(wú)縫連接，省略了國(guó)外有些靜脈產(chǎn)品要在控制器和讀頭之間放置連接器、轉(zhuǎn)換器、通訊器等這些繁瑣的中間件。另外，該系統(tǒng)也以兼容目前市場(chǎng)上的主流安防類軟件。

　　圖4 分體設(shè)計(jì)

　　四、指靜脈識(shí)別技術(shù)未來(lái)的發(fā)展前景

　　目前來(lái)看，鑒于技術(shù)與成本的沖突，手指靜脈身份識(shí)別市場(chǎng)正處于市場(chǎng)爆發(fā)的臨界狀態(tài)，指靜脈技術(shù)一旦達(dá)到一定的量產(chǎn)與技術(shù)完善提升后，將會(huì)普遍推廣到民用領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用在人們生活中的方方面面。目前所有廠商都很關(guān)心國(guó)產(chǎn)技術(shù)的價(jià)格，相關(guān)行業(yè)專家指出：在保證產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行和保證優(yōu)良的識(shí)別率等品質(zhì)的前提下，指靜脈其技術(shù)特性決定了目前需要采用高質(zhì)量的元器件進(jìn)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(huì)低于千元人民幣。國(guó)產(chǎn)核心技術(shù)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格目前已經(jīng)大幅下降，希望隨著更多廠家的投入和市場(chǎng)的增長(zhǎng)能夠在未來(lái)進(jìn)一步降低成本。相比國(guó)外產(chǎn)品動(dòng)輒上萬(wàn)元的售價(jià)，國(guó)內(nèi)也有廠家推出了自有技術(shù)的指靜脈門禁，最終價(jià)格不到千元人民幣，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和做工也比較粗糙，產(chǎn)品外觀和國(guó)外比較相像，應(yīng)用穩(wěn)定性差。但只有低價(jià)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，就像專家指出的，指靜脈門禁技術(shù)的特性目前是需要高性能高標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的支持的，如果只是把指紋產(chǎn)品包上了一個(gè)指靜脈技術(shù)的外殼，其本質(zhì)可能還不如指紋的指標(biāo)好。

　　目前，國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)也在制訂并計(jì)劃實(shí)施相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。相信通過(guò)國(guó)內(nèi)有實(shí)力的核心技術(shù)及上下游廠商通力合作，中國(guó)指靜脈識(shí)別技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展的前景廣闊，在國(guó)家大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)科技創(chuàng)新的背景下，指靜脈技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化必將推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，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(gè)人都可以體驗(yàn)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(shù)在國(guó)內(nèi)閃耀登場(chǎng)的一年，就像十幾年前人們紛紛丟下腰間的BP機(jī)換成手機(jī)一樣，指靜脈生物識(shí)別必然會(huì)大放異彩。