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指静脉识别是近年来发展兴起的一项新型生物特征识别技术。本文介绍了指静脉识别的研究现状，归纳了指静脉识别的技术原理和工作流程，在此基础上通过与指纹、人脸、虹膜等生物特征的比较，阐述了指静脉识别在技术领域的优势与缺陷。通过对市场中知名指静脉识别技术提供商的分析，总结了指静脉识别技术的市场占有状况和与金融行业相关的常用应用场景，同时对于指静脉技术在支付领域的应用提出了建议。 一、技术原理 指静脉识别是利用检测手指静脉血管的纹路特征实现身份认证。医学研究发现当用近红外线照射手指时，静脉中流动的血红蛋白会吸收近红外线从而形成血管的影像，通过传感器可以获取手指静脉的图像并经算法处理形成特定的指静脉模板。经过医学的验证，每个人的手指静脉血管影像都不一样，形成的模板是一种独特的生物特征，可用于进行身份的识别。 从技术体系而言，指静脉识别技术主要包括4个阶段：图像采集、预处理、特征提取、特征匹配。如下图所示： 图1 典型指静脉系统流程 1、图像采集 指静脉特采集设备主要分为光反射式采集和光投射式采集两种。 图2 光反射式采集 图3 光直射式采集 这两种图像采集方式的主要区别是近红外光源和影像手机设备的放置位置，光反射式采集近红外光源与影像传感器位于手指同侧，而光直射式采集近红外光源与影像传感器位于手指两侧。目前市场上主流的技术厂商均采用光直射式采集方法。 2、预处理 受采集设备质量、光照条件等因素的影响，采集到的指静脉图像往往会带有一定噪声，质量不够理想，这就需要采用相应的预处理技术加以解决。 3、特征提取 当前使用的指静脉特征主要包括静脉纹路特征、纹理特征、细节点特征和通过学习获得的特征。 纹路特征：指静脉的纹路特征是指从静脉灰度图像中提取出境外网络，该类特征能够较好的表达静脉整体拓扑结构。 纹理特征：指静脉识别中，图像的纹理特征多用局部二值码来表达。二值码通过当前像素的灰度值与邻域像素的灰度值的对比来获得。 细节点特征：指静脉识别中的细节点是指静脉图像中血管的分叉点，端点。 通过学习获得的特征：通过机器学习方法提取的指静脉特征，例如，用主成分分析方法对指静脉图像的感兴趣区域进行降维，获得指静脉图像的主要成分分量特征。 4、特征匹配 将表达信息需求的检索提问与存储在检索系统中的信息标识进行异同的比较与匹配，选取两者相符或部分相符的信息予以输出。 二、技术比较分析 以下从安全性、特异性、稳定性、易用性、使用成本等五方面分析指静脉识别技术的性能特征。 安全性：由于生物特征载体静脉血管位于手指内部，除非复制一根活体手指，否则流动的血液形成的血管图像通过普通的技术手段很难获取及被复制。下图展示了指纹、掌型、脸型、虹膜、指静脉识别在复制难度和盗取难度方面的特性。 图4 生物特征识别技术的安全性比较 独特性：所有人的静脉都是不同的,即使是长相非常相似的双胞胎的静脉图像也不同,而且这种差异在他(她)们一生中都不会消失。 稳定性：在成长过程中,静脉也在成长,然而静脉不会发生根本性的变化,成年以后,静脉是基本稳定不变的。指静脉特征不受皮肤表面的褶皱、纹理、粗糙度、干湿度等任何缺陷和瑕疵的影响,对于手指的清洁度,比如脏、水、油都不受限制,手指表面的脱皮、伤痕以及老茧都不会影响识别的速度和准确性。 易用性：指静脉特征容易提取,手指静脉的图像清晰而且相对稳定,即便使用低分辨率的相机也能拍摄小尺寸的手指静脉图像。 费用代价：指静脉识别需要专用的红外线程像设备，因而费用成本比较高，普通的指静脉识别设备需要数百元，高端设备更是需要千元以上。 依据某知名生物特征识别技术供应商对指纹、人脸、虹膜、指静脉等识别技术的比对评测，综合结论如下表所示：
表1 生物特征识别技术性能比对列表 通过上述分析可知，在当今众多生物识别技术中指静脉识别技术是安全级别极高的，而且其在独特性、稳定性、易用性方面都具有独特优势，但指静脉识别存在如下几点较为共识性的问题： (1)手指姿态在变化对识别性能的影响问题。指静脉图像采集过程中，手指随机防在程像设备上，当同源图像中手指存在较大的平移、旋转时，图像的相似度就会下降，导致不能正确识别。 (2)大规模用户群情况下1：N识别性能下降，用户越多，匹配时间越长，这也是生物特征识别技术的通病。 (3)降低采集设备价格、提高采集设备质量问题。目前市场上的指静脉采集设备价格较高，且图像采集质量有待提高，使得指静脉识别研究和应用受限。 (4)使用便捷性问题。指静脉识别技术需要进行近红外数据采集，而目前的技术无法将采集芯片微型化并集成到手机等移动终端上，因而在使用指静脉识别技术时需要专用的数据采集设备，给个人用户的使用带来了一些不便性。 三、市场状况分析 指静脉识别技术是一项新型的生物特征识别技术，发展至今经历了大约20年，关于指静脉识最早的课件文献是2000年日本学者Kono等人提出可以利用近红外光采集指静脉图像实现身份识别，并给出一种有效的提取特征方法。由于指静脉识别技术发源于日本，而且日本在光处理技术领域的深厚积淀，因而目标日本在指静脉领域处于领先地位。 指静脉识别技术区别于指纹、虹膜、人脸等其它生物识别技术的特性在于其生物特征载体静脉血管位于手指内部，除非是复制一根活体手指，否则流动的血液形成的血管图像通过普通的技术手段很难获取及被复制，还有非表皮特征、非接触识别、安全、高效、方便等优势，因而引起了研究机构的广发关注。 在技术研究层面，很多高校(如日本东京大学、韩国东国大学、韩国祥明大学、韩国全北国立大学、马来西亚理科大学等)、研究机构(如日本日立公司等)都在从事指静脉识别方面的研究。国内的中科院自动化所、北京大学、吉林大学、中国民航大学、哈尔滨工业大学、国防科技大学、清华大学深圳研究生院、哈尔滨工程大学、重庆大学、重庆理工大学、重庆科技大学、中山大学、武汉大学、香港理工大学、山东大学、沈阳工业大学等科研单位也在这一领域进行技术攻关。 而在市场和应用层面，指静脉识别产品早在1995年便在日本、土耳其、波兰等地出现，日立在2008年前后将该技术引入中国市场。指静脉技术在日本、台湾、中东、拉美等海外市场都开始了大规模的商用，特别是在社保和银行ATM上都广泛导入了指静脉生物识别技术，逐步替代了原有的指纹、虹膜等产品。 另外，在颇具市场前景的美国,信金中央金库纽约分部的办公室门禁也采用了手指静脉认证设备，相信类似的潜在需求在欧美国家将继续上升。指静脉认证识别技术的发明者日本日立接受土耳其银行Is Bankasi在整个EMEA地区(欧洲+中东+非洲)最大的此识别装置订单，2400台用于ATM，1000台用于窗口柜台。日本富士通在指静脉识别技术基础上开发的手掌认证识别系统同样也已成为全球生物识别领域的代表产品之一，被美国研究生入学管理委员会与培生VUE选定，用于在攻读MBA前的必备考试GMAT时的防作弊行为。 目前，指静脉核心技术厂商主要是以日立为首的日系品牌厂商及其在中国的代理销售商或者是其借壳公，2011年前才推出了成熟的产品，价格动辄几万元的指脉门禁控制器，甚至是几十万至上百万的指脉门禁系统，在国内的应用仅限于银行金库、监狱等高安全需求的高端场所。依据《2014-2019年中国生物特征识别行业市场深度调研及投资战略研究报告》数据，目前在生物识别技术中，指纹识别占有了市场份额的59%，其次是面部识别18%，而指静脉所属的精妙识别仅占有市场份额的3%。由此可以看出，在国内指静脉识别技术尚处于发展的兴起阶段，具备一定的市场拓展空间。 图5 生物特征识别技术市场占有状况分析 四、金融应用场景 1、指静脉门禁、考勤系统 传统意义上指静脉的传统主要应用在安防监控领域，作为门禁、考勤系统的身份认证手段。例如，在金库、押钞车、ATM机加钞室等特殊环境下，许多传统的身份验证方法均难以满足安全要求，例如验证密码容易被盗、指纹识别可被复制、门禁卡容易遗失。指静脉识别技术凭借其高安全性和天生的活体检测功能可克服上述缺陷，进一步提升银行安防与保密安全性。 2、指静脉ATM系统 指静脉识别ATM机通过验证个人的指静脉信息即可完成取款，即使无卡、甚至忘记密码都没关系。 图6指静脉识别系统 3、指静脉识别鼠标 据统计，我们每人平均拥有 26 个账号、6.5 个密码，每天使用密码登录 8 次，96%的用户常常会忘记或者混淆密码，生物特征识别技术是解决这一问题的有效途径。但采用指纹、虹膜、人脸信息代替密码存在很多问题，例如，指纹容易被盗取安全性较差，而虹膜和人脸的比对过程会使用户体验急剧下降。指静脉识别技术凭借其自身优势可以使账户登录过程高效便捷。 图7 指静脉识别鼠标 指静脉识别鼠标通过将登录账号信息与指静脉身份信息绑定，可以准确辨别出主人，在登录邮箱、网购支付等各种需要密码登陆的时候，只需要 0.2秒，就可以帮助用户顺利登陆或完成支付，不必担心密码忘记或者混淆，个人的隐私安全也更有保障。指静脉鼠标未来是替代U盾等支付验证硬件的最佳选择。 总结 相比指纹、虹膜、人脸等生物特征，指静脉特征具备难复制、非表皮特征、非接触识别、安全、高效、方便等优势。经过多年的努力，当前指静脉识别的研究已经取得了很大进展，并在考勤、门禁、汽车安全领域取得了一定的应用。指静脉识别技术的应用需要依赖专用的数据采集设备且设备本身成本较高，因此不适合在低成本的设备上集成，也不适合像指纹、人脸等识别技术一样在智能手机端进行推广，而其在高价格的终端上应用前景更为广阔，如ATM、云POS、高端鼠标等。 (来源： 电子商务电子支付国家工程实验室)
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