指静脉识别技术的最新发展与应用

　　【摘要】指静脉识别技术是一种新的生物特征活体识别技术，其原理是基于人类手指中流动的血液可吸收特定波长的光线，使用特定波长光线对手指进行照射，从而得到手指静脉的清晰图像，利用这一固有的科学特征将获取的影像进行分析、处理，进而得到手指静脉的生物特征，再将得到的手指静脉特征信息与事先注册的手指静脉特征进行比对就可以确认登录者的身份。

　　由于指静脉隐藏在身体内部，被复制或者盗用的机会很小，使用者心理抗拒性低，受生理和环境因素的影响小，克服了皮肤干燥、油污、灰尘、皮肤表面异常等因素，原始手指静脉影像从被捕获到数字化处理整个过程不到1秒，具有较高的准确识别率（认假率为0.0001%，拒真率为0.01%，注册失败率0%）等，因此指静脉识别技术在安防领域中的高保密与高安全性场合有重要应用。

　　【关键词】指静脉识别  指静脉读头  门禁控制器  指静脉门禁系统

　　引言

　　我们生活在一个密码无处不在的时代，无论是国家、商业金融、企业门禁系统，还是个人用卡以及电脑登陆，密码无疑是应用最为广泛的安全保护方式。但这同时也是一个窥探、破解、盗用等问题泛滥的时代，即使越来越复杂的密码让人感觉安全，一个人面对太多密码也会出现记忆混乱、遗忘等问题，由此催生出更具安全、保密和方便性的生物识别技术如人脸识别、虹膜识别、指纹识别等的出现。其中指纹识别应用虽然风头正健但却容易被仿冒和被盗，有的个体因为指纹特征很少或者在特殊的条件下如手指潮湿、破损等无法识别。因此人们希望一种保密性更好、可靠性更高更便捷的安全保密方式——手指静脉识别技术应运而生，被业界称为全球顶尖的生物识别技术。

　　医学研究证明手指静脉的形状具有唯一性和稳定性：即每个人的手指静脉图像都不相同；同一个人不同的手指的静脉图像也不相同；健康成年人的静脉形状不再发生变化，这就为指静脉提供了医学依据。据公安部某研究所的专家团队论证得出结论：指静脉生物特征技术是目前最为安全、可靠的一种技术，将在很多领域成为主流的生物识别技术。

　　一、指静脉门禁系统的技术原理

　　指静脉门禁系统由前端（指静脉读头）和后端（门禁控制器）构成，前端负责对获取的影像录入与收集，然后快速反馈给后端；后端控制器接收信息后进行分析、处理，给予指令结果从而指导前端执行操作，是系统集成的大脑指挥中心，一个健康稳定的后端对整个系统的稳定与安全起到至关重要的作用。

　　1. 前端（指静脉读头）的工作原理

　　人体静脉中红血球的血红素是氧气的还原血红素，还原血红素会吸收近红外线，因此当近红外线照射到手指时，只有静脉部分才会有微弱的反射，从而形成静脉纹路图像，而使用特定波长光线对手指进行照射可得到手指静脉的清晰图像。利用这一固有的科学特征可对获取的影像进行分析、处理，从而得到手指静脉的生物特征。

　　指静脉读头主要由外壳、安全模块、红外扫描器、录入器和芯片为主构成，如图1所示。
 

图1  指静脉头示意图

　　2. 后端（门禁控制器）的工作原理

　　门禁控制器是指静脉门禁系统的指挥与存储“大脑”，它的工作原理是无登录状态下全天候地对大量已存储的指静脉图像信息进行安全保护，不因突然断电或者黑客攻击而丢失全部信息，在进行图像录入工作状态下它能快速有效地进行1：n的比对分析信息，然后反馈给指静脉读头具体操作指示，如果录入正确执行开门指令，如果录入不正确或者是暴力拆除，控制器会拒绝开门。

　　门禁控制器构造主要由外壳、控制芯片等为主构成，如图2所示。
 

图2  后端门禁控制器

　　二、国内外指静脉门禁产品的发展现状

　　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司，都是日立核心保密技术分散形成的公司。日立是世界上较早掌握相关技术的厂商，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，而高保密高机密等地方碍于日立等为国外日本技术都不敢应用。日立产品的使用及外观都很成熟，产品的知名度很高，但产品自我体系较封闭，接口开放程度不高，软件汉化过程不完整，使用不太适合国内习惯，市场反应不灵活，产品中规中矩，行业下游产品二次开发的范围小，产品的价格极为昂贵，加之主要技术人员都在国外，如果遇到技术上的问题都必须通过其驻地办事处或者自己通过英语或日语文件发送EMAIL至国外，等待他国的技术支持才能得到帮助。另一方面，在生物特征身份识别这种涉及隐私秘密的特殊领域，国内安全的等级要求越来越高，斯诺登事件以及不断发生的国外窃取机密间谍事件提醒我们，对于安保产品采用国外技术开始变得越来越不再保险和安全，反倒成为安防的隐患。

　　国外核心技术在国内安防领域的应用存在涉密的根本问题，这也是日立的技术在国内并未被广泛应用的一大原因。其他几家应用日本或日立技术推出自己品牌的厂商在进入国内身份识别应用领域核心市场时也存在着同样的问题。

　　国外技术价格高、应用难，可喜的是国内有些研发企业拥有了自主的指静脉核心技术。国内从2005年就开始了手指静脉技术的研发及实验，目前产品的核心模块已经能够落地应用，且价格能做到日本产品的三分之一，基本性能和使用体验也更中国化，在某些方面还有明显优势，更重要的是国内正在积极通过应用案例来完善从模块到一体化门禁考勤、门锁等全系列产品的应用升级，这让我们看到了国货精品——国内指静脉技术有望掀起一场国内生物识别领域的高潮。

　　目前国内有部分厂家的静脉产品都为一体机产品，功能比较单一，有的不能联机使用，且安全性相对较低，一旦遭到破坏掉，就算触动报警，门体等实际上已被打开，造成的损失已无法挽回。因此一体机只能用在安保等级相对较低的地方，但这种低等级静脉产品性价比就会变得不高。

　　另外，嵌入式的高端电子锁、门禁及利用指纹技术生产的锁类、门禁考勤类产品已非常普遍，但指纹易被复制、部分人群应用不稳定是长期困惑主流厂商的问题，相关产品市场接受度及产品利润逐年降低，已形同鸡肋。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，逐步替代了原有的指纹、虹膜等产品。国内多数安防产品生产企业如电子锁厂、门禁厂、集成商等已经开始着手准备进行指静脉配套技术二次开发及相关产品升级，成熟国产指静脉核心技术的诞生将推动产业的升级，广大民用和商用客户也逐渐对指静脉产品有了普遍的认知。

　　三、工业级高端指静脉门禁系统的技术创新

　　目前，国内的指静脉模块化技术已经成熟并量化，这为安防门禁领域广泛应用提供了基础性的支持。

　　首先，指静脉门禁系统不等于产品的简单集成，它是通过软、硬件的匹配，协同系统化的解决体系。就安防行业来讲，如果系统定位于服务高安全、高保密性的国家与商用级别，必须采用工业标准制造，并且不能仅仅嵌入到各种终端产品中，如门禁、考勤机、保险箱、汽车门锁、打印机等这些只能用在民用级别或者保密度、安全度要求不高的企业，所以需要进行更高一级开发，使硬件上做到质量与功能安全，比如在电路板上如果不能真正做到物理式的隔离，一旦短路就会使CPU烧坏，这种自身都不安全的硬件产品是没有市场的。

　　按照国家质量技术监督局与公安部对安全技术防范产品的管理要求：实行工业产品生产许可证制度、安全认证制度。未取得工业产品生产许可证的禁止生产和销售，另外生物特征身份识别这种涉及隐私秘密的特殊领域，国外核心技术在国内安防领域的应用存在涉密的根本问题。基于此，目前为止涉足高端门禁领域的厂家凤毛麟角，值得一提的是北京嘉德恒安专门从事门禁高端领域开发应用已有十余年，通过不断自我产品创新，技术攻关，创造中国梦，于近期开发出了针对国家与商用的高安全高保密性需求解决方案——恒安指静脉门禁系统，填补了目前市场上的国产高端门禁空白。

　　嘉德恒安指静脉门禁系统不仅技术独创，而且从外观结构设计、颜色以及材料元器件质量把控、功能应用以及系统化软件设计等都做到了人性化与工业化材料的高品质高匹配要求。具有如下创新：

　　1. 前端（指静脉读头）的技术创新

　　嘉德恒安指静脉门禁系统的前端采用工业级材质，具有外观结构专利，人性化操作设计，360°手指静脉识别。由于指纹操作方式已经成为人们的使用习惯，为了在不改变习惯的情况下提供安保系数，特意按照指纹的操作习惯来设计，使用简便快捷，可实现1秒内快速反馈，如图3所示。
 

图3  嘉德恒安指静脉门禁系统的前端

　　2. 后端（门禁控制器）的技术创新

　　嘉德恒安智能网络门禁控制器融合了多项专利，采用独创的存储与提取技术、嵌入式技术、加密技术、网络技术和智能技术，并根据不同的现场情况可以分别通过以太网或RS485两种不同通讯方式，其中网络通讯模式则基于TCP/IP协议的网络管理TCP/IP局域网结构为主干，并与终端保留RS485总线结构，且全部支持与第三方系统（智能安防平台、OA、ERP等管理软件）无缝衔接。该系列智能网络门禁系统由单纯的安全防范功能向更深层次和更广泛的业务管理快速融合，使一卡通、一网通、一软通、一库通变成实现。具体如下：

　　单线加密设计创新：单条网线加密钥设计可有效防止黑客攻击，针对通讯数据采用加密模式，以确保通信的安全性。

　　物理式隔离技术：采用短路与断电都不丢失数据优化的多级防干扰处理，使板卡电路更加稳定，做到真正物理式隔离。

　　采用全事件记录方式：使门禁具有可追溯性，可以追查板卡开机工作、有效无效刷卡、密码操作、出门按钮记录、控制锁状态的记录、远程通过软件开关门记录、远程通过WEB服务器开关门记录、门开关状态记录和劫持记录等。

　　可靠的分布式事件日志备份技术：滚动存储重复读取，滚动存储事件日志达到45万条，存储量更大。

　　操作简便的用户界面：多对多的授权方式，可任意设置查询条件，自由组合数据导入导出项。

　　灵活个性的定制数据输入与编辑窗口的元素项

　　针对二次开发预留两路公共通讯接口以便连接设备

　　 多种模式兼容：在一个系统中通讯方式采用TCP/IP方式，支持接口WG26和WG34自适应发卡模式，发卡器发卡和门禁发卡并存。

　　其他产品特点：系统采用TCP/IP、RS485、CAN混合组网模式；超大容量控制器，离线脱机使用单机支持注册用户达3.2万，事件日志存储达45万条；认证严格板载带有身份认证的WEB服务器；用户任意设置6～8位不定长个人密码；管理便捷，可以在局域网内的任何一台计算机按照管理职能赋予任意的管理权限。

　　3. 嘉德恒安指静脉门禁系统的设计创新

　　（1）分体设计可抗暴力拆卸

　　嘉德恒安的手指静脉产品采用分体结构，指静脉识别器为外置读头使用，分析处理和控制门体报警等都在被保护区域，即使外置读头被破坏或拆除终端机后也不会打开门体，如图4所示。识别器和控制器之间为无缝连接，省略了国外有些静脉产品要在控制器和读头之间放置连接器、转换器、通讯器等这些繁琐的中间件。
 

图4  分体设计

　　（2）操作软件可兼容性

　　该系统可以兼容目前市场上的主流安防类软件，只要给予共享即可，做到真正的有容乃大。

　　四、指静脉识别技术未来的发展前景

　　目前来看，鉴于技术与成本的冲突，手指静脉身份识别市场正处于市场爆发的临界状态，指静脉技术一旦达到一定的量产与技术完善提升后，将会普遍推广到民用领域，广泛地应用在人们生活中的方方面面。目前所有厂商都很关心国产技术的价格，相关行业专家指出：在保证产品稳定运行和保证优良的识别率等品质的前提下，指静脉其技术特性决定了目前需要采用高质量的元器件进行产品生产，除去核心算法，光主要元器件材料成本不会低于千元人民币。国产核心技术产品市场价格目前已经大幅下降，希望随着更多厂家的投入和市场的增长能够在未来进一步降低成本。相比国外产品动辄上万元的售价，国内也有厂家推出了自有技术的指静脉门禁，最终价格不到千元人民币，但产品结构简单，设计和做工也比较粗糙，产品外观和国外比较相像，应用稳定性差。但只有低价是远远不够的，就像专家指出的，指静脉门禁技术的特性目前是需要高性能高标准产品设计的支持的，如果只是把指纹产品包上了一个指静脉技术的外壳，其本质可能还不如指纹的指标好。

　　目前，国家相关机构也在制订并计划实施相关的产品技术标准。相信通过国内有实力的核心技术及上下游厂商通力合作，中国指静脉识别技术产品发展的前景广阔，在国家大力推动产业升级科技创新的背景下，指静脉技术的国产化必将推动相关产业的升级，我们也盼望着真正的高科技指静脉产品能尽早普及，让每个人都可以体验忘记密码、丢掉钥匙的安全便捷生活。

　　我们相信2014年将是指静脉技术在国内闪耀登场的一年，就像十几年前人们纷纷丢下腰间的BP机换成手机一样，指静脉生物识别必然会大放异彩。

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