紐約州立大學(xué)布法羅分校的研究項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了手指靜脈的3D成像。

近些年，針對(duì)生物特征認(rèn)證(獨(dú)特的解剖學(xué)特征可提供對(duì)特定個(gè)體的安全識(shí)別)的研究廣泛使用了生物光子學(xué)和生物成像技術(shù)，但是提高識(shí)別準(zhǔn)確性一直是非常重要的應(yīng)用需求。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，紐約州立大學(xué)布法羅分校(State University of New York at Buffalo)的一個(gè)研究項(xiàng)目開發(fā)出一種使用光聲層析成像技術(shù)(PAT)來精確“繪制”志愿者手指血管網(wǎng)絡(luò)的3D圖像。這項(xiàng)研究工作在《應(yīng)用光學(xué)(Applied Optics)》期刊上發(fā)表。

利用光聲層析成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)手指靜脈識(shí)別

之前已經(jīng)有很多關(guān)于手指靜脈識(shí)別的研究，相比指紋識(shí)別，靜脈血管屬于內(nèi)部生理特征，不會(huì)磨損，較難偽造，具有很高安全性，且不易受手表面?zhèn)刍蛴臀鄣挠绊憽５?，到目前為止，靜脈識(shí)別僅限于2D成像，還沒實(shí)現(xiàn)紐約州立大學(xué)布法羅分校此次研究的3D成像技術(shù)。

3D手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)的硬件組成

紐約州立大學(xué)布法羅分校的光學(xué)和超聲波成像實(shí)驗(yàn)室Jun Xia說道：“我們研究的3D手指靜脈生物特征認(rèn)證方法實(shí)現(xiàn)了以前無法達(dá)到的特異性和反欺騙水平?！?/p>

“由于世界上沒有兩個(gè)人擁有完全相同的3D靜脈圖像，所以偽造靜脈生物特征認(rèn)證將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)人手指靜脈的精確3D復(fù)制品，這基本上是不可能的?！?/p>

這項(xiàng)突破性技術(shù)采用了光聲層析成像方式，其中可以用超聲波探測(cè)器檢測(cè)當(dāng)紅外激光短暫加熱目標(biāo)組織時(shí)產(chǎn)生的超聲波壓力脈沖，并通過算法將其轉(zhuǎn)換為3D圖像。由于紅細(xì)胞中血紅蛋白的固有吸收特性，血管是該技術(shù)特別有用的靶標(biāo)。

3D手指靜脈識(shí)別系統(tǒng)(3D-Finger)流程圖

紐約州立大學(xué)布法羅分校的先前研究工作調(diào)查了光聲層析成像方式在手掌血管成像中的應(yīng)用?，F(xiàn)在，該小組基于這項(xiàng)研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)新的系統(tǒng)：3D-Finger，專門用于手指血管系統(tǒng)的3D成像，尤其是確保無論手指的位置和曲率如何，聲光束和紅外光束始終彼此同軸，消除對(duì)齊誤差。

“與以前的系統(tǒng)相比，我們重新設(shè)計(jì)了光傳輸方案，并調(diào)整了3D-Finger系統(tǒng)的掃描幾何形狀。”該研究項(xiàng)目在其發(fā)表的論文中指出，“通過將高性能的冷鏡(cold mirror)用作聲光組合器，我們實(shí)現(xiàn)了共面光照明和聲記錄，從而大大提高了系統(tǒng)的魯棒性和成像深度?！?/p>

手持式生物識(shí)別安全設(shè)備

在對(duì)36名志愿者的試驗(yàn)中，3D-Finger系統(tǒng)被證明能夠從左右手的四個(gè)手指中產(chǎn)生血管圖像，并顯示復(fù)雜的深度信息(利用算法去除了與骨骼和周圍組織相關(guān)的圖像信息，這些信息會(huì)干擾血管圖像)。

與先前對(duì)手掌血管和其它生物特征安全方法的研究相比，該項(xiàng)新方法顯示出了平均錯(cuò)誤概率(EER)的改進(jìn)，EER是與錯(cuò)誤接受和錯(cuò)誤拒絕閾值相關(guān)的生物特征安全參數(shù)。

根據(jù)該研究項(xiàng)目，其EER低于1.23%，優(yōu)于：2D靜脈紅外掃描儀的EER(5.6%)、個(gè)人步態(tài)評(píng)估的EER(7%)、電容式手觸摸屏的EER(2.5%)，因此這使得手指3D靜脈識(shí)別在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中更加安全。

下一步工作將使用高功率LED或LED陣列，以盡量減小系統(tǒng)的尺寸，并增加照明的重復(fù)頻率，從而將3D成像時(shí)間縮短到1秒以內(nèi)。

根據(jù)該研究項(xiàng)目介紹，由于目前超聲波指紋識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入智能手機(jī)，因此3D-Finger系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化可以用于手持式設(shè)備之中。

“我們預(yù)想這種技術(shù)將用于安全性要求很高的關(guān)鍵設(shè)施中，例如銀行和軍事基地?！痹撗芯宽?xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員Giovanni Milione說，“但隨著3D-Finger系統(tǒng)進(jìn)一步的小型化，3D靜脈認(rèn)證還可以用于個(gè)人電子產(chǎn)品，或者與2D指紋識(shí)別相結(jié)合從而進(jìn)行雙因素認(rèn)證。