新型指纹识别技术可提取皮下3 mm生物信息

采用3D打印技术、专用胶水等。模仿指纹，从而破解手机和指纹锁.类似的技术已经从屏幕上变成了现实。指纹识别作为目前应用最广泛的生物识别技术，面临着两大挑战，即攻击的多样性和提高识别率的必要性。

近日，记者从浙江工业大学获悉，浙江大学计算机科学与技术学院梁荣华教授团队与公安部第一研究所合作，研发新一代多模态生物特征采集技术及相应仪器设备，可获取手指皮肤表面下1-3 mm深度的信息，采集包括内部指纹在内的高分辨率三维皮下结构信息， 既增加了指纹识别安全的防御屏障，又解决了指纹信息采集不畅等痛点。 相关研究成果发表于《IET图像处理》。

收集三维信息，填补传统技术的漏洞

将手指放在指纹识别处，连接的显示屏会立即投射出包括内外指纹和汗腺毛孔的立体扫描图像。——位于浙江工业大学智能传感与系统教育部工程研究中心实验室。记者看到了团队研发的新型手部生物识别采集设备的样机。

指尖皮肤主要由表皮和真皮组成。表皮层的顶部是角质层，其轮廓提供了外部指纹的详细表示。角质层和活性表皮层之间有一个活表皮连接区，这个区域的起伏可以代表人体指尖的内部指纹。

“指尖内部的指纹是外部指纹脊的来源，不易被破坏，可以作为外部指纹的补充。”浙江工业大学计算机科学与技术学院王海霞副教授团队成员。

“现有指纹采集/识别技术通过光反射、电容传感和射频获取手指表面纹理，并对纹理进行图形化处理，根据纹理特征信息进行比对，实现身份认证。”王海霞介绍，但传统方法采集的指纹只有外部信息，容易受到灰尘、汗水、疤痕、伤口等环境的影响。此外，随着年龄的增长，皮肤皱纹增多，导致指纹质量和识别准确率较差。

根据公安部的统计，中国有5%的人口无法识别自己的皮肤指纹。同时，指纹识别技术也面临着伪造攻击的干扰，假指纹膜制作成本低，工艺简单，大大降低了指纹识别的安全性。

2019年8月，央视《每周质量报告》检测到指纹智能锁，28个品牌的32把智能锁可以用假指纹膜解锁。此外，国外研究人员利用电子产品指纹识别系统的漏洞，试图借助智能算法研究“通用指纹”。

“随着当今社会信息技术的快速发展，信息安全和人身安全成为国家日益关注的焦点。”王海霞说，单一的身体特征或行为特征有时不足以证明个人身份。该团队采集了包括内部指纹在内的高分辨率3D皮下结构信息，并利用人工智能技术对采集的数据进行处理，成功获取了皮下指纹、皮下汗腺、汗孔等生物特征。

根据王海霞的说法，这些手指皮下生物特征的优势在于皮肤内部组织结构的复杂性，这使得它们极难伪造。人工指纹膜只有表面指纹纹，没有皮下指纹信息、汗腺等信息，可以填补传统指纹识别技术的缺陷。

通过精心设计和组装棱镜、滤光片、荧光光源、工业相机、光纤耦合器等。该团队首先提出了一种指纹采集系统，该系统利用全内反射(TIR)和光学相干断层扫描(OCT)同时采集外部指纹和内部指纹，将两种完全不同的光路系统结合起来，并使用自制的梯形棱镜进行融合。

值得一提的是，该系统采用小光斑光纤准直器和长焦镜头，保证光学相干层析成像有足够的面积，并采用自制梯形棱镜结合TIR和OCT光路，实现了同测面积和同步采集。

“每个人的角质层厚度并不完全一致。该团队为此开发了深度自适应多卷积融合技术。使用智能算法，可以根据不同的人体组织深度正确获取皮下特征。”王海霞解释道。

浙江工业大学计算机科学与技术学院2020级博士生、团队成员杨宇利用特制的假手指和指纹膜对原型机进行测试和作弊。记者通过显示器看到，由于没有内部指纹和皮下三维结构数据，人工手指的成像只是浅层的，即有效信息仅来自其表面的人工指纹。

“当指纹膜极薄时，仪器甚至可以通过它提取我自己的真实指纹信息，指纹膜的指纹信息与我真实手指的指纹信息不一致。”杨宇解释说，内部和外部指纹等皮下结构信息是指纹解锁密码不可分割的一部分，必须使用整套密码才能准确识别。

“此前，该团队已经建立了一个包含100多人的指纹数据库，并准备将数据容量扩大到1000人。”王海霞表示，下一步，团队将会同企业不断验证设备性能，同时降低制造成本，助力中国智慧安防建设。