引言

未來戰(zhàn)爭主要是信息戰(zhàn)，為適應這種新的作戰(zhàn)形態(tài)，21世紀戰(zhàn)場士兵的身份也應通過信息網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)字化、隱形化、安全化。生物特征識別技術是利用人體固有的生理或行為特征來進行身份識別和鑒定的科學，它比傳統(tǒng)的基于口令和身份號碼的方法更為安全、可靠和有效，正在越來越被人們所關注，并應用于各個領域。軍人身份牌，又稱/士兵牌0或/生命牌0，早在美國南北戰(zhàn)爭時，美軍就開始配發(fā)這種小金屬牌，作為士兵隨身攜帶的身份標志物。為了適應現(xiàn)代高技術局部戰(zhàn)爭的需要，利用生物特征識別技術的特點，基于無限射頻識別技術（ RadioFrequency Ident i ficati on ，簡稱RFID），將人體信息如指紋、面像及DNA等，通過信息融合技術儲存在后臺數(shù)據(jù)庫中，并將檢索關鍵信息載入RFID卡，即/士兵牌0.用它來作為士兵身份準確識別的唯一依據(jù)，并通過計算機終端與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫服務器組建成了/戰(zhàn)場個人身份識別系統(tǒng)0.

目前，基于各種生物特征識別技術的身份識別系統(tǒng)，正在越來越受人們的青睞，并逐步應用于各個領域。但是，由于單個生物特征識別的信息表達和特征描述存在一定的局限性，為此，采用信息融合技術，通過對指紋、面像及DNA等信息融合處理的個人多模態(tài)生物特征識別系統(tǒng)，不僅加強了身份識別的安全性，更提高了它的準確性，并將填補我軍類似/軍人牌0或/士兵牌0在相關領域的研究空白。

1 系統(tǒng)總體設計

目前，基于各種生物特征識別技術的身份識別系統(tǒng)，正逐步應用于各個領域。但是，在/戰(zhàn)場個人身份識別系統(tǒng)0中是否需要在后臺數(shù)據(jù)庫中存儲指紋、面像及DNA等大容量的人體信息，必須根據(jù)應用需求進行確定。為此，針對/士兵牌0作為士兵隨身攜帶的身份標志物，應具有價格低廉、防水、防磁、耐高溫、使用壽命長等要求。我們針對生物特征信息的特點，主要對部分生物特征進行采集和信息處理。同時，按照具體作戰(zhàn)環(huán)境的需求，依據(jù)總體設計，分別擴展了不同的內(nèi)容和功能，比如：多生物特征信息融合和GPS定位等等。

個人多模態(tài)生物特征識別系統(tǒng)主要通過計算機終端，首先將指紋、面像和DNA等，以及文字信息，采集輸入微處理器，進行信息融合后，通過網(wǎng)絡寫入后臺個體生物特征信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并可與其他有關軍人的軍事信息，政治信息，醫(yī)療、被裝、工薪、住房等供應關系信息等進行數(shù)據(jù)關聯(lián)。同時，產(chǎn)生一個唯一的ID序列號，并由RFI D讀寫器及其生物特征輔助信息寫入RFI D卡中。然后，識別時只需用RFID讀寫器讀取ID和生物特征輔助信息，輸入計算機終端后，經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡或局域網(wǎng)在個體生物特征信息數(shù)據(jù)庫中對其進行匹配查詢。如圖1：

其中計算機終端可應用基于Windows . net操作系統(tǒng)的微型計算機，內(nèi)部配置RFID讀寫器，并由擴展接口，連接生物特征采集器，除DNA外，目前可對其他特征實時采集、讀寫。RFI D卡中的信息在寫入的同時需對其進行加密保護。最終建立個體生物特征信息數(shù)據(jù)庫。以下主要針對生物特征的采集、多模態(tài)生物特征信息的融合與RFID系統(tǒng)的設計詳細論述。

2 生物特征的采集設計

2.1 生物特征識別技術

生物特征識別技術就是指通過計算機與光學聲學和生物統(tǒng)計學原理等相結合，利用人體固有的生理或行為特征，來進行個人身份識別和鑒定的科學。人們通常將生理特征和行為特征統(tǒng)稱為生物特征。生理特征與生俱來，多為先天性的；行為特征則是習慣使然，多為后天性的。然而，人類任何生理或行為特征為實現(xiàn)身份識別，必須滿足以下幾個條件：

第一，普遍性：即必須每個人都具備這種特征；

第二，唯一性：即任何兩個人的特征是不一樣的；

第三，可采集性：即特征可測量；

第四，穩(wěn)定性：即特征在一段時間內(nèi)不改變。

同時，在實際應用時，還應考慮其他因素：實時性和準確性等等。常用的生物特征包括：指紋、掌紋、人臉、虹膜、視網(wǎng)膜、DNA、手形、簽名、語音、步態(tài)等。與傳統(tǒng)的基于口令和身份號碼的身份識別方法相比，生物特征識別技術具有不易遺忘或丟失；防偽性能好，不易偽造或被盜；隨身攜帶0，隨時隨地可用；價格低廉、易用性高、安全保密等諸多優(yōu)點。下面分別介紹系統(tǒng)中用到的生物特征識別技術。

2.2 指紋識別技術

指紋識別技術主要包括：讀取指紋圖像、特征提取、模式匹配。首先通過指紋讀取設備讀取到人指紋的圖像，再對原始圖像進行預處理，使之更清晰。接下來進行特征提取，指紋特征提取算法由以下三步組成： （圖2）

（a）讀取指紋圖像；（ b）區(qū)域定位；（ c）脊特征圖形；（d）細節(jié)提取

方向場估計：即對輸入圖像的方向場進行估計。確定可用區(qū)域

脊特征提?。杭刺崛〖固卣鞑⑦M行細化

細節(jié)檢測及后處理：即從細化的脊特征圖中提取細節(jié)，確定脊特征參數(shù)坐標、方向角及和脊相互關系。

用指紋識別技術建立指紋的數(shù)據(jù)庫，從指紋上找到被稱為/細節(jié)0的數(shù)據(jù)點，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置。有的算法把節(jié)點和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個節(jié)點之間的關系，也有的算法針對整幅指紋圖像進行處理。把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果，從而達到鑒別個人身份的目的（圖3）。

指紋自動識別系統(tǒng)是通過將輸入的指紋與數(shù)據(jù)庫里的指紋相比較從而實現(xiàn)識別的，因此它要求數(shù)據(jù)庫的容量足夠大，同時，實驗表明指紋識別系統(tǒng)的輸入傳感器對大約4 %的人的指紋不能提供足夠高質量的指紋圖像以用于識別，包括手指上的皮膚有傷疤、有繃帶包扎、長繭、皮膚干燥、干濕度、病態(tài)的皮膚、老皮膚、特別光滑的皮膚、手指窄小和輸入傳感器受污染等都會影響指紋的識別效果。

2.3 人臉信號的采集

人臉識別系統(tǒng)的原理如圖4所示。首先，，由傳感器如CCD攝像機捕獲人臉圖像；其次經(jīng)預處理來提高圖像的品質；再根據(jù)人臉檢測來定位人臉并將人臉圖像設置成預先定義的尺寸；特征提取用于抽取有效特征以降低原模式空間的維數(shù)，分類器則根據(jù)特征來做出決策分類。最后，將已檢測到的待識別的人臉與數(shù)據(jù)庫中的已知人臉進行比較匹配，得出識別結果。

人臉識別方法主要有：基于側面人臉幾何特征的方法、正面人臉特征方法、正面人臉特征和側面人臉特征的混合法、模板匹配法、主元分析法、等密度線圖法、多模板相關方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的模板匹配法等。

2.4 其他個人基本信息

DNA識別是利用人體細胞中DNA分子結構的獨特性和永久性，進一步深度識別個體身份，以致彌補指紋和面像識別技術中的不足，完善系統(tǒng)識別的準確性。然而，與指紋、人臉信息相比，人體每一個細胞和組織的DNA序列都是一樣的。這種識別方法的準確性優(yōu)于其他任何生物特征識別方法，因此，廣泛應用于犯罪偵破。它的主要問題是使用者的倫理問題和實際的可接受性， DNA模式識別必須在實驗室中進行，難以達到實時以及抗干擾，耗時長是另一個問題，從而限制了DNA識別技術的使用；此外，某些特殊疾病也可能改變?nèi)梭wDNA的結構，系統(tǒng)無法對這類人群進行識別。由于DNA識別周期太長，序列的測繪最快也需一個月。因此，它的實時性、抗干擾性，以及某些疾病引起人體DNA的結構改變，是構成影響DNA識別實際應用于識別系統(tǒng)的主要問題。