心电身份识别技术的警务应用前瞻

辛 昊

（中国人民警察大学广州校区边防业务教研室，广东 广州510663）

生物特征识别技术凭借便捷、可靠、低成本的特性，愈加得到人们的关注、认可。生物特征身份识别技术（Biometric Identification Technology,BIT）即通过获取和分析人体特征，实现身份的自动鉴别的技术。生物特征主要有两大类，即人类的生理特征和行为特征，通过对这两大类特征进行采集分析，身份识别过程可以取得较高的安全性。常见的生物特征识别技术：DNA识别技术、步态识别技术、指纹识别技术、人脸识别技术、虹膜识别技术。

现有的生物特征识别技术虽然种类繁多、便捷可靠，但都会存在或多或少的安全问题或漏洞，任何单一的识别方式已不能满足人们的现实需要，现在的发展趋势集中在多模态融合识别和探索新型的生物识别技术。心电图（Electrocardiogram,ECG）即利用心电图仪器来描记心脏活动产生的电位变化而得到的图形。根据公开资料显示，1996年美国科学家利用ECG信号来对不同个体进行识别，人们就开始在进行身份识别时使用ECG信号了。

1 心电身份识别技术概述

基于ECG的身份识别方案就是新型生物识别方案的代表。ECG是人体最常见的生理信号，是由心脏产生的微弱电压的规律信号，反映心脏健康水平。ECG是与生俱来的生理信号，心跳伴随着一生，且蕴含了多项的生物信息。由于心脏构造不一样，所产生的信号具有明显差异，且个体心电信号不完全相同，因此个体间心电信号存在的差异性为身份识别打下了基础。

1.1 心电身份识别技术的特点

1.1.1 心电信号具有唯一性

个体的健康状况和生长环境，决定了个体的心脏形态存在差异，不同形态的心脏，产生的信号又具有差别。

1.1.2 心电信号具有可采集性

个体的心电信号的采集、读取和别对十分方便，最典型的就是接触式的采集工具，例如：医院的传统心电图仪、手握式心电图采集设备以及穿戴式心电图采集设备。目前，已经有非接触式的采集工具问世，这将是心电身份识别技术日后广泛应用的重要基础。

1.1.3 心电信号具有易处理性

即采集到的心电信号是一维信号，可以高效的对其进行存储、比对。

1.1.4 心电信号具有较高的安全性

即心电信号具备的活性，以复杂的电信号进行展示，所以很难被伪造和仿冒。

1.2 国内外研究现状

传统生物识别技术的发展遇到了瓶颈，技术的短板也日渐增多，尚未实际应用的人体心电信号是目前身份识别领域里新的研究方向。国际上通用的心电身份识别方法目前来说主要由基于心电特征点和基于心电波形形态这两大类方法组成。

1.2.1 基于特征点的心电身份识别

Israel等人提取了一条心电波形的15个特征信息，在对29个人的识别实验中，取得了100%的正确识别率。天津理工大学的陈辰、郑刚等首先提取了26个心电特征，利用筛选出来的9个特征取得了99.7%的正确识别率，利用筛选出来的17个特征在自采的120个健康个体心电数据中取得了94.8%的正确识别率。［1］

1.2.2 基于波形形态的心电身份识别

Porée、Fabienne等人记录了不同个体在平躺、站立、运动三种不同状态下的心电记录，在对自采数据库的14名健康个体的实验中，最好的识别率为100%。天津理工大学的麻妙玲等人利用基于高斯混合模型的心电波形筛选方法，建立单心动周期标准心电波形，在对52个个体的识别实验中取得了91.05%的正确识别率。

2 心电身份识别的问题及难点

从国内外研究现状可以看出：基于ECG信号身份识别实验虽然取得了较高的识别率，部分实验甚至能达到100%的识别率，但是还存在着一些问题。第一，缺少实际采集的数据支撑；第二，实验个体的数据量过少，不具备足够的说服力。那么将心电身份识别技术应用到警务活动中还需要解决两个难点。

2.1 难以确保识别的准确率

实验样本较少时，个体的心电信号差异显得比较突出，当样本增多时，个体心电信号间的特征差异趋向接近，所以从实验到应用，任重道远。

2.2 难以确保识别的效率

目前，实验场景下，样本规模较小，当数据量不断增大，达到数千级、数万级的时候，识别的时间就必定会大幅度增加，而冗长的识别时间就会降低工作效率。

3 心电身份识别技术的警务应用

案例，某地暴乱分子在实施暴乱犯罪行为时，统一穿着黑色服装、面带口罩等进行身份掩饰。警方通过各种手段获取大量暴力犯罪视频证据，但因无法对蒙面暴徒进行身份识别，故很难对其进行精准抓捕、精确打击，给警方开展行动造成很大的被动。对这种成千上万的人进行面部掩饰的大规模暴乱，现有的高科技侦查手段，如：人脸识别、声纹识别、虹膜识别、结构化视频、手机定位等，都无法发挥应有作用。

3.1 非接触式心电身份识别系统

该系统是指利用多普勒雷达远程扫描采集人体心脏物理学和生物学特征数据，并上传至身份识别认证数据库，当再次采集到与数据库存储一致的人体心纹数据时，就可以对该人身份进行同一性认证。再辅以人脸识别技术，即可对未知身份人员进行唯一性确认，这是人体生物学非接触识别技术领域又一最新研究成果。

美国布法罗大学华人科学家许文耀团队已经成功研制出利用雷达远距离采集分析活体心脏的大小、形状以及心脏波动等特质数据并进行身份识别的技术。该技术的雷达信号强度比目前普遍使用的Wi-Fi信号还弱，系统功率只有5毫瓦，辐射强度不及智能手机的1%，因此不会对人体健康构成威胁。研究人员通过对78人检验发现，平均扫描精准度能够达到98.61%，误差率仅为4.42%。随着人工智能技术的飞速发展，其精准度还能得到更大地提升、误差率也将会极大地下降。对警方来说，“非接触式心电身份识别系统”将是对大规模蒙面暴徒开展身份识别认证的又一重要利器，再复合应用现场高清摄像头固定的暴力犯罪行为视频证据，就能够对蒙面暴徒的行为和身份开展1∶1确认，进而对蒙面暴徒进行卓有成效地精准打击。

3.2 非接触式心电身份识别系统的未来展望

目前，根据相关研究结论，“非接触式心电身份识别系统”能够衍生出探头式、手持式、移动式的采集终端，甚至会继续减小终端的尺寸，以便使其能被安装在计算机键盘、ATM机的某个角落。探测角落可以从设计之初的30m延伸到更远。如果应用得当，该系统不仅能够为警方精准识别大规模蒙面暴徒的真实身份提供强力支撑，还可以为其他案件的侦查提供证据支持。