多生物特征身份认证的优化组合设计VIP

1、多生物特征身份认证的优化组合设计摘要：基于不同生物特征身份认证识别率、造价等方面的考虑，从 实际应用需求出发，建立多目标规划模型，列举四项生物特征评价指 标，采用0-1线性整数规划的方法，给出几种不同应用场合的成本和权 重，利用MATLAB得到优化结果，比较结果发现该方法有效。关键词：生物特征；身份认证；多目标规划；优化组合。引言要害部位的安全性对身份认证技术提出了越来越高的要求，生物 特征识别成为关注热点。单一的生物特征识别技术存在识别率低、安全 性差等问题，多生物特征身份识别技术因综合了单生物特征识别的优 点，成为一种发展趋势。如何在经济性、防伪性、稳定性、便捷性等约 束条件下，从众多单一

2、生物特征中挑选出最优化的组合方案，是研究 多生物特征识别技术要考虑的问题。本文从多目标规划的角度，对多生 物特征进行优化选取，达到对不同场所给出相应的优化组合的目的。1多目标规划模型多目标规划的方法主要有约束法、分层序列法、评价函数法等。本 文选取评价函数法建立模型，其基本思想是：借助几何或应用中的直观 背景，构造评价函数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题,然后利用单目标优化问题的求解方法求出最优解， 并把这种最优化解 当作多目标优化问题的最优解1。构造评价函数的方法，常用到的有主要目标法、线性加权和法、平 方和加权法、理想点法、乘除法、几何平均法等。在此实际应用中，出 于对重要会议出入口

3、、军事营区出入口等不同被保护目标的安全性 考 虑，不同场所的重要程度不同，所选取的权重系数不同，采用线性 加权 和法构造评价函数，其表达形式为：附二7畤g式中：m为目标函数线性加权个数，为权重系数，则有多目标线 性规划的一般形式如式（2）所示2：住lM.1IX,A R.FXL 康”7$Z7由此，将多目标规划问题转化为单目标规划问题，在求解此整数规 划问题时，考虑到运算的简洁性和决策结果的特殊性，式中变量分别取 0或1,即转化为0-1型整数规划的问题求解。2多生物特征组合模型的建立2.1 生物特征选取与评价指标的选用3-5人体的生物特征可分为生理特征和行为特征。其中生理特征表现 为人脸、指纹、手

4、型、掌纹、耳型、DNA、虹膜、视网膜、骨架等；行为特征表现为签名动作、击键的节奏、说话的声音、行走的姿态本文为研究需要，根据此特征分类，将特征分为两大类，即第一类生理特征，选取指纹、人脸、虹膜三种特征；第二类行为特征，选取说话声音、行走姿态、签名动作三种特征对于重要性不同的应用场合，我们可以从经济性、防伪性、稳定性 和便捷性等方面进行评价。表1为各种生物特征识别技术的评价指标。SMpFV，W4.%AMA.3 Ir21伦呼 hlwIK:兀HEQS.irill：IE-1 ECE 7E4NL-m冷5t H2 fl.M2 St19t 5 K9AA9-5 3c礼a2.2 多生物特征选取模型的建立在实际应

5、用中，重要会议出入口、军事营区入口等场所，常将安 保 问题放在首位，同时也将设备稳定性与使用便捷性等考虑在内， 因 此，在四个评价指标中，可将衡量生物特征性能指标中的防伪性、稳定 性与便捷性作为目标函数，而把经济性作为一项重要的约束条件。且设 定防伪性的目标函数值为，稳定性的目标函数值为，便捷性的目 标函数值为。设定防伪性的权系数为，稳定性的权系数为，便捷性的权 系数为。约束条件界定为：(1)从第一类中至少选一种，至多选二种;(2)从第二类中至少选一种，至多选二种；(3) 每种特征组合中至少选取二种，至多选取三种设第一类生物特征变量为，第二类生物特征变量为。上节提到为简化计算，分别将两类生物特

6、征变量取为0-1变量。这样可以建立各目标函数:A代一 ML 小/rJL i拭略 T厂生产e拿积* i升匚,2I mi f 14V 也耳，* 4I:T上口电x优 H卜h*匕气巴：叶叫卜肛人卜JX,-I? ；=?- ：- r 补嗝+*卜首：Ht VAi T 讥 曲 r 和 IV. *小ijl gc. I ACie 吕 5 L - J她 MA AJ：bAA 4拿卜 MUII t*、斗： ， 辛乌舛.中耳压%，3，八八 1入，A 2M 1%44一料I一II礼A 叫球 引 4网1.4 B. II4.J(T4 4N雪草.2.3评价指标分值的确定及数学表达由于各生物特征识别技术的复杂性、发展成熟程度以及市场

7、化程度等的不同，各生物特征的各自评价指标会有不同程度上的差别。根据各种生物识别技术的优缺点以及应用中的情况，使用专家评分法对 评价指标经济性、防伪性、稳定性、便捷性在0,1内打分，本文实验 数据由相关资料参考得到，各评价指标分值如表2所示：耳说1=P.口尺卡：J：g !.E =；。码,“孔娱iFIt十口第巧汁棒十补宁+汕骨：Ff埴件卜I九* J/*谭时茅主株祥。弊化母严剧象辱v 受*3多生物特征优化组合的MATLAB求解0-1型整数规划常用解法为穷举法和隐枚举法。穷举法在变量较多时，计算量较为庞大，这里采取MATLAB7.0,建立m文件，根据 式(5)、式(6)的数学表达与2.3节指标值，调用

8、函数bintprog ()求解此0-1线性整数规划问题。根据实际的情况和不同场所要进行安保对象的不同，采用不同的多生物特征组合，设定不同的成本代价、各评价指标权重。他.口煤创3图!u吟 鞋创坦声苫唇性袍补“川气/tie讯LLJ彳x.H a二岂绘叮4屿*涓I.二$书也斗5. a： ru.i|ill-厂,*? 戈丁： ”箴，丘主粘呛研M朴事吕停1心吗匕脚宦佚杆幻yr$,WfiltYK ”E3. Kn.MoULHtX: .LS?CL9I加LK5(L.ft a.ii：3L9ELM K X:LI.H. J附w w (X1：11抻住11SaL :才!1HLNia3lKX 1,1-LW4 IL9AEL aW

9、l 1 3 ： ； UMi制富书 39TLMa M 411.SLL1 i.rCW. IVL11分别给定成本预算、权重系数，根据1、2组的比较可以得到，当 成本预算相同时，根据实际需保护的目标不同，改变评价指标的权重，可以得到与之匹配的优化组合；由3、4得到权重相同时，改 变成本预算也可以改变相应的生物特征组合。实验过程中，采用0-1线性整数规划，输入相同的预算成本或权重系数可能会得到相同的结果，但输出的实际成本会有不同，考虑到成本与评价指标的共同约束 性，此时尽量选择不同的成本和权重。由此可以得到，当安保的部位确定后 可以根据预算成本和各评价指标的权重来确定采取的身份认证手段从而 综合多种生物特征识别的优点，提高识别率，起到对要点部位的安全防 范。4结束语本文从重要场所出入口身份识别认证的需求出发，运用多目标规划模型，建立多生物特征的目标函数，利用线性加权和法得到评价函 数，用最优化方法求解了重要目标多种生物特征识别的优化组合问题， 通过MATLAB7.0实验得出结果后，经反算验证，在约束条件下，得到 的组合是最优化组合，为后续的信息融合提供依据，也为不同军事目标 的防护提供了较好的参考。参考文献1曹卫华，郭正.最优化技术方法及MATLAB的实现M.北京：化 学工业出版社，2005.2周赤非.新编军事运筹学M.北京：军事科学出版社