指紋識別技術的基本原理及過程

時間：2013-10-11 15:18:13

關鍵字：指紋識別技術指紋采集采集器光學

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[導讀]盡管指紋識別技術已經(jīng)進入了民用領域，但是其工作原理其實還是比較復雜的。與人工處理不同，生物識別技術公司不直接存儲指紋的圖像。多年來，各生物識別技術公司及其研究機構研究了許多指紋識別算法(美國有關法律認為

盡管指紋識別技術已經(jīng)進入了民用領域，但是其工作原理其實還是比較復雜的。與人工處理不同，生物識別技術公司不直接存儲指紋的圖像。多年來，各生物識別技術公司及其研究機構研究了許多指紋識別算法(美國有關法律認為，指紋圖像屬于個人隱私，因此不能直接存儲指紋圖像)。但各種識別算法最終都歸結為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。這就是指紋識別技術的基本原理，即采集指紋圖像并進行比對指紋特征。

指紋的特征
從普遍意義上來講，可以定義指紋的兩類特征來進行指紋的驗證：總體特征和局部特征。
總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。它包括：

1、基本紋型
常見的指紋圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型，其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案，只是一個粗略的分類，僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠遠不夠的，但通過分類可以更加便利于在大數(shù)據(jù)庫中搜尋到指紋。

2、模式區(qū)(Pattern Area)
模式區(qū)是包含了紋型特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。

3、核心點(Core Point)
核心點位于指紋紋路的漸進中心，它用于讀取指紋和比對指紋時的參考點。

4、三角點(Delta)
三角點位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉處，或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數(shù)和跟蹤的開始之處。

5、式樣線( Type Lines)
式樣線是在指紋包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側線開始連續(xù)延伸。

6、紋數(shù)( Ridge Count)
紋數(shù)是指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計算指紋的紋數(shù)時，一般先連接核心點和三角點，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認為是指紋的紋數(shù)。
局部特征是指指紋上的節(jié)點。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。局部特征點有如下的類型：
1)節(jié)點：指紋紋路并不是連續(xù)、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或彎折的。這些斷點、分叉點和轉折點就稱為“節(jié)點”。就是這些節(jié)點提供了指紋唯一性的確認信息。
2)端點：一條紋線終止的地方；
3)分叉點：一條紋線分裂成兩條的地方；
4)中心點：指紋的幾何中心，這是紋線產(chǎn)生最大曲率的地方；
5)三角點：三種不同方向的紋線匯聚的地方；
6)交叉：兩條紋線產(chǎn)生交叉的地方；
7)小島：一條很短小的紋線；
8)汗腺孔：脊線上的小孔，系汗腺。以上這些特征被用來區(qū)分不同的指紋。其中：

1.端點和分叉點是最為常用的特征。通常的算法都要記錄它們的位置和方向。
2. 中心點和三角點在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因為這些應用中所使用的采集器往往面積較小，較難完整地采集到中心點和三角點。
3.交叉和小島由于計算上的困難，在實際的系統(tǒng)中往往不予采用。
4.有人曾提出用汗腺孔來進行指紋識別，但這種方法要求指紋采集設備要具有非常高的分辨率。所以在實際的系統(tǒng)中沒有采用。

指紋識別的過程
指紋識別由兩個過程組成，即登記過程和識別過程。其原理如圖1 所示：

圖1 指紋識別的過程

在登記過程中，用戶需要先采集指紋，然后計算機系統(tǒng)將自動進行特征提取，提取后的特征將作為模板保存在數(shù)據(jù)庫或其他指定的地方。在識別或驗證階段，用戶首先要采集指紋，然后經(jīng)系統(tǒng)自動進行指紋庫模板比對，然后給出比對結果。
在很多場合，用戶可能還要輸入其他的一些輔助信息，以幫助系統(tǒng)進行匹配，如帳號、用戶名等。此過程是一個通用的過程，對所有的生物特征識別技術都適用。

指紋采集的方式
目前市場上常用的指紋采集設備有三種：光學式、硅芯片式、超聲波式。這三種形式的采集技術性能對比見表1：

表1 光學、電容與超聲波采集技術的性能比較

1、光學式
光學指紋采集器是最早的指紋采集器，也是目前使用最為普遍的。它有如下優(yōu)點：