指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及展望

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展及展望1.指紋及指紋識(shí)別技術(shù)概述 我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會(huì)形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚表面的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。指紋指手指表面由交替的“脊”（ridges）和“溝”（valleys）組成的平滑紋理模式，其形成取決于胚胎中形成手指表皮部分的初始環(huán)境，有很強(qiáng)的隨機(jī)性。人們也注意到，包括指紋在內(nèi)的這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，也就是說，是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一

2、個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來，通過比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。這種依靠人體的身體特征來進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)稱為生物識(shí)別技術(shù)，指紋識(shí)別是生物識(shí)別技術(shù)的一種。 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)是集傳感器技術(shù)、生物技術(shù)、數(shù)字圖像處理、模式匹配、電子技術(shù)于一體的高新技術(shù)，由于它具有唯一性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已在計(jì)算機(jī)自動(dòng)化辦公系統(tǒng)、金融、保險(xiǎn)、證券、電子商務(wù)、社保、身份證管理等行業(yè)以及軍方和警方的得到普遍應(yīng)用。自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)可以分為兩類，即驗(yàn)證(Verification)和辨識(shí)(Identification)。 驗(yàn)證就是通過把一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋與一個(gè)己經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對(duì)一的比對(duì)（one-t

3、o-one matching），來確認(rèn)身份的過程。作為驗(yàn)證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫(kù)中已經(jīng)注冊(cè)。指紋以一定的壓縮格式存貯，并與其姓名或其標(biāo)識(shí)（ID，PIN）聯(lián)系起來。辨識(shí)則是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)厙中的指紋逐一對(duì)比，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋。這也叫“一對(duì)多匹配（one-to-many matching）”。 2.傳統(tǒng)的安全機(jī)制受到挑戰(zhàn) 現(xiàn)行的許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，包括許多非常機(jī)密的系統(tǒng)，都是使用用戶ID+密碼的方法來進(jìn)行用戶的身份認(rèn)證和訪問控制的。實(shí)際上，這種方案隱含著一些問題。例如，密碼容易被忘記，也容易被別人竊取。而且，如果用戶忘記了他的密碼，他就不能進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)然可以通

4、過系統(tǒng)管理員重新設(shè)定密碼來重新開始工作，但是一旦系統(tǒng)管理員忘記了自己的密碼，整個(gè)系統(tǒng)也許只有重新安裝后才能工作。有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查表明，因?yàn)橥浢艽a而產(chǎn)生的問題已經(jīng)成為IT廠商售后服務(wù)的最常見問題之一；密碼被別人盜取則更是一件可怕的事情，因?yàn)橛眯牟涣嫉娜丝赡軙?huì)進(jìn)一步竊取公司機(jī)密數(shù)據(jù)、可能會(huì)盜用別人的名義做不正當(dāng)?shù)氖虑椤⑸踔翉你y行、ATM終端上提取別人的巨額存款。實(shí)際上，密碼的盜取比較容易，別人只要留意你在計(jì)算機(jī)終端前輸入口令時(shí)的擊鍵動(dòng)作就可以知道你的密碼，甚至可以通過你的生日、年齡、姓名或者其他一些信息猜出你的密碼。密碼還可以被破解，眾所周知，美國(guó)一些高度機(jī)密軍事機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)曾不止一次被黑客侵

5、入，黑客們實(shí)際上就是破解了這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的某一合法用戶的密碼來開始的。盡管現(xiàn)行系統(tǒng)通過要求用戶及時(shí)改變他們的口令來防止盜用口令行為，但這種方法不但增加了用戶的記憶負(fù)擔(dān)，也不能從根本上解決問題。 除了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用系統(tǒng)外，一些傳統(tǒng)的需要進(jìn)行身份驗(yàn)證的場(chǎng)合，也存在著類似的安全性問題。例如證件的偽造和盜用、不正當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)借等。一些犯罪通過偽造證件進(jìn)入機(jī)密場(chǎng)所以竊取機(jī)密信息，有的犯罪偽造簽證和護(hù)照非法入境或移民，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的證件使用了易于偽造、未經(jīng)加密的紙制證件。另一個(gè)例子是考勤機(jī)，它的使用方便了企業(yè)進(jìn)行職工的考勤管理，但使領(lǐng)導(dǎo)頭疼的是經(jīng)常有人弄虛作假，代別人打卡。丟了鑰匙不僅打不開門，還要當(dāng)心壞人

6、拾到你的鑰匙盜取你的家財(cái)，其他使用鑰匙的場(chǎng)合同樣也有如此的問題 總之，在我們今天的工作生活中，無論你是到銀行取錢、到網(wǎng)上交易，還是注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、購(gòu)物，甚至到朋友單位去拜訪，太多太多的場(chǎng)合都需要身份的認(rèn)證，而傳統(tǒng)的基于標(biāo)志和知識(shí)的身份認(rèn)證技術(shù)由于受到證件偽造以及密碼破解等威脅，逐漸表現(xiàn)得有些力不從心。這些問題都說明，現(xiàn)行的系統(tǒng)安全技術(shù)己遇到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 3.自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的逐漸走紅 由于人體的身體特征具有不可復(fù)制的特點(diǎn)，人們把目光轉(zhuǎn)向了生物識(shí)別技術(shù)，希望可以籍此技術(shù)來應(yīng)付現(xiàn)行系統(tǒng)安全所面臨的挑戰(zhàn)。要把人體的特征用于身份識(shí)別，這些特征必須具有唯一性和穩(wěn)定性。研究和經(jīng)驗(yàn)表明，人的指紋、掌紋、手形、

7、臉型、聲音、虹膜、視網(wǎng)膜等都具有唯一性和穩(wěn)定性的特征，即每個(gè)人的這些特征都與別人不同、且終生不變，因此就可以據(jù)此識(shí)別出人的身份?；谶@些特征，人們發(fā)展了指紋識(shí)別、面部識(shí)別、發(fā)音識(shí)別等多種生物識(shí)別技術(shù)，目前許多技術(shù)都己經(jīng)成熟并得以應(yīng)用，其中的指紋識(shí)別技術(shù)更是生物識(shí)別技術(shù)的熱點(diǎn)。相對(duì)于其它身份認(rèn)證技術(shù)，自動(dòng)指紋識(shí)別是一種更為理想的身份確認(rèn)技術(shù)，用自動(dòng)指紋識(shí)別不僅具有許多獨(dú)到的信息安全優(yōu)點(diǎn)，更重要的是還具有很高的實(shí)用性、可行性。自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)（AFIS）出現(xiàn)后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于價(jià)格、技術(shù)、人們的需求等主客觀因素，只應(yīng)用在銀行、公安等特殊部門。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，半導(dǎo)體傳感器的出現(xiàn)，指紋識(shí)別系統(tǒng)

8、的價(jià)格也不斷下降，使得過去高高在上的指紋識(shí)別技術(shù)，終于走入了市場(chǎng)廣大的普通民用領(lǐng)域，逐漸走入我們的日常生活之中。目前在世界上許多公司和研究機(jī)構(gòu)都在指紋識(shí)別技術(shù)的研究中取得一些突破性技術(shù)，從而推出了許多新產(chǎn)品，這些產(chǎn)品己經(jīng)開始在諸多領(lǐng)域得以運(yùn)用。 指紋識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展主要得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠算法的研究。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡(jiǎn)單的相等與不相等的問題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指

9、紋的比對(duì)運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識(shí)別技術(shù)己經(jīng)非常實(shí)用。 4.自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的原理 基于指紋的身份識(shí)別系統(tǒng)是典型的模式識(shí)別系統(tǒng)。它包含兩個(gè)主要的模塊：離線訓(xùn)練模塊和在線識(shí)別模塊（鑒定或識(shí)別）。離線訓(xùn)練模塊指采集指紋數(shù)據(jù)，提取代表這些數(shù)據(jù)的特征，將特征和相關(guān)的身份信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)；在線鑒別模塊采集待識(shí)別樣本的生物統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提取特征，然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中根據(jù)提取的特征進(jìn)行檢索，找到最佳匹配(鑒定模式)或者根據(jù)用戶所宣稱的身份，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出相應(yīng)的特征，決定它們是否匹配。自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)大致包括指紋采集、指紋分類、特征提取和指紋匹配等內(nèi)容。 4.1指紋圖像采集 從采集方式來看，所采到

10、的指紋基本可以分為三類：捺印指紋、活體指紋和模糊指紋。 捺印指紋指的是將沾了印墨的手指按壓在某種東西（通常是紙）上留下指紋的痕跡，再經(jīng)相應(yīng)設(shè)備轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的信息，就得到捺印指紋圖像。捺印指紋采集到的有效指紋面積比較大，但因采集方式所限，采集速度較慢，指紋缺陷較多，且采集的質(zhì)量難以嚴(yán)格控制。 活體指紋是指用活體指紋錄入儀采集的指紋。根據(jù)錄入原理的不同，活體指紋錄入儀可分為光反射式、電感式、電容式和超聲反射式等幾種。根據(jù)采集時(shí)指頭是否與指紋錄入儀接觸，又可分為接觸式和非接觸式。經(jīng)活體指紋采集設(shè)備得到的是數(shù)字化的指紋圖像，相比較而言，活體指紋的質(zhì)量是最好的。 模糊指紋一般是指在犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋。

11、將罪犯無意中遺留在犯罪現(xiàn)場(chǎng)的指紋痕跡經(jīng)過顯影、拍照和掃描等技術(shù)處理而得到的指紋圖像。 其中活體指紋采集技術(shù)目前應(yīng)用最廣泛，當(dāng)今所使用的主要指紋采集技術(shù)有光學(xué)指紋采集技術(shù)，半導(dǎo)體指紋采集技術(shù)和超聲波指紋采集技術(shù)。 4.1.1 光學(xué)指紋圖像采集技術(shù) 光學(xué)指紋采集技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的指紋采集技術(shù)，光學(xué)指紋采集設(shè)備原理是光的全反射。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別

12、的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。 光學(xué)采集設(shè)備有著許多優(yōu)勢(shì)：它經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，能承受一定程度溫度變化，穩(wěn)定性很好，成本相對(duì)較低，并能提供分辨率為500dpi的圖像。 光學(xué)采集設(shè)備也有不足之處，主要表現(xiàn)在圖像尺寸和潛在指印兩個(gè)方面。臺(tái)板必須足夠大才能獲得質(zhì)量較好的圖像。潛在指印是手指在臺(tái)板上按完后留下的，這種潛在指印降低了指紋圖像的質(zhì)量。嚴(yán)重的潛在指印會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)指印的重疊。另外臺(tái)板上的涂層(膜)和CCD陣列隨著時(shí)間的推移會(huì)有損耗，精確度會(huì)降低。 4.1.2 半導(dǎo)體指紋采集技術(shù) 半導(dǎo)體傳感器是含有微型晶體的平面通過多種技術(shù)來繪制指紋圖像。主要有硅電容傳感器、半導(dǎo)體壓感式傳感器

13、和半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器。 硅電容指紋圖像傳感器是最常見的半導(dǎo)體指紋傳感器，它通過電子度量來捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約100，000個(gè)電容傳感器，其外面是絕緣的表面。傳感器陣列的每一點(diǎn)是一個(gè)金屬電極，充當(dāng)電容器的一極，按在傳感面上的手指頭的對(duì)應(yīng)點(diǎn)則作為另一極，傳感面形成兩極之間的介電層。由于指紋的脊和谷相對(duì)于另一極之間的距離不同(紋路深淺的存在)，導(dǎo)致硅表面電容陣列的各個(gè)電容值不同，測(cè)量并記錄各點(diǎn)的電容值，就可以獲得具有灰度級(jí)的指紋圖像。半導(dǎo)體壓感式傳感器表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，它們依照指紋的外表地形(凹凸)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號(hào)，并進(jìn)一步產(chǎn)生具有灰度級(jí)的指紋圖像。半導(dǎo)體溫

14、度感應(yīng)傳感器通過感應(yīng)壓在設(shè)備上的脊和遠(yuǎn)離設(shè)備的谷溫度的不同就可以獲得指紋圖像。 半導(dǎo)體指紋傳感器采用了自動(dòng)控制技術(shù)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)指紋圖像像素行以及指紋局部范圍的敏感程度，在不同的環(huán)境下結(jié)合反饋的信息便可產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像。半導(dǎo)體指紋采集設(shè)備可以獲得相當(dāng)精確的指紋圖像，分辨率可高達(dá)600dpi，并且指紋采集時(shí)不需要象光學(xué)采集設(shè)備那樣，要求有較大面積的采集頭。由于半導(dǎo)體芯片的體積小巧，功耗很低，可以集成到許多現(xiàn)有設(shè)備中，這是光學(xué)采集設(shè)備所無法比擬的。早期半導(dǎo)體傳感器最主要的弱點(diǎn)在于：容易受到靜電的影響，使得傳感器有時(shí)會(huì)取不到圖像，甚至?xí)粨p壞，手指的汗液中的鹽分或者其他的污物，以及手指磨損都會(huì)使半導(dǎo)

15、體傳感器的取像很困難。另外，它們并不象玻璃一樣耐磨損，從而影響使用壽命。 4.1.3 超聲波指紋圖像采集技術(shù) 超聲波指紋圖像采集技術(shù)被認(rèn)為是指紋采集技術(shù)中最好的一種，但在指紋識(shí)別系統(tǒng)中還不多見，成本很高，而且還處于實(shí)驗(yàn)室階段。超聲波指紋取像的原理是：當(dāng)超聲波掃描指紋的表面，緊接著接收設(shè)備獲取的其反射信號(hào)，由于指紋的脊和谷的聲阻抗的不同，導(dǎo)致反射回接受器的超聲波的能量不同，測(cè)量超聲波能量大小，進(jìn)而獲得指紋灰度圖像。積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超聲波取像影響不大。所以這樣獲取的圖像是實(shí)際指紋紋路凹凸的真實(shí)反映。 總之，這幾種指紋采集技術(shù)都具有它們各自的優(yōu)勢(shì)，也有各自的缺點(diǎn)。超聲波指紋圖像采集技術(shù)由于

16、其成本過高，還沒有應(yīng)用到指紋識(shí)別系統(tǒng)中。通常半導(dǎo)體傳感器的指紋采集區(qū)域小于1平方英寸，光學(xué)掃描的指紋采集區(qū)域等于或大于1平方英寸，可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇采用哪種技術(shù)的指紋采集設(shè)備。 4.2 指紋分類 指紋的分類是根據(jù)紋線的全局結(jié)構(gòu)模式來進(jìn)行的。人們經(jīng)大量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，雖然紋線的全局結(jié)構(gòu)模式因人而異，但變化的種類卻是很有限的。這表明把所有指紋分別歸屬于有限的幾個(gè)類別是可能的，從而奠定了指紋分類的理論基礎(chǔ)。指紋分類是指確定一個(gè)指紋為幾類指紋中的哪一類的技術(shù)，這些預(yù)先設(shè)定的指紋類型在以前的文獻(xiàn)中已經(jīng)建立，可以為指紋數(shù)據(jù)庫(kù)提供一種索引機(jī)制。指紋分類可以看作粗水平上的指紋匹配，一個(gè)輸入指紋首先與預(yù)先設(shè)定的指

17、紋類型中某一類型的指紋進(jìn)行粗水平的指紋匹配，然后，在更精細(xì)的水平上，將輸入指紋同數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)類型的指紋子集進(jìn)行匹配。 就目前的指紋分類技術(shù)而言，指紋分類主要是根據(jù)指紋中的兩類特殊結(jié)構(gòu)core點(diǎn)（中心點(diǎn)）、delta點(diǎn)（三角點(diǎn)）的數(shù)目和位置不同而將指紋劃分為不同的類型。在大容量數(shù)據(jù)庫(kù)的指紋匹配中，指紋類別通常是作為一個(gè)索引標(biāo)志加以應(yīng)用，用來加快指紋匹配的速度。一幅指紋圖像包含了大量的信息，但在實(shí)際應(yīng)用中很難準(zhǔn)確提取和把握。通常根據(jù)所要研究的問題從中提取與所要研究問題相關(guān)的特征，然后根據(jù)特征選擇合適的方法。指紋分類處理過程一般是首先提取是和區(qū)分不同類型的指紋的特征，然后根據(jù)所選擇的特征采用結(jié)構(gòu)的、

18、句法的或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計(jì)理論等方法來進(jìn)行分類。 經(jīng)常用于指紋分類的特征有（1）奇異點(diǎn)的特征，即奇異點(diǎn)的個(gè)數(shù)、位置、奇異點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系等；（2）指紋模式區(qū)的特征，Anil K Jain等提出一種FingerCode特征來進(jìn)行描述；（3）根據(jù)指紋紋線方向計(jì)算的紋線句子描述法；（4）指紋紋線的幾何模擬曲線特征。 提取奇異點(diǎn)特征有經(jīng)典的算法，針對(duì)質(zhì)量較好的圖像可以方便提取奇異點(diǎn)。使用此類特征進(jìn)行分類，分類算法比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。使用此特征進(jìn)行分類，依賴于此特征即奇異點(diǎn)的可靠提取。奇異點(diǎn)在各種情況下的丟失造成這種方法分類準(zhǔn)確率達(dá)不到很高的標(biāo)準(zhǔn)。FingerCode特征考察了中心點(diǎn)周圍的比較多的信息，形成

19、一192維的向量來進(jìn)行描述，所以涵蓋信息較多。計(jì)算方法應(yīng)該比提取奇異點(diǎn)特征要復(fù)雜一些。分類準(zhǔn)確率較高，不過仍不能達(dá)到FBI的標(biāo)準(zhǔn)。需要進(jìn)一步深入研究。使用句法描述的特征可以將指紋詳細(xì)分類，在某些需要詳細(xì)分類的系統(tǒng)應(yīng)該有較多的使用場(chǎng)合。不過句法特征容易受指紋圖像大小影響，比較大的指紋需要很長(zhǎng)的句子才可以描述，因此給后面使用紋法進(jìn)行分類帶來較大的困難。使用幾何模擬曲線特征來描述指紋可以得到更豐富的信息，不過對(duì)指紋進(jìn)行矢量化、曲線模擬需花費(fèi)的代價(jià)較高，用此特征描述的指紋進(jìn)行分類時(shí)也需要專門為適合這種特征設(shè)計(jì)的分類器。 4.3 指紋細(xì)節(jié)特征提取和定義 指紋的細(xì)節(jié)特征可以有150種之多。但這些特征出現(xiàn)的

20、概率并不相等，很多特征是極其罕見的。一般在自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)中只使用兩種細(xì)節(jié)特征：紋線端點(diǎn)和分差點(diǎn)。紋線端點(diǎn)指的是紋線突然結(jié)束的位置，而紋線分差點(diǎn)則是紋線突然一分為二的位置。大量統(tǒng)計(jì)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用證明，這兩類特征點(diǎn)在指紋中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多、最穩(wěn)定，而且比較容易獲取。更重要的是，使用這兩類特征點(diǎn)足以描述指紋的唯一性。通過算法檢測(cè)指紋中這兩類特征點(diǎn)的數(shù)量以及每個(gè)特征點(diǎn)的類型、位置和所在區(qū)域的紋線方向是特征提取算法的任務(wù)。指紋特征提取算法由圖像與背景分離、方向信息提取、紋線提取、圖像二值化、圖像細(xì)化和細(xì)節(jié)特征提取等步驟組成。 圖像與背景分離：指紋圖像分為前景和背景兩部分，所謂前景指的是清晰的指紋紋路部分

21、，而背景指的是采集區(qū)域中無紋路或者指紋非常模糊的部分。采集到的指紋圖像一般都不可避免的存在著背景區(qū)域，如果不將指紋圖像同背景區(qū)域有效的分離開，則在處理圖像的時(shí)候需要處理整個(gè)采集區(qū)域，造成處理速度的大幅度下降，而且由于背景區(qū)域的存在，會(huì)嚴(yán)重影響各種圖像處理算法的處理效果。從背景中分離指紋圖像的目的就是確定指紋圖像的有效區(qū)域，有針對(duì)性的進(jìn)行處理，從而節(jié)約處理時(shí)間，保證處理效果。常用的方法是考察各分塊區(qū)域的灰度和方差，因?yàn)橹讣y區(qū)域是比較明顯有規(guī)律的黑白條紋的間隔，而背景區(qū)則是混亂的噪聲。 方向信息提?。悍较蛐畔⒌臏?zhǔn)確提取在自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)中非常重要，只有的獲得準(zhǔn)確的指紋紋線方向信息的基礎(chǔ)上，才能夠根

22、據(jù)它構(gòu)建合適的模板，沿指紋紋線方向?qū)D像進(jìn)行平滑，連接不應(yīng)有的間斷；沿指紋紋線方向?qū)D像進(jìn)行增強(qiáng)，保留和突出指紋圖像的固有特征信息，減少偽特征的出現(xiàn)。并且，指紋分類和指紋匹配都依賴指紋方向信息，所以指紋方向信息提取是自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的前提和基礎(chǔ)。 紋線提?。杭y線提取的主要內(nèi)容包括紋線平滑和紋線增強(qiáng)。指紋紋線是一種方向流模式，本身具有方向信息，結(jié)合紋線本身的方向信息，構(gòu)件適當(dāng)?shù)哪０?，沿著紋線切線方向?qū)y線進(jìn)行平滑處理，可以連接不應(yīng)有的間斷，沿著紋線法線方向?qū)y線進(jìn)行增強(qiáng)，可以將粘連的紋線分開。 圖像二值化：二值化是細(xì)化處理的基礎(chǔ)，一般的細(xì)化操作都是在二值化圖像上進(jìn)行的。圖像的二值化就是將原來為灰

23、度的圖像變?yōu)槎档暮诎讏D像。最簡(jiǎn)單的方法是選區(qū)固定閾值，以此為分界，大于的取為0，小于取為1。這種二值化方法在圖像灰度不均勻，深淺不一的情況下效果比較差，造成大量有用信息的丟失，在實(shí)際應(yīng)用中是行不通的。為此，可將整幅指紋圖像分塊，結(jié)合各塊圖像的特點(diǎn)，為每塊圖像選取不同的閾值，分別進(jìn)行處理。這種方法稱為局部閾值選取。 圖像細(xì)化：圖像細(xì)化操作是在二值圖像的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一幅二值化圖像的細(xì)化結(jié)果往往稱作該二值圖像的骨架，進(jìn)行細(xì)化的目的是為特征提取做準(zhǔn)備。自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)中，一般要求細(xì)化骨架是單像素寬的，細(xì)化效果要好，否則將無法使用常規(guī)的特征提取算法提取細(xì)節(jié)特征信息。細(xì)化算法種類很多，從細(xì)化處理的順序

24、看，主要包括串行細(xì)化、并行細(xì)化和混合細(xì)化。串行細(xì)化一次值處理當(dāng)前滿足條件的像素點(diǎn)，下次操作由上一次操作結(jié)果決定。并行細(xì)化同時(shí)對(duì)滿足給定條件的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，即一次處理所有像素的一個(gè)子集；混合細(xì)化則是串行細(xì)化和并行細(xì)化交互或同時(shí)進(jìn)行。 細(xì)節(jié)特征提?。撼Ｓ玫闹讣y細(xì)節(jié)特征主要包括：特征點(diǎn)的類型（是紋線端點(diǎn)還是分叉點(diǎn)）、特征點(diǎn)坐標(biāo)、特征點(diǎn)所在局部分塊圖像的紋線方向、與特征點(diǎn)相連的紋線的一段離散采樣。 4.4 指紋匹配 盡管core點(diǎn)、delta點(diǎn)的有無、數(shù)目和位置以及紋線數(shù)等在一定程度上體現(xiàn)了指紋的個(gè)性，但指紋的唯一性卻是由局部的紋線特征和以及它們的相互關(guān)系來決定的。指紋匹配最終是靠比較兩枚指紋的局部

25、紋線特征和相互關(guān)系來決定指紋的唯一性的。 由于采集設(shè)備的不完善性、采集條件的隨機(jī)性以及預(yù)處理技術(shù)的局限，使得真正特征點(diǎn)的缺失、偽特征點(diǎn)的存在和特征點(diǎn)定位偏差的情況普遍存在。所以，指紋匹配必然是一種模糊匹配，匹配算法必須要有一定的彈性。指紋匹配是指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心步驟，也是一個(gè)重要的研究課題，人們?cè)谶@方面作了很多工作。算法共同的缺點(diǎn)是時(shí)間復(fù)雜度高，準(zhǔn)確度不高，不適宜于在線的快速指紋識(shí)別。 5.自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的可靠性問題 由于計(jì)算機(jī)處理指紋時(shí)，只是涉及了指紋的一些有限的信息，而且比對(duì)算法并不是精確匹配，其結(jié)果也不能保證100%準(zhǔn)確。指紋識(shí)別系統(tǒng)的特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識(shí)別率。主要由兩部分組成，

26、拒判率(FRR)和誤判率(FAR)。我們可以根據(jù)不同的用途來調(diào)整這兩個(gè)值。FRR和FAR是成反比的。盡管指紋識(shí)別系統(tǒng)存在著可靠性問題，但其安全性也比相同可靠性級(jí)別的用戶ID+密碼方案的安全性高得多。例如采用四位數(shù)字密碼的系統(tǒng)，不安全概率為0.01%，如果同采用誤判率為0.01%指紋識(shí)別系統(tǒng)相比，由于不誠(chéng)實(shí)的人可以在一段時(shí)間內(nèi)試用所有可能的密碼，因此四位密碼并不安全，但是他絕對(duì)不可能找到一千個(gè)人去為他把所有的手指（十個(gè)手指）都試一遍。正因?yàn)槿绱?，?quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)為，在應(yīng)用中1%的誤判率就可以接受。 FRR實(shí)際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。由于FRR和FAR是相互矛盾的，這就使得在應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要權(quán)衡

27、易用性和安全性。一個(gè)有效的辦法是比對(duì)兩個(gè)或更多的指紋，從而在不損失易用性的同時(shí)，極大地提高了系統(tǒng)安全性。 6.指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)可以通過幾種方法應(yīng)用到許多方面。可以想象如果計(jì)算機(jī)上的所有系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以使用指紋驗(yàn)證的話，人們使用計(jì)算機(jī)就會(huì)非常方便和安全，用戶不再討厭必要的安全性檢查，而IT開發(fā)商的售后服務(wù)工作也會(huì)減輕許多。IBM公司已經(jīng)開發(fā)成功并廣泛應(yīng)用的Global Sign On軟件通過定義唯一的口令，或者使用指紋，就可以在公司整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上暢行無阻。 把指紋識(shí)別技術(shù)同IC卡結(jié)合起來，是目前最有前景的一個(gè)方向之一。該技術(shù)把卡的主人的指紋（加密后）存儲(chǔ)在IC卡上，并在IC卡的讀卡機(jī)上加裝指紋識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)讀卡機(jī)閱讀卡上的信息時(shí)，一并讀入持卡者的指紋，通過比對(duì)卡上的指紋與持卡者的指紋就可以確認(rèn)持卡者的是否卡的真正主人，從而進(jìn)行下一步的交易。在更加嚴(yán)格的場(chǎng)合，還可以進(jìn)一步同后端主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)上的指紋作比較。指紋IC卡可以廣泛地運(yùn)用于許多行業(yè)中，例如取代現(xiàn)行的ATM卡、制造防偽證件（簽證或護(hù)照、公費(fèi)醫(yī)療卡、會(huì)員卡、借書卡等）。目前ATM提款機(jī)加裝指紋識(shí)別功能在美國(guó)已經(jīng)開始使用。持卡人可以取消密碼 (避免老人和孩子記憶密碼的困難)或者仍