指紋識別技術(shù)

指紋識別技術(shù)[]什么是指紋識別技術(shù)每個人包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點和穿插點上各不一樣，呈現(xiàn)惟一性且終生不變。據(jù)此，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過將他的指紋和預先保存的指紋數(shù)據(jù)進展比較，就可以驗證它的真實身份，這就是指紋識別技術(shù)。指紋識別主要依據(jù)人體指紋的紋路、細節(jié)特征等信息對操作或被操作者進展身份鑒定，得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而牢靠的算法爭論，已經(jīng)開頭走入我們的日常生活，成為目前生物檢測學中爭論最深入，應用最廣泛，進展最成熟的技術(shù)。指紋識別算法與人工處理不同，一般的生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖像，而是使用不同的數(shù)字化算法在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。每個指紋都有幾個獨一無二、可測量的特征點，每個特征點都有大約 5~7個特征，我們的十個手指產(chǎn)生最少 4900個獨立可測量的特征，這足以說明指紋識別是一個更加牢靠的鑒別方式。識別指紋主要從兩個方面開放：總體特征和局部特征。總體特征總體特征是指那些用人眼直接就可以觀看到的特征。 包括紋形、模式區(qū)、核心點、三角點和紋數(shù)等。紋形：指紋專家在長期實踐的根底上，依據(jù)脊線的走向與分布狀況一般將指紋分——環(huán)型〔loop，又稱斗形〕、弓形〔arch〕、螺旋形〔whorl〕。模式區(qū)：即指紋上包括了總體特征的區(qū)域，從今區(qū)域就能夠區(qū)分出指紋是屬于哪一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)，有的則使用所取得的完整指紋。核心點：位于指紋紋路的漸進中心，它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點。許多算法是基于核心點的，即只能處理和識別具有核心點的指紋。三角點：位于從核心點開頭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(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點。三角點供給了指紋紋路的計數(shù)跟蹤的開頭之處。紋數(shù)：即模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計算指紋的紋路時，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)。局部特征局部特征是指指紋上節(jié)點的特征，這些具有某種特征的節(jié)點稱為細節(jié)特征或特征點。兩枚指紋常常會具有一樣的總體特征，但它們的細節(jié)特征，卻不行能完全一樣。指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是常常消滅中斷、分叉或轉(zhuǎn)折。這些斷點、分叉點和轉(zhuǎn)折點就稱為“特征點“，就是這些特征點供給了指紋惟一性確實認信息，其中最典型的是終結(jié)點和分叉點，其他還包括分歧點、孤立點、環(huán)點、短紋等。特征點的參數(shù)包括：方向〔節(jié)點可以朝著肯定的方向〕、曲率〔描述紋路方向轉(zhuǎn)變的速度〕、位置〔節(jié)點的位置通過x/y坐標來描述，可以是確定的，也可以是相對于三角點或特征點的〕。采集指紋圖像的技術(shù)獲得良好的指紋圖像是一個格外簡單的問題。由于用于測量的指紋僅是相當小的一片表皮，所以指紋采集設備應有足夠好的區(qū)分率以獲得指紋的細節(jié)。目前所用的指光學技術(shù)借助光學技術(shù)采集指紋是歷史最長遠、使用最廣泛的技術(shù)。將手指放在光學鏡片上，手指在內(nèi)置光源照耀下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件〔CCD〕上，進而形成脊線〔指紋圖像中具有肯定寬度和走向的紋線〕呈黑色、谷線〔紋線之間的凹陷局部〕呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖像。光學的指紋采集設備有明顯的優(yōu)點：它已經(jīng)過較長時間的應用考驗，肯定程度上適應溫度的變異，較為廉價，可到達 500DPI的較高區(qū)分率等。缺點是：由于要求足夠長的光程，因此要求足夠大的尺寸，而且過分枯燥和過分油膩的手指也將使光學指紋產(chǎn)品的效果變壞。硅技術(shù)〔CMOS技術(shù)〕20世紀90年月后期，基于半導體硅電容效應的技術(shù)趨于成熟。硅傳感器成為電容的一個極板，手指則是另一極板，利用手指紋線的脊和谷相對于平滑的硅傳感器之間的電容差，形成8bit的灰度圖像。硅技術(shù)優(yōu)點是可以在較小的外表上獲得比光學技術(shù)更好的圖像質(zhì)量，在 1cm×1.5cm200~300線的區(qū)分率〔較小的外表也導致本錢的下降和能被集成到更小的設備中〕。缺點是易受干擾，牢靠性相對差。超聲波技術(shù)為抑制光學技術(shù)設備和硅技術(shù)設備的缺乏，一種型的超聲波指紋采集設備已經(jīng)消滅。其原理是利用超聲波具有穿透材料的力量，且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波〔超聲波到達不同材質(zhì)外表時，被吸取、穿透與反射的程度不同〕，因此，利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異，就可以區(qū)分指紋脊與谷所在的位置。超聲波技術(shù)所使用的超聲波頻率為 1×104Hz~1×109Hz，能量被掌握在對人體無損的程度〔與醫(yī)學診斷的強度一樣〕。超聲波技術(shù)產(chǎn)品能夠到達最好的精度，它對手指和平面的清潔程度要求較低，但其采集時間會明顯地長于前述兩類產(chǎn)品。特征拾取、驗證和辨識一個高質(zhì)量的圖像被拾取后，需要很多步驟將它的特征轉(zhuǎn)換到一個復合的模板中，這個過程，被稱為特征拾取過程，它是手指掃描技術(shù)的核心。當一個高質(zhì)量的圖像被拾取后，它必需被轉(zhuǎn)換成一個有用的格式。假設圖像是灰度圖像，相對較淺的部分會被刪除，而相對較深的局部被變成了黑色。脊的像素有5~8個被縮細到一個像素，這樣就能準確定位脊斷點和分岔了。微小細節(jié)的圖像便來自于這個經(jīng)過處理的圖像。在這一點上，即便是格外精細的圖像也存在著變形細節(jié)和錯誤細節(jié)，這些變形和錯誤細節(jié)都要被濾除。除細節(jié)的定位和夾角方法的應用以外，也可通過細節(jié)的類型和質(zhì)量來劃分細節(jié)。這種方法的好處在于檢索的速度有了較大的提高，一個顯著的、特定的細節(jié)，它的惟一性更簡潔使匹配成功。還有一些生產(chǎn)商承受的方法是模式匹配方法，即通過推斷一組特定脊的數(shù)據(jù)來處理指紋圖像。就應用方法而言，指紋識別技術(shù)可分為驗證和辨識。驗證就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與一個已經(jīng)登記的指紋進展一對一的比對來確定身份的過程。指紋以肯定的壓縮格式存儲，并與其姓名或其標識〔 ID，PIN〕聯(lián)系起來。隨后在比照現(xiàn)場，先驗證其標識，然后利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場采集的指紋比對來證明其標識是合法的。驗證其實答復了這樣一個問題： “他是他自稱的這個人嗎？“這是應用系統(tǒng)中使用得較多的方法。辨識則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一比照，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋。這也叫“一對多匹配“。辨識其實是答復了這樣一個問題：“他是誰？“指紋是人體獨一無二的特征，其簡單度足以供給用于鑒別的特征。隨著相關(guān)支持技術(shù)的逐步成熟，指紋識別技術(shù)經(jīng)過多年的進展已成為目前最便利、牢靠、非侵害和價格廉價的生物識別技術(shù)解決方案，對于寬闊市場的應用有著很大的進展?jié)摿?。指紋識別技術(shù)主要涉及四個功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。在一開頭，通過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像，取到指紋圖像之后，要對原始圖像進展初步的處理，使之更清楚。接下來，指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字表示 ——特征數(shù)據(jù)，一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生一樣的特征數(shù)據(jù)。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)，這些方向信息說明白各個節(jié)點之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像。總之，這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板，保存為 1K大小的記錄。無論它們是怎樣組成的，至今仍舊沒有一種模板的標準，也沒有一種公布的抽象算法，而是各個廠商自行其是。最終，通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進展比較，計算出它們的相像程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)外表的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚外表的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。人們也留意到，包括指紋在內(nèi)的這些皮膚的紋路在圖案、斷點和穿插點上各不一樣，也就是說，是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過對他的指紋和預先保存的指紋進展比較，就可以驗證他的真實身份。這種依靠人體的身體特征來進展身份驗證的技術(shù)稱為生物識別技術(shù)， 指紋識別是生物識別技術(shù)的一種。目前，從有用的角度看，指紋識別技術(shù)是優(yōu)于其他生物識別技術(shù)的身份鑒別方法。這是由于指紋各不一樣、終生根本不變的特點已經(jīng)得到公認，近二三十年的警用指紋自動識別系統(tǒng)的爭論和實踐為保安指紋自動識別打下了良好的技術(shù)根底。 特別是現(xiàn)有的指紋自動識別系統(tǒng)已到達操作便利、準確牢靠、價格適中的階段，是有用化的生物測定方法。指紋是指手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路。 這些紋路的存在增加了皮膚外表的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。盡管指紋只是人體皮膚的一小局部，但是，它蘊涵大量的信息。這些皮膚的紋路在圖案、斷點和穿插點上是各不一樣的，在信息處理中將它們稱作“特征“，這些特征每個手指都是不同的。依靠特征的惟一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過比較他的指紋特征和預先保存的指紋特征，就可以驗證他的真實身份。指紋自動識別系統(tǒng)通過特別的光電轉(zhuǎn)換設備和計算機圖像處理技術(shù)， 對活體指紋進展采集、分析和比對，可以自動、快速、準確地鑒別出個人身份。系統(tǒng)一般主要包括對指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、特征值的比對與匹配等過程?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得指紋圖像讀取和處理設備小型化， 同時飛速進展的個人計算機運算速度供給了在微機甚至單片機上可以進展指紋比對運算的可能， 而優(yōu)秀的指紋處理和比對算法保證了識別結(jié)果的準確性。在計算機系統(tǒng)中，指紋識別可以用于開機登錄身份確認，遠程網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限及身份確實認，銀行儲蓄防冒領及通存通兌的加密方法，保險行業(yè)中投保人的身份確認，期貨證券提款人的身份確認，醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中醫(yī)療保險人的身份確認等等 .如將指紋信息記錄在特別用途的卡上，通過現(xiàn)場比對，可以防止冒充等欺詐行為。例如：信用卡、醫(yī)療卡、會議卡、儲蓄卡、駕駛證、準考證、護照防偽等。計算機指紋自動識別技術(shù)正在從科幻小說和好萊塢電影中走入我們實際生活中，或許有一天，您不必隨身攜帶那一串鑰匙，只需手指一按，門就會翻開；也不必記住那煩人的密碼，利用指紋就可以提款、計算機登錄。信任這一天，不會太遠。[]指紋識別技術(shù)的原理指紋其實是比較簡單的。與人工處理不同，很多生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖像。多年來在各個公司及其爭論機構(gòu)產(chǎn)生了很多數(shù)字化的算法〔美國有關(guān)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〕。但指紋識別算法最終都歸結(jié)為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。 指紋的特征我們定義了指紋的兩類特征來進展指紋的驗證：總體特征和局部特征?？傮w特征是指那些用人眼直接就可以觀看到的特征，包括： 根本紋路圖案環(huán)型〔loop〕,弓型〔arch〕,螺旋型〔whorl〕。其他的指紋圖案都基于這三種根本圖案。僅僅依靠圖案類型來區(qū)分指紋是遠遠不夠的，這只是一個粗略的分類，但通過分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為便利。模式區(qū)〔Pattern Area〕模式區(qū)是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠區(qū)分出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。 Aetex的指紋識別算法使用了所取得的完整指紋而不僅僅是模式區(qū)進展分析和識別。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。三角點〔Delta〕三角點位于從核心點開頭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(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點。三角點供給了指紋紋路的計數(shù)和跟蹤的開頭之處。 式樣線〔Type Lines〕式樣線是在指包圍模式區(qū)的紋路線開頭平行的地方所消滅的穿插紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側(cè)線開始連續(xù)延長。紋數(shù)〔Ridge Count〕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，一般先在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)。局部特征局部特征是指指紋上的節(jié)點。兩枚指紋常常會具有一樣的總體特征，但它們的局部特征--節(jié)點，卻不行能完全一樣 節(jié)點〔Minutia Points〕指紋紋路并不是連續(xù)的，平滑筆直的，而是常常消滅中斷、分叉或打折。這些斷點、分叉點和轉(zhuǎn)折點就稱為“節(jié)點“。就是這些節(jié)點供給了指紋唯一性確實認信息。 指紋上的節(jié)點有四種不同特性：1.分類-節(jié)點有以下幾種類型，最典型的是終結(jié)點和分叉點A.終結(jié)點〔Ending〕--一條紋路在此終結(jié)。B.分叉點〔Bifurcation〕--一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。 C.分歧點〔Ridge Divergence〕--兩條平行的紋路在此分開。