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指紋識別

指紋,由於其具有終身不變性、唯一性和方便性,已幾乎成為生物特徵識別的代名詞。指紋是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產生的紋線。紋線有規律的排列形成不同的紋型。紋線的起點、終點、結合點和分叉點,稱為指紋的細節特徵點(minutiae)。

指紋識別簡介

指紋特徵

指紋特徵並非肉眼可以輕易分辨和記錄,中國物聯網校企聯盟形象得把指紋識別系統比做機器“敏銳的洞察力”。 [1]

指紋,英文名稱:(fingerprint),兩枚指紋經常會具有相同的總體特徵,但它們的細節特徵,卻不可能完全相同。指紋紋路並不是連續的、平滑筆直的,而是經常出現中斷、分叉或轉折。這些斷點、分叉點和轉折點就稱為"特徵點",就是這些特徵點提供了指紋唯一性的確認信息,其中最典型的是終結點和分叉點,其他還包括分歧點、孤立點、環點、短紋等。特徵點的參數包括:方向(節點可以朝著一定的方向)、曲率(描述紋路方向改變的速度)、位置(節點的位置通過x/y坐標來描述,可以是絕對的,也可以是相對於三角點或特徵點的)。 [2]
總體特徵是指那些用人眼直接就可以觀察到的特徵。包括紋形、模式區、核心點、三角點和紋數等。

紋形,指紋專家在長期實踐的基礎上,根據脊線的走向與分佈情況一般將指紋分為三大類——環型(loop,又稱斗形)、弓形(arch)、螺旋形(whorl )。模式區即指紋上包括了總體特徵的區域,從此區域就能夠分辨出指紋是屬於哪一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區的數據,有的則使用所取得的完整指紋。核心點位於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。許多算法是基於核心點的,即只能處理和識別具有核心點的指紋。三角點位於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跟踪的開始之處。紋數,即模式區內指紋紋路的數量。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量即可認為是指紋的紋數。

指紋識別原理

指紋識別即指通過比較不同指紋的細節特徵點來進行鑑別。由於每個人的指紋不同,就是同一人的十指之間,指紋也有明顯區別,因此指紋可用於身份鑑定。 1684年,英國植物形態學家Grew發表了第一篇研究指紋的科學論文。 1809年Bewick把自己的指紋作為商標。 1823年解剖學家Purkije將指紋分為九類。 1880年,Faulds在《自然》雜誌提倡將指紋用於識別罪犯。 1891年Galton提出著名的高爾頓分類系統。之後,英國、美國、德國等的警察部門先後採用指紋鑑別法作為身份鑑定的主要方法。隨著計算機和信息技術的發展,FBI和法國巴黎警察局於六十年代開始研究開髮指紋自動識別系統(AFIS)用於刑事案件偵破。指紋自動識別系統。九十年代,用於個人身份鑑定的自動指紋識別系統得到開發和應用。

由於每次捺印的方位不完全一樣,著力點不同會帶來不同程度的變形,又存在大量模糊指紋,如何正確提取特徵和實現正確匹配,是指紋識別技術的關鍵。指紋識別技術涉及圖像處理、模式識別、計算機視覺、數學形態學、小波分析等眾多學科。 [3]

指紋識別系統

指紋識別系統是一個典型的模式識別系統,包括指紋圖像獲取、處理、特徵提取和比對等模塊。

指紋圖像獲取:通過專門的指紋採集儀可以採集指紋圖像。指紋採集儀用到的指紋傳感器按採集方式主要分為劃擦式和按壓式兩種,按信號採集原理目前有光學式、壓敏式、電容式、電感式、熱敏式和超聲波式等。另外,也可以通過掃描儀、數字相機等獲取指紋圖像。對於分辨率和採集面積等技術指標,公安行業已經形成了國際和國內標準,但其他行業還缺少統一標準。根據採集指紋面積大體可以分為滾動捺印指紋和平面捺印指紋,公安行業普遍採用滾動捺印指紋。

指紋圖像壓縮:大容量的指紋數據庫必須經過壓縮後存儲,以減少存儲空間。主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。 [4]

指紋圖像處理:包括指紋區域檢測、圖像質量判斷、方向圖和頻率估計、圖像增強、指紋圖像二值化和細化等。

指紋特徵提取:從預處理後的圖像中提取指紋的特徵點信息(終結點、分叉點...),信息主要包括類型、坐標、方向等參數。

指紋特徵匹配:計算特徵提取結果與已存儲的特徵模板的相似程度。

指紋分類

紋型是指紋的基本分類,是按中心花紋和三角的基本形態劃分的。紋形從屬於型,以中心線的形狀定名。我國十指紋分析法將指紋分為三大類型,九種形態。一般,指紋自動識別系統將指紋分為弓形紋(弧形紋、帳形紋)、箕形紋(左箕、右箕)、斗形紋和雜形紋等。

指紋形態和細節特徵提取:指紋形態特徵包括中心(上、下)和三角點(左、右)等,指紋的細節特徵點主要包括紋線的起點、終點、結合點和分叉點。

指紋比對:可以根據指紋的紋形進行粗​​匹配,進而利用指紋形態和細節特徵進行精確匹配,給出兩枚指紋的相似性得分。根據應用的不同,對指紋的相似性得分進行排序或給出是否為同一指紋的判決結果。

主要應用

計算機中的應用

指紋識別技術是目前最成熟且價格便宜的生物特徵識別技術。目前來說指紋識別的技術應用最為廣泛,我們不僅在門禁、考勤系統中可以看到指紋識別技術的身影,市場上有了更多指紋識別的應用:如筆記本電腦、手機、汽車、銀行支付都可應用指紋識別的技術。

現在的計算機應用中,包括許多非常機密的文件保護,大都使用“用戶ID 密碼”的方法來進行用戶的身份認證和訪問控制。但是,如果一旦密碼忘記,或被別人竊取,計算機系統以及文件的安全問題就受到了威脅。

隨著科技的進步,指紋識別技術已經開始慢慢進入計算機世界中。目前許多公司和研究機構都在指紋識別技術領域取得了很大突破性進展,推出許多指紋識別與傳統IT技術完美結合的應用產品,這些產品已經被越來越多的用戶所認可。指紋識別技術多用於對安全性要求比較高的商務領域,而在商務移動辦公領域頗具建樹的富士通、三星及IBM等國際知名品牌都擁有技術與應用較為成熟的指紋識別系統。

指紋識別鍵盤

第一代指紋識別系統

眾所周知,在兩年前就有部分品牌的筆記本採用指紋識別技術用於用戶登錄時的身份鑑定,但是,當時推出的指紋系統屬於光學識別系統,按照現在的說法,應該屬於第一代指紋識別技術。光學指紋識別系統由於光不能穿透皮膚表層(死性皮膚層),所以只能夠掃描手指皮膚的表面,或者掃描到死性皮膚層,但不能深入真皮層。

在這種情況下,手指表面的干淨程度,直接影響到識別的效果。如果,用戶手指上粘了較多的灰塵,可能就會出現識別出錯的情況。並且,如果人們按照手指,做一個指紋手模,也可能通過識別系統,對於用戶而言,使用起來不是很安全和穩定。


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