指紋識(shí)別技術(shù)的基本原理是怎樣的

隨著指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)逐步采用指紋識(shí)別作為個(gè)人生物識(shí)別的方式之一。但值得注意的是，由于指紋圖像屬于個(gè)人隱私，大部分企業(yè)為了避免涉及到個(gè)人隱私問題，從而采用了指紋特征作為識(shí)別方式。為此，各生物識(shí)別技術(shù)公司及其研究機(jī)構(gòu)研究了許多指紋識(shí)別算法，但各種識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特征。這就是指紋識(shí)別技術(shù)的基本原理，即采集指紋圖像并進(jìn)行比對(duì)指紋特征。

指紋的特征

從普遍意義上來(lái)講，可以定義指紋的兩類特征來(lái)進(jìn)行指紋的驗(yàn)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(gè)粗略的分類，僅僅依靠圖案類型來(lái)分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，但通過分類可以更加便利于在大數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)（Core Point）：核心點(diǎn)位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它用于讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)的參考點(diǎn)。

4、三角點(diǎn)（Delta）：三角點(diǎn)位于從核心點(diǎn)開始的第一個(gè)分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)、或者兩條紋路會(huì)聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)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(cè)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(jì)算指紋的紋數(shù)時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。

局部特征指紋節(jié)點(diǎn)的特征。指紋的紋路并不是連續(xù)、平滑筆直的，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)分叉、折轉(zhuǎn)或中斷。這些交叉點(diǎn)、折轉(zhuǎn)點(diǎn)或斷點(diǎn)稱為＂特征點(diǎn)＂，它們提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。特征點(diǎn)的主要參數(shù)包括：

1、方向：相對(duì)于核心點(diǎn)，特征點(diǎn)所處的方向。

2、曲率：紋路方向改變的速度。

3、位置：節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，通過x／y坐標(biāo)來(lái)描述。它可以是絕對(duì)坐標(biāo)，也可以是與三角點(diǎn)（或特征點(diǎn)）的相對(duì)坐標(biāo)。

以上這些特征被用來(lái)區(qū)分不同的指紋。其中：

1、端點(diǎn)和分叉點(diǎn)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(diǎn)和三角點(diǎn)在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因?yàn)檫@些應(yīng)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(diǎn)和三角點(diǎn)。

3、交叉和小島由于計(jì)算上的困難，在實(shí)際的系統(tǒng)中往往不予采用。

4、有人曾提出用汗腺孔來(lái)進(jìn)行指紋識(shí)別，但這種方法要求指紋采集設(shè)備要具有非常高的分辨率。所以在實(shí)際的系統(tǒng)中沒有采用。

指紋采集的方式

目前市場(chǎng)上常用的指紋采集設(shè)備有三種：光學(xué)式、硅芯片式、超聲波式。

1、光學(xué)式

光學(xué)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(diǎn)：

①使用時(shí)間最長(zhǎng)，經(jīng)受了實(shí)際使用的檢驗(yàn)；

②對(duì)溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)能力好；

③價(jià)格比較低廉，分辨率較高，可以達(dá)到500 dpi 以上。

目前，也已出現(xiàn)了用光柵式鏡頭替換掉棱鏡和透鏡系統(tǒng)的采集器，光電轉(zhuǎn)換的CCD 器件也已經(jīng)換成了CMOS 成像器件，從而省略了圖像采集卡，直接得到數(shù)字圖像。

2、硅芯片式

硅芯片的指紋采集器出現(xiàn)于90 年代末，大部分硅芯片測(cè)量的是手指表面與芯片表面的直流電容場(chǎng)，這個(gè)電容場(chǎng)經(jīng)A／D 轉(zhuǎn)換后成為灰度數(shù)字圖像。

3、超聲波式

超聲波指紋采集器可能是最準(zhǔn)確的指紋采集器，但目前并不成熟，尚沒有大規(guī)模應(yīng)用。