自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

摘 要：自動(dòng)指紋識(shí)別相比于其他生物特征的識(shí)別如虹膜識(shí)別及語(yǔ)音識(shí)別有其特別的優(yōu)點(diǎn)，它被認(rèn)為是未來(lái)生物特征識(shí)別技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，被稱為是一種理想的身份識(shí)別技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，這一切得益于它很高的可行性和實(shí)用性。本文首先分析了自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀，其次，闡述了自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)。同時(shí)，指出自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)榉墙佑|式真皮層指紋采集和多種生物識(shí)別技術(shù)的融合，具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：生物識(shí)別技術(shù)；自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2013） 09-0000-02

1 前言

生物識(shí)別技術(shù)主要是指在進(jìn)行身份驗(yàn)證時(shí)采用人的生物特征（諸如指紋、虹膜、聲音、面孔、手形）來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。這是因?yàn)槌Ｒ?jiàn)的鑰匙、智能卡、口令等存在著被盜用、復(fù)制、遺忘、丟失等危險(xiǎn)，而人的生物特征是無(wú)法被遺忘、失竊和復(fù)制的，因此，身份識(shí)別和信息安全的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)就是采用生物識(shí)別技術(shù)。

這種技術(shù)由于要采用采集設(shè)備將人的生物特征轉(zhuǎn)化為圖像，再進(jìn)行識(shí)別，所以又稱之為生物圖像識(shí)別技術(shù)。20世紀(jì)60年代，這種自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)開(kāi)始興起，這種識(shí)別方法是利用計(jì)算機(jī)來(lái)代替指紋進(jìn)行識(shí)別。不過(guò)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋采集儀變得廉價(jià)，同時(shí)高可靠算法也逐漸實(shí)現(xiàn)，人們?cè)诠ぷ骱蜕钪心苤饾u看到這種自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的使用，國(guó)內(nèi)外的商業(yè)和學(xué)術(shù)界也開(kāi)始對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行深入的研究。自動(dòng)指紋識(shí)別相比于其他生物特征的識(shí)別如虹膜識(shí)別及語(yǔ)音識(shí)別有其特別的優(yōu)點(diǎn)，它被認(rèn)為是未來(lái)生物特征識(shí)別技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，被稱為是一種理想的身份識(shí)別技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，這一切得益于它很高的可行性和實(shí)用性。本文就自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)研究現(xiàn)狀

這幾年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)發(fā)展迅猛，這樣使得指紋圖像的采集及處理成為可能，而且為自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展打下了深厚的基礎(chǔ)。自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)主要分為采集和識(shí)別兩種技術(shù)。

目前大多數(shù)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)使用的采集設(shè)備是光電式的。慢慢的電感和電容式的采集設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)，這些設(shè)備的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了指紋識(shí)別的質(zhì)量，不過(guò)穩(wěn)定性和耐磨性等還有很多問(wèn)題。

現(xiàn)在指紋采集技術(shù)需主要處理的問(wèn)題是對(duì)于磨損嚴(yán)重的指紋或臟、濕、干的指頭都能正確、可靠地采集而且要減少采集時(shí)候的變形。許多國(guó)家有專門的機(jī)構(gòu)或公司進(jìn)行自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)方面的研究，其中憑借強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)歷力量，歐美國(guó)家在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先位置。

已經(jīng)有成型產(chǎn)品面市的公司是法國(guó)的Segam公司、美國(guó)的Secugen公司、Identicator公司，而得到較為廣泛應(yīng)用的是Identicator公司的ID Safe生物識(shí)別技術(shù)，其中大概有5000多萬(wàn)人登記使用這種系統(tǒng)，它也被應(yīng)用于全球的上百萬(wàn)臺(tái)的計(jì)算機(jī)。在亞洲，朝鮮這一領(lǐng)域研究水平最高，在1989年，其在中國(guó)成立Pefis公司，它的指紋產(chǎn)品在國(guó)際上有一定影響力。臺(tái)灣的Startek公司在指紋識(shí)別技術(shù)方面的研究水平也可達(dá)到世界先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)的中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校也較早的著手這一方面的研究工作。從上世紀(jì)九十年代初開(kāi)始，我國(guó)的一些機(jī)構(gòu)如西安青松集團(tuán)、長(zhǎng)春鴻達(dá)集團(tuán)、北大方正集團(tuán)等分別以機(jī)構(gòu)所在地的高等院校作為技術(shù)支撐，逐漸開(kāi)始在這一領(lǐng)域的研究。其中中國(guó)科學(xué)院光機(jī)所在指紋采集技術(shù)方面有較為深入的研究，其研究的光電式活體指紋采集儀可以批量生產(chǎn)。

3 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)

應(yīng)用系統(tǒng)利用指紋識(shí)別技術(shù)可分為驗(yàn)證（Verification）和辨識(shí)（Identification）兩類。辨識(shí)是將現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋和數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋一一比對(duì)，再?gòu)钠渲姓业胶同F(xiàn)場(chǎng)相吻合的指紋；驗(yàn)證是將現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋和已經(jīng)登記的指紋進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證身份的過(guò)程。

驗(yàn)證就是將提取的指紋存在數(shù)據(jù)庫(kù)里。一般數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)要保障其一致性和安全性，而指紋識(shí)別系統(tǒng)為滿足高速查詢比對(duì)的需求，在保障一般數(shù)據(jù)性能的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步以高的速度讀取。由于大型指紋識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)非常大，因此為了減少檢索的時(shí)間，一般采用指紋分類和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。要建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，一般情況下對(duì)同一個(gè)指紋要采集3-5個(gè)樣本，同時(shí)要分別對(duì)樣本進(jìn)行特征抽取和預(yù)處理，再?gòu)娜康臉颖緢D像中找出權(quán)值大于給定閥值的點(diǎn)，最后以這些找出的特征點(diǎn)作為模板來(lái)建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)樣本。

指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心步驟是指紋匹配，它也是一個(gè)重要的研究課題，Andrew K，Hrechak等人用結(jié)構(gòu)匹配來(lái)做指紋識(shí)別，D.K.Isenor等人又提出用圖匹配來(lái)對(duì)兩幅指紋圖象進(jìn)行匹配的想法。

美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局提出的以細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)匹配是目前最常用的方法，它主要是通過(guò)脊線分支點(diǎn)和脊線末梢兩種關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)進(jìn)行指紋鑒定。利用細(xì)節(jié)點(diǎn)表示成點(diǎn)模式，那么自動(dòng)指紋認(rèn)證的問(wèn)題將轉(zhuǎn)化成點(diǎn)模式匹配的問(wèn)題。

在模式識(shí)別中比較有名的難題是點(diǎn)模式問(wèn)題，對(duì)于一般的點(diǎn)模式問(wèn)題，許多人提出過(guò)算法，如Xudong Jiang等人的基于局部和全局結(jié)構(gòu)的匹配算法，Shih-hsu Cheng等人的基于二維聚類的快速算法，Sanjay Ranade等人的松弛算法，Zsolt Miklos等人的三角匹配的算法。針對(duì)指紋匹配中的點(diǎn)模式匹配問(wèn)題，Anil Jain等人提出了一種算法，就是通過(guò)將直角坐標(biāo)系中的細(xì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系中，再串匹配算法來(lái)進(jìn)行點(diǎn)匹配。識(shí)別率是指紋識(shí)別系統(tǒng)特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志，其主要是由拒判率FRR和誤判率FAR兩部分組成。

FAR和FRR這兩個(gè)值的調(diào)整能夠通過(guò)它們不同的用途來(lái)進(jìn)行，通過(guò)大量的資料表明，F(xiàn)AR和FRR兩個(gè)值之間的關(guān)系是反比關(guān)系。而如果FRR和FAR間取得很好的平衡，我們說(shuō)這是一個(gè)良好的系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)，為了進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，其要具備完善的管理功能，來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作，同時(shí)要處理有可能發(fā)生的故障。

4 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 非接觸式真皮層指紋采集

根據(jù)生理學(xué)的研究結(jié)果，在真皮層上指紋的結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定及完美的表現(xiàn)。如果想在指紋采集技術(shù)方面有所突破，在臟、濕、干和磨損嚴(yán)重的指紋的情況下能完整、清晰、準(zhǔn)確地進(jìn)行指紋采集，必須要實(shí)現(xiàn)在真皮層采集指紋結(jié)構(gòu)。這樣也可以更好的解決指紋錄入時(shí)產(chǎn)生的變形問(wèn)題。

4.2 多種生物識(shí)別技術(shù)的融合

各種生物識(shí)別技術(shù)都具有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，而指紋識(shí)別技術(shù)只是生物識(shí)別技術(shù)的一種。自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展的一個(gè)方向是利用生物識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)將指紋和其他生物識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。如把指紋識(shí)別技術(shù)和臉形結(jié)合，將臉形識(shí)別結(jié)果作為一種檢索，從而實(shí)現(xiàn)辨識(shí)模式下的指紋識(shí)別，這樣識(shí)別的速度將得到顯著的提高。

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[作者簡(jiǎn)介]陳繼延（1976.6-），男，邵陽(yáng)人，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主任，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全，數(shù)據(jù)管理。工作單位：湖南警察學(xué)院。