數(shù)字圖像處理中指紋識(shí)別技術(shù)的分析

宋磊 王艷杰

摘要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈技術(shù)成為學(xué)者們研究的熱門話題，目前我國已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化大發(fā)展時(shí)代，在用戶身份驗(yàn)證應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)字圖像處理中的指紋識(shí)別技術(shù)成為了一種關(guān)鍵的技術(shù)，它是集網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)技術(shù)、光電傳輸技術(shù)、圖形采集處理、智能終端等于一體的綜合技術(shù)，引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。如今指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國公安、司法、海關(guān)、銀行、稅務(wù)、教育等重要領(lǐng)域，在我國安全防范行業(yè)中扮演著重要的角色，有效防止了一些非法用戶的進(jìn)入。

關(guān)鍵詞：指紋;指紋識(shí)別;圖像采集;模式匹配

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）12-0061-02

1 指紋識(shí)別技術(shù)的基本理論

眾所周知，指紋是指手指末端正面皮膚上凸凹不平的紋路，我們?nèi)祟愔讣y的形成是來自于最初的胚胎發(fā)育中，有著很強(qiáng)的不確定性，在胚胎發(fā)育的初始環(huán)境下，每個(gè)人形成的指紋在圖案、紋路、交叉點(diǎn)和斷點(diǎn)都不相同，醫(yī)學(xué)上已經(jīng)證明每個(gè)人手指上的這些特征都是不相同的，而且這些特征具有唯一性和永久性，根據(jù)這種唯一性和永久性特征，可以用來判定每個(gè)人身份。在實(shí)際產(chǎn)品的應(yīng)用中，首先把指紋采集存儲(chǔ)下來，然后把用戶的指紋與計(jì)算機(jī)中預(yù)先存儲(chǔ)的指紋，進(jìn)行比對(duì)，看其是否一致，進(jìn)而來判定用戶的真實(shí)身份，這樣以來就能很好地把非法用戶拒之門外。這種利用人的生理或行為特征來識(shí)別人的身份的技術(shù)稱為生物識(shí)別技術(shù)，更具體的講，生物識(shí)別技術(shù)就是為了進(jìn)行身份驗(yàn)證而采用自動(dòng)技術(shù)取出其人的生理特征或行為特征，并將這些特征或特點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，完成身份驗(yàn)證的一種技術(shù)方案，在常見的生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別技術(shù)是最流行也是應(yīng)用領(lǐng)域最多的一種技術(shù)。

指紋識(shí)別系統(tǒng)可以分為兩大類：一類是驗(yàn)證類，另一類是辨識(shí)類。把用戶當(dāng)場(chǎng)錄入的指紋與己經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對(duì)一核對(duì)的方法稱之為驗(yàn)證，主要目的是來判定這個(gè)指紋和登記的指紋是否相同。把實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋與數(shù)據(jù)厙中的事先存儲(chǔ)指紋逐一進(jìn)行對(duì)比，從而找出與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋相匹配的指紋，這種方法稱之為辨識(shí)，主要目的是來從指紋數(shù)據(jù)庫中找出與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋相同的指紋。驗(yàn)證類與辨識(shí)類這兩種類型都能較準(zhǔn)確地驗(yàn)證用戶的真實(shí)身份。

2 指紋識(shí)別技術(shù)的身份認(rèn)證

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，文件的保護(hù)、系統(tǒng)的登陸，大多都采用用戶名+密碼的形式進(jìn)行身份驗(yàn)證，實(shí)際上這種身份驗(yàn)證的方法是不安全的，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題。比如密碼容易忘記、容易泄露、也容易被別人猜到。在實(shí)際生活中一些用戶設(shè)置的密碼比較簡(jiǎn)單、有些用戶用的還是初始密碼。經(jīng)常要求用戶更改密碼，可有的用戶還是不改、有的改了給忘記了，這些都會(huì)給用戶的身份信息安全帶來了一系列問題。然而生物識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，尤其指紋識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)品廣泛引用，在用戶身份驗(yàn)證的領(lǐng)域不僅能做到操作簡(jiǎn)單而且非常準(zhǔn)確。

在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)中，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)的時(shí)間，剛開始由于設(shè)備價(jià)格、識(shí)別技術(shù)、人們認(rèn)知等因素的影響，只在司法、公安、銀行等一些特殊的部門進(jìn)行了應(yīng)用，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、光電技術(shù)、半導(dǎo)體傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得指紋識(shí)別系統(tǒng)的產(chǎn)品價(jià)格不斷下降、這些產(chǎn)品慢慢地走進(jìn)了我們的日常生活中。

3 指紋識(shí)別技術(shù)的工作原理

指紋識(shí)別系統(tǒng)是典型的模式識(shí)別系統(tǒng)，指紋識(shí)別系統(tǒng)包括指紋采集、指紋分類、特征值提取和指紋匹配等技術(shù)模塊，最關(guān)鍵的是圖像采集處理和圖像識(shí)別兩大模塊，圖像采集處理模塊是指采集指紋數(shù)據(jù)，提取這些指紋數(shù)據(jù)的特征值，將特征值與有關(guān)身份信息存入數(shù)據(jù)庫。圖像識(shí)別模塊：采集待識(shí)別的指紋并提取相應(yīng)指紋的特征值，然后在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)特征值進(jìn)行檢索，找到與其最佳的匹配信息，進(jìn)一步判定它們是否匹配。常見的指紋采集有以下幾種：

（1）光學(xué)式指紋采集：光學(xué)式指紋采集是目前應(yīng)用最廣泛的一種指紋采集技術(shù)，光學(xué)式指紋采集的工作原理是光的全反射。光線照射到我們的指紋上，因指紋本身凸凹不平，會(huì)形成光的反射，通過光線反射到接收器上，就可以采集到我們的指紋，然后識(shí)別我們的指紋。這和潛艇在水下的聲吶工作原理有點(diǎn)相似。

（2）電容式指紋采集：電容式指紋采集技術(shù)可以獲得比較精確的指紋圖像，分辨率比較高，采集頭的表面也不需要很大。電容式指紋識(shí)別是下面有一塊一塊的電容極板，因?yàn)槲覀兊氖种钢讣y是凹凸不平的，所以在我們進(jìn)行指紋識(shí)別的時(shí)候，凸起的指紋和凹下去的指紋距離極板的距離是不一樣的，使得各個(gè)電容極板的電容量大小就會(huì)有差異，電容大的地方就是凸起的紋路，電容小的地方就是凹下去的紋路，這樣就可以通過電容大小識(shí)別出指紋的紋路。

（3）超聲波指紋采集：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)中還沒有廣泛應(yīng)用，因?yàn)槠涑杀緝r(jià)格很高。根據(jù)指紋凸和凹的聲阻抗不同，反射回來的超聲波的能量不同，通過發(fā)射出超聲波，再接收反射回來的聲波，就可以識(shí)別出了我們的指紋。

（4）生物射頻指紋采集：生物射頻圖像采集是一種無線電波，是通過傳感器本身發(fā)射出微量射頻信號(hào)，穿透手指的表皮層去探測(cè)里層的指紋紋路，從而獲得最佳的指紋圖像，其防偽指紋能力特別強(qiáng)，它能保證各種類型的手指在各種使用條件下都能采集到理想的圖像，所以生物射頻指紋識(shí)別具有顯著的優(yōu)越特性。

4 指紋識(shí)別技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

指紋識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，比如機(jī)場(chǎng)、高鐵、地鐵的安檢、邊境站的出入境管理。手機(jī)解鎖、筆記本解鎖、指紋支付、ATM機(jī)、智能終端、應(yīng)用軟件認(rèn)證登陸等。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、人們對(duì)生活快捷安全的向往與需求，指紋識(shí)別技術(shù)將會(huì)應(yīng)用的越來越廣泛。最常見的應(yīng)用有：（1）考勤機(jī)：?jiǎn)T工考勤系統(tǒng)能夠徹底解決傳統(tǒng)打卡鐘、IC卡考勤方式所出現(xiàn)的代打卡問題，保證了考勤數(shù)據(jù)的真實(shí)性，對(duì)員工的出勤情況進(jìn)行了量化。（2）門禁系統(tǒng)：智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了樓宇出入的人員控制問題，有效解決了小區(qū)居住的安全環(huán)境，提升了小區(qū)的管理水平，使物業(yè)的管理手段進(jìn)一步現(xiàn)代化。（3）指紋鎖：指紋鎖具有方便、快速、精確、低成本等特點(diǎn)，隨著智能家居的發(fā)展，越來越多的人群也開始選擇指紋鎖，具有很好的市場(chǎng)需求前景。

隨著我國信息化的不斷發(fā)展和電子商務(wù)的日益普及，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全將會(huì)引起各行各業(yè)的高度重視。伴隨著頻頻發(fā)生的國內(nèi)外恐怖主義事件、社會(huì)暴力事件，公共場(chǎng)所的安全防范也將會(huì)得到前所未有的關(guān)注，這都為指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用提供了非常廣闊的前景。

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Analysis of Fingerprint Identification Technology in Digital Image Processing

SONG Lei1，WANG Yan-jie2

（1.Zhengzhou Railway Technician College， Zhengzhou Henan 450041;

2.Zhengzhou University of Finance and Economics， Zhengzhou Henan 450049）

Abstract：With the rapid development of computer network technology， Internet+， big data， artificial intelligence and blockchain technology have become hot topics for scholars， At present， China has entered the era of digital development. In the field of user authentication applications， fingerprint recognition technology in digital image processing has become a key technology. It is a network communication technology， computer storage technology， photoelectric transmission technology， and graphics collection processing. The intelligent terminal is integrated into one integrated technology， which has aroused widespread concern in the industry.Nowadays， fingerprint identification technology has been widely used in important fields such as public security， justice， customs， banking， taxation， education， etc.， and plays an important role in China's security industry， effectively preventing the entry of some illegal users.

Key words：fingerprint; fingerprint recognition; image acquisition; pattern matching