指紋識(shí)別應(yīng)用研究

于曉明

摘 要：模式識(shí)別技術(shù)是如今社會(huì)聚焦的熱點(diǎn)，它快速發(fā)展也帶來了生物體特征識(shí)別技術(shù)的推進(jìn)，生物體識(shí)別技術(shù)包括指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、耳廓識(shí)別等，指紋識(shí)別技術(shù)作為生物體特征識(shí)別技術(shù)之一在新世紀(jì)逐漸成熟，進(jìn)入了人類的生產(chǎn)生活領(lǐng)域，基于此，接下來將從指紋模式對(duì)于指紋進(jìn)行介紹，對(duì)指紋識(shí)別的過程進(jìn)行分析，在現(xiàn)有指紋識(shí)別應(yīng)用的基礎(chǔ)上指明幾點(diǎn)問題并對(duì)未來指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞：指紋模式；指紋識(shí)別；指紋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.140

模式識(shí)別技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)對(duì)于研究對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化處理，把研究的事物進(jìn)行區(qū)別劃分，將同一類或者同一特征的物體進(jìn)行歸類化處理，從而得到我們所希望的結(jié)果。指紋識(shí)別就是利用人類生物體特征不同的特性，將每個(gè)人的指紋分別歸類，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行檢索，最終確定使用者的真實(shí)身份。

1 指紋模式

指紋是人類手指末端由凹凸的皮膚所形成的紋路，在人類出生之前指紋就已經(jīng)形成并且隨著個(gè)體的成長指紋的形狀不會(huì)發(fā)生改變，只是明顯程度的變化，而且每個(gè)人的指紋都是不同的，在眾多細(xì)節(jié)描述中能進(jìn)行良好的區(qū)分，指紋紋路有三種基本的形狀：斗型（whorl）、弓型（arch）和箕型（loop）。在指紋中有許多特征點(diǎn)，特征點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息，這是進(jìn)行指紋識(shí)別的基礎(chǔ)，分為總體特征和局部特征，總體特征又包括了核心點(diǎn)（位于指紋紋路的漸進(jìn)中心）、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)）、紋數(shù)（指紋紋路的數(shù)量）；局部特征是指紋的細(xì)節(jié)特征，在特征點(diǎn)處的方向、曲率、節(jié)點(diǎn)的位置，這都是區(qū)分不同指紋的重要指標(biāo)。

2 指紋識(shí)別

指紋識(shí)別是將識(shí)別對(duì)象的指紋進(jìn)行分類比對(duì)從而進(jìn)行判別。指紋識(shí)別的第一步是指紋圖像的獲取，目前已經(jīng)有多種指紋圖像的獲取方式，主要有光學(xué)指紋采集技術(shù)、電容式傳感器指紋采集、溫度傳感指紋獲取技術(shù)、超聲波指紋采集技術(shù)、電磁波指紋采集技術(shù)，獲得圖像后進(jìn)行預(yù)處理加工，要實(shí)現(xiàn)圖像的灰度變換、分割、均衡化、增強(qiáng)、細(xì)化等預(yù)處理步驟。這里我們從指紋圖像的分割、均衡化、增強(qiáng)三部分對(duì)于預(yù)處理進(jìn)行簡要的介紹。首先要把指紋從整個(gè)圖案上分割出來，背景圖和指紋分布圖的灰度是不同的，這就確定了兩者強(qiáng)度的區(qū)別，利用梯度這個(gè)概念就能將指紋從背景圖中很好的分離開；均衡化是預(yù)處理中的重要一步，在提取時(shí)根據(jù)環(huán)境的不同得到的指紋圖像不同區(qū)域的像素分布點(diǎn)是不同的，均衡化就是將不同區(qū)域分布的像素進(jìn)行均值劃分得到亮度分布均衡的圖像；為了便于特征的提取，在幾步加工后的圖像還要智能化增強(qiáng)，Daugmann實(shí)現(xiàn)了利用Gabor小波逼近的方法使指紋圖像的紋路線條更加清晰，即白的部分更白，黑的部分更黑，線條的邊緣分布更加平滑。

對(duì)于處理好的指紋圖像，指紋的紋路已經(jīng)十分清晰，要進(jìn)行指紋識(shí)別必須要進(jìn)行特征提取，分離出那些具體的特征點(diǎn)來代替不同的紋路，首先提取指紋的特征端點(diǎn)和叉點(diǎn)，將端點(diǎn)叉點(diǎn)圖像進(jìn)行九宮格分割，利用指紋特征分布的灰度值是不同的這個(gè)特性，將指紋圖像的端點(diǎn)和叉點(diǎn)分離出來，對(duì)于奇異點(diǎn)的提取利用Poincare公式，利用這個(gè)公式提取方向場周圍劇烈變化的點(diǎn)，我們?cè)谟?jì)算機(jī)中使用不同的算法分別實(shí)現(xiàn)各個(gè)特征點(diǎn)的提取過程。

最后將識(shí)別的指紋分類操作，指紋的分類是用采集的指紋特征與數(shù)據(jù)庫中保存的指紋特征相比較，判斷是否屬于同一指紋，首先根據(jù)指紋的紋形進(jìn)行粗匹配，進(jìn)而利用指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行精確匹配，給出相比較指紋的相似性程度。根據(jù)應(yīng)用的不同，對(duì)指紋的相似性得分進(jìn)行排序或給出是否為同一指紋的判決結(jié)果，指紋對(duì)比有兩種方式：一對(duì)一比對(duì)是根據(jù)用戶從數(shù)據(jù)庫中檢索出待對(duì)比的用戶指紋，再與新采集的指紋比對(duì)；一對(duì)多比對(duì)是新采集的指紋和數(shù)據(jù)庫中的所有指紋逐一比對(duì)。

3 指紋識(shí)別應(yīng)用

近幾年指紋識(shí)別技術(shù)快速發(fā)展，在眾多生物體識(shí)別技術(shù)中屬于比較成熟的一種識(shí)別方式，而且隨著智能手機(jī)熱潮的襲來，指紋識(shí)別已經(jīng)廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)領(lǐng)域：手機(jī)解鎖、支付信息、消息確認(rèn)等。本文接下來從門禁技術(shù)和銀行技術(shù)方面進(jìn)行指紋識(shí)別的介紹。門禁技術(shù)中是將指紋提前錄入數(shù)據(jù)庫中，在對(duì)使用者進(jìn)行指紋認(rèn)定時(shí)，首先提取使用者的指紋，門禁系統(tǒng)進(jìn)行指紋識(shí)別過程處理，得到分類信息，進(jìn)行已錄入指紋的對(duì)比驗(yàn)證，符合數(shù)據(jù)庫中指紋信息則系統(tǒng)執(zhí)行開門操作；基于門禁系統(tǒng)，對(duì)于如今學(xué)生使用門卡開門的操作，學(xué)生容易丟卡和攜帶不便的問題，在宿舍管理使用指紋識(shí)別能很大程度解決存在的問題。如今自助銀行取錢時(shí)，只進(jìn)行密碼驗(yàn)證容易被不法分子識(shí)別，所以在部分地區(qū)已經(jīng)開始銀行卡與指紋信息匹配的記錄，取錢驗(yàn)證密碼和銀行卡的同時(shí)要對(duì)指紋信息進(jìn)行比較，首先獲取用戶指紋信息，取款機(jī)自動(dòng)將指紋信息傳遞后臺(tái)，后臺(tái)進(jìn)行錄入指紋與驗(yàn)證指紋的比對(duì)識(shí)別，若符合要求，則成功取錢，這進(jìn)一步的環(huán)節(jié)能為使用用戶的安全給予更多的保障。

指紋識(shí)別的應(yīng)用仍存在一些問題，鑒于親屬之間指紋存在相似性，算法的精度不高容易導(dǎo)致識(shí)別錯(cuò)誤，而且在接觸東西時(shí)遺留的指紋信息容易被他人引用，安全性不高，這就要求我們模式識(shí)別過程中提升算法的精度，并且綜合除指紋外其它方面信息綜合識(shí)別。本文接下來有幾項(xiàng)指紋識(shí)別的發(fā)展展望，活體檢測(cè)與指紋識(shí)別結(jié)合，避免遺留指紋被竊取而造成的不良后果，包括人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別等多種識(shí)別技術(shù)的綜合性生物特征識(shí)別，提高識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性；將指紋識(shí)別與信息登記一體化，建立龐大的數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過指紋就可以查詢登記信息，包括學(xué)生信息、公民信息、獲獎(jiǎng)信息等，進(jìn)行開鎖操作，包括門鎖、車鎖、手機(jī)鎖等，這樣的一體化信息會(huì)極大的方便人們的生產(chǎn)生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧官明，李海波，劉莉.生物特征識(shí)別綜述[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（01）：81-88.

[2]王曙光.指紋識(shí)別技術(shù)綜述[J].信息安全研究，2016，2（04）：343-355.

[3]陸穎.指紋自動(dòng)識(shí)別原理與方法綜述[J].工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)，2004（06）

：1003-1010.

[4]顧陳磊，劉宇航，聶澤東等.指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，2017，36（04）：470-482.

[5]孫靜，康風(fēng)建，孫彥濤.基于指紋識(shí)別的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2017，7（06）：155-156.