指紋信息提取技術(shù)的分析與實(shí)現(xiàn)

王昊鼎

摘要：指紋具有唯一性和不變性，每個(gè)人的指紋都是獨(dú)一無二的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)成為了當(dāng)前最有效、最便捷的鑒別身份的手段之一，本文主要對指紋提取技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)的分析，希望通過本文能夠?qū)χ讣y提取技術(shù)有所借鑒意義。

關(guān)鍵詞：指紋提取;概念;指紋識(shí)別原理

1.引言

隨著社會(huì)信息化步伐的加快，人們對于個(gè)人身份的確認(rèn)和權(quán)限的認(rèn)定要求越來越高，信息安全正在成為人們研究的熱點(diǎn)。在眾多識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別以方便易用、高準(zhǔn)確率、易采集和低成本等諸多優(yōu)勢備受關(guān)注，已經(jīng)成為身份認(rèn)證的最有效手段之一，在犯罪識(shí)別、信息安全、電子商務(wù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。每個(gè)人指紋在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的，并且終生不變。由于這種唯一性和穩(wěn)定性，指紋識(shí)別技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)：指紋是人體獨(dú)一無二的特征，并且它們的精確度和復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征;而不同手指指紋也是獨(dú)一無二的;掃描指紋的速度很快，使用非常方便。

2. 指紋識(shí)別的概念

指紋識(shí)別技術(shù)是把一個(gè)人同其指紋對應(yīng)起來，通過比較輸入的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證此人的真實(shí)身份。我們就可以把一個(gè)人同他的指紋對應(yīng)起來，通過將他的指紋和預(yù)先保存的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證它的真實(shí)身份，這就是指紋識(shí)別技術(shù)。識(shí)別指紋主要分為：總體特征和局部特征。總體特征是可通過人眼提取、匹配等操作的直接就可觀察到的特征，局部特征是指紋的特征點(diǎn)，不同指紋或許可能具有相同的總體特征，但它們的特征程。點(diǎn)信息卻不可能完全相同，特征點(diǎn)決定了指紋的唯一。

3. 指紋識(shí)別的原理

指紋識(shí)別技術(shù)主要涉及四個(gè)功能：讀取指紋圖象、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。

在一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖象，取到指紋圖象之后，要對原始圖象進(jìn)行初步的處理，使之更清晰。

接下來，指紋辨識(shí)軟件建立指紋的數(shù)字表示——特征數(shù)據(jù)，一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會(huì)產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。因?yàn)橥ǔＪ种干掀骄哂?0個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會(huì)產(chǎn)生大約490個(gè)數(shù)據(jù)。

有的算法把節(jié)點(diǎn)和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像?？傊@些數(shù)據(jù)，通常稱為模板，保存為1K大小的記錄。無論它們是怎樣組成的，至今仍然沒有一種模板的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有一種公布的抽象算法，而是各個(gè)廠商自行其是。

最后，通過計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果。

4. 指紋提取技術(shù)的系統(tǒng)問題

有效的指紋辨識(shí)系統(tǒng)不僅僅依賴于辨識(shí)算法，還有其他的一些重要因素，這里稱之為“系統(tǒng)問題”。包括注冊和辨識(shí)過程，速度和工作學(xué)、用戶信息的反饋、排斥欺騙和安全考慮。 為了得到較好的識(shí)別率，重要的是在注冊時(shí)盡量獲得最好的指紋圖象，這是因?yàn)樽砸话阒贿M(jìn)行一次，而以后的辨識(shí)是經(jīng)常的。一個(gè)較好的指紋識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)要求用戶的指紋在登記指紋時(shí)多次獲取指紋，然后，把最好的指紋或每次獲得的指紋的綜合的結(jié)果作為注冊的指紋。

又一個(gè)方法可以作為指紋系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的考慮，即我們可以多次取像直到得到一個(gè)確定的匹配，但這個(gè)過程在降低了拒判率的同時(shí)，提高了誤判率。辨識(shí)不僅僅只用一個(gè)手指的指紋，可以用兩個(gè)或更多的手指的指紋，這樣可以增強(qiáng)識(shí)別率，當(dāng)然這樣一來會(huì)浪費(fèi)用戶的許多時(shí)間。

系統(tǒng)的工作學(xué)是很重要的。例如：在個(gè)人識(shí)別系統(tǒng)中，人們愿意等待時(shí)間的極限，這個(gè)極限時(shí)間根據(jù)特定的應(yīng)用而不同，依賴于在處理的過程中人們正在做什么。例如：刷卡或輸入ID號的過程，從0.5-1.5秒被認(rèn)為是可接受的時(shí)間;另外，拒判而重復(fù)次數(shù)不應(yīng)超過3次。

驗(yàn)證和辨識(shí)的過程、取像設(shè)備的設(shè)計(jì)拒判率和誤判率關(guān)系的設(shè)定，為了盡可能的獲得高質(zhì)量的指紋圖象而提示用戶手指該怎樣放置，正確的反饋信息是非常有用的。如“手指放得太高”，“手指按得不夠重”等。

在指紋識(shí)別系統(tǒng)中，反欺騙的措施用來阻止人造指紋、死指紋和殘留指紋。殘留指紋是由于皮膚油或其他原因殘留在傳感器上。傳感器應(yīng)建立反欺對策，使得有能力識(shí)別真實(shí)的皮膚溫度、阻力或電容。

既然指紋識(shí)別系統(tǒng)是為安全而考慮的，例如，節(jié)點(diǎn)模板數(shù)據(jù)庫必須是安全的，以防止一個(gè)冒名頂替的人將自己的指紋存進(jìn)數(shù)據(jù)庫而成為合法的用戶。指紋匹配的結(jié)果是“YES”或“NO”，以此獲得訪問權(quán)。如果有人簡單地繞過指紋匹配而能去直接發(fā)送一個(gè)“YES”，那么系統(tǒng)就是不安全的。這個(gè)問題的解決是確保主機(jī)接收的識(shí)別結(jié)果是來自真正的合法用戶，如通過數(shù)字信號發(fā)送給主機(jī)。

總之，在一個(gè)完整的指紋識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中有許多問題值得考慮，解決好這些問題有助于成功地建立有效的系統(tǒng)，相反，則有可能會(huì)使得高明的技術(shù)被束之高閣，甚至導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)最后的失敗。

5. 小結(jié)

指紋識(shí)別技術(shù)因?yàn)槠浔憬莞咝У奶攸c(diǎn)，被廣泛運(yùn)用到身份識(shí)別技術(shù)中去，本文對指紋識(shí)別技術(shù)的大致原理簡單介紹，讓讀者能夠大致了解指紋識(shí)別技術(shù)這一原理，希望對廣大讀者有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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