指紋識別技術(shù)的基本原理及過(guò)程

盡管指紋識別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了民用領(lǐng)域，但是其工作原理其實(shí)還是比較復雜的。與人工處理不同，生物識別技術(shù)公司不直接存儲指紋的圖像。多年來(lái)，各生物識別技術(shù)公司及其研究機構研究了許多指紋識別算法(美國有關(guān)法律認為，指紋圖像屬于個(gè)人隱私，因此不能直接存儲指紋圖像)。但各種識別算法最終都歸結為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。這就是指紋識別技術(shù)的基本原理，即采集指紋圖像并進(jìn)行比對指紋特征。

指紋的特征
從普遍意義上來(lái)講，可以定義指紋的兩類(lèi)特征來(lái)進(jìn)行指紋的驗證：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(guān)察到的特征。它包括：

1、基本紋型
常見(jiàn)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(lèi)，僅僅依靠圖案類(lèi)型來(lái)分辨指紋是遠遠不夠的，但通過(guò)分類(lèi)可以更加便利于在大數據庫中搜尋到指紋。

2、模式區(Pattern Area)
模式區是包含了紋型特征的區域，即從模式區就能夠分辨出指紋是屬于那一種類(lèi)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(kāi)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)、折轉處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計數和跟蹤的開(kāi)始之處。

5、式樣線(xiàn)( Type Lines)
式樣線(xiàn)是在指紋包圍模式區的紋路線(xiàn)開(kāi)始平行的地方所出現的交叉紋路，式樣線(xiàn)通常很短就中斷了，但它的外側線(xiàn)開(kāi)始連續延伸。

6、紋數( Ridge Count)
紋數是指模式區內指紋紋路的數量。在計算指紋的紋數時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線(xiàn)與指紋紋路相交的數量即可認為是指紋的紋數。
局部特征是指指紋上的節點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會(huì )具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。局部特征點(diǎn)有如下的類(lèi)型：
1)節點(diǎn)：指紋紋路并不是連續、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現中斷、分叉或彎折的。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉折點(diǎn)就稱(chēng)為“節點(diǎn)”。就是這些節點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認信息。
2)端點(diǎn)：一條紋線(xiàn)終止的地方；
3)分叉點(diǎn)：一條紋線(xiàn)分裂成兩條的地方；
4)中心點(diǎn)：指紋的幾何中心，這是紋線(xiàn)產(chǎn)生最大曲率的地方；
5)三角點(diǎn)：三種不同方向的紋線(xiàn)匯聚的地方；
6)交叉：兩條紋線(xiàn)產(chǎn)生交叉的地方；
7)小島：一條很短小的紋線(xiàn)；
8)汗腺孔：脊線(xiàn)上的小孔，系汗腺。以上這些特征被用來(lái)區分不同的指紋。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)在刑偵系統中普遍使用，而在民用系統中并不常用。因為這些應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.交叉和小島由于計算上的困難，在實(shí)際的系統中往往不予采用。
• 4.有人曾提出用汗腺孔來(lái)進(jìn)行指紋識別，但這種方法要求指紋采集設備要具有非常高的分辨率。所以在實(shí)際的系統中沒(méi)有采用。

指紋識別的過(guò)程
指紋識別由兩個(gè)過(guò)程組成，即登記過(guò)程和識別過(guò)程。其原理如圖1 所示：

圖1 指紋識別的過(guò)程