指紋識別原理

   
  
指紋是手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊涵大量的信息。指紋特征可分為兩類(lèi)：總體特征和局部特征?？傮w特征指那些用人眼直接就可以觀(guān)察到的特征，包括基本紋路圖案、模式區、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、式樣線(xiàn)和紋數等?；炯y路圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型。局部特征指指紋上的特征點(diǎn)，即指紋紋路上的終結點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉折點(diǎn)。這些指紋特征點(diǎn)可用以下4種特性來(lái)描述。 

  

(1)位置：特征點(diǎn)的位置通過(guò)(x,y)坐標來(lái)描述，可以是絕對的，也可以是相對于三角點(diǎn)的。

(2)方向：該特征點(diǎn)所在的局部脊線(xiàn)的方向。

 

(3)分類(lèi)：特征點(diǎn)有以下幾種類(lèi)型：終結點(diǎn)、分叉點(diǎn)、分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)、短紋等。最典型的終結點(diǎn)和分叉點(diǎn)如圖9-3所示。

 

(4)脊線(xiàn)：特征點(diǎn)對應的脊線(xiàn)(di，ai)。特征點(diǎn)對應的脊線(xiàn)用在該脊線(xiàn)上的采樣點(diǎn)來(lái)表示。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對應特征點(diǎn)的距離di，連接該點(diǎn)與對應特征點(diǎn)的直線(xiàn)，以及對應特征點(diǎn)方向的夾角ai，來(lái)表示。

                           
                  

指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，再用局部特征如位置和方向等來(lái)進(jìn)行識別用戶(hù)身份。通常，首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點(diǎn)” (minutiae)，然后根據特征點(diǎn)的特性建立用戶(hù)活體指紋的數字表示——指紋特征數據(一種單向的轉換，可以從指紋圖像轉換成特征數據但不能從特征數據轉換成為指紋圖像)。由于兩枚不同的指紋不會(huì )產(chǎn)生相同的特征數據，所以通過(guò)對所采集到的指紋圖像的特征數據和存放在數據庫中的指紋特征數據進(jìn)行模式匹配，計算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結果，根據匹配結果來(lái)鑒別用戶(hù)身份。

 

總之，指紋識別技術(shù)首先通過(guò)讀取指紋圖像，然后用計算機識別軟件提取指紋的特征數據，最后通過(guò)匹配識別算法得到識別結果。其基本原理框圖如圖9-4所示。

                 




由指紋識別的基本原理可知，指紋識別技術(shù)主要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)步驟：指紋圖像的獲取、指紋圖像的預處理、指紋特征的提取和指紋特征匹配。下面將對指紋識別技術(shù)的每個(gè)步驟做詳細論述。 

  

(1)指紋圖像的獲取。

 

獲取指紋圖像的設備可分成三類(lèi)：光學(xué)、硅晶體傳感器和其他。光學(xué)取像設備應用的歷史最久，它依據的是光的全反射原理。

 

應用晶體傳感器是最近在市場(chǎng)上才出現的，這些含有微型晶體的平面通過(guò)多種技術(shù)來(lái)繪制指紋圖像。

 

電容傳感器就是其中的一種，它通過(guò)電子度量被設計來(lái)捕獲指紋圖像。電容設備能結合大約100 000導體金屬陣列的傳感器，其外面是絕緣的表面，當用戶(hù)的手指放在上面時(shí)，皮膚組成了電容陣列的另一面。電容器的電容值由于金屬問(wèn)的距離而變化，這里指的是脊(近的)和谷(遠的)之間的距離。除了以上兩類(lèi)，超聲波掃描被認為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類(lèi)，但價(jià)格太高、體積偏大。．一般采集到的指紋圖像都是存成256級灰度的圖像。

 

(2)指紋圖像預處理。

 

為了得到比較準確的指紋特征點(diǎn)，指紋圖像預處理一般要經(jīng)過(guò)圖像增強(濾波去掉噪聲)、計算方向圖、二值化和細化等過(guò)程。整個(gè)過(guò)程如圖9-5所示。

 

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