指紋識別原理

指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)是指(zhi)(zhi)人(ren)的(de)(de)手指(zhi)(zhi)末端正面皮膚(fu)上(shang)凸(tu)凹不平(ping)產(chan)生(sheng)的(de)(de)紋(wen)(wen)線。紋(wen)(wen)線有規律的(de)(de)排列形成不同的(de)(de)紋(wen)(wen)型。紋(wen)(wen)線的(de)(de)起點(dian)、終點(dian)、結合點(dian)和(he)分叉點(dian)，稱為指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)(de)細(xi)節(jie)特(te)(te)(te)征點(dian)。每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)都有幾個(ge)(ge)(ge)(ge)獨(du)一無二可(ke)測(ce)量的(de)(de)特(te)(te)(te)征點(dian)，每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)特(te)(te)(te)征點(dian)都有大約(yue)七個(ge)(ge)(ge)(ge)特(te)(te)(te)征，人(ren)們的(de)(de)十個(ge)(ge)(ge)(ge)手指(zhi)(zhi)產(chan)生(sheng)最少4900個(ge)(ge)(ge)(ge)獨(du)立可(ke)測(ce)量的(de)(de)特(te)(te)(te)征。指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)識別技(ji)術(shu)通過分析(xi)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)可(ke)測(ce)量的(de)(de)特(te)(te)(te)征點(dian)，從中(zhong)抽取特(te)(te)(te)征值，然后進(jin)行認證。

指紋識別的過程

指紋識別(bie)系(xi)(xi)統是一(yi)個典型的(de)模式識別(bie)系(xi)(xi)統，包括指紋圖像獲取、處理、特征(zheng)提取和比對等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過專門的指(zhi)(zhi)紋(wen)采集(ji)(ji)儀(yi)(yi)可以采集(ji)(ji)指(zhi)(zhi)紋(wen)圖像。指(zhi)(zhi)紋(wen)采集(ji)(ji)儀(yi)(yi)用到的指(zhi)(zhi)紋(wen)傳感(gan)器按(an)采集(ji)(ji)方(fang)式(shi)主(zhu)要分(fen)為(wei)劃擦(ca)式(shi)和按(an)壓式(shi)兩(liang)種，按(an)信號采集(ji)(ji)原理(li)目前有光學式(shi)、壓敏(min)式(shi)、電(dian)容式(shi)、電(dian)感(gan)式(shi)、熱敏(min)式(shi)和超聲波式(shi)等。另外，也可以通過掃描儀(yi)(yi)、數(shu)字相機等獲取指(zhi)(zhi)紋(wen)圖像，公(gong)安(an)行業普遍采用滾動捺(na)印(yin)指(zhi)(zhi)紋(wen)。

2、指紋圖像處理

（1）指(zhi)紋圖像壓縮(suo)(suo)：大容量(liang)的指(zhi)紋數據庫(ku)必須經過(guo)壓縮(suo)(suo)后存儲，以減少存儲空間(jian)。主(zhu)要方(fang)法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)紋(wen)圖(tu)像處(chu)(chu)理：包括指(zhi)紋(wen)區(qu)域檢測、圖(tu)像質(zhi)量(liang)(liang)判斷、方向圖(tu)和(he)頻率估計(ji)、圖(tu)像增強、指(zhi)紋(wen)圖(tu)像二(er)值化(hua)和(he)細化(hua)等(deng)。預(yu)處(chu)(chu)理是(shi)(shi)指(zhi)對含噪聲及偽特征的(de)指(zhi)紋(wen)圖(tu)像采用一(yi)定的(de)算法加以(yi)處(chu)(chu)理，使其(qi)紋(wen)線結構清晰，特征信息突出(chu)。其(qi)目的(de)是(shi)(shi)改(gai)善指(zhi)紋(wen)圖(tu)像的(de)質(zhi)量(liang)(liang)，提(ti)高特征提(ti)取(qu)的(de)準(zhun)確性。通常，預(yu)處(chu)(chu)理過程包括歸一(yi)化(hua)、圖(tu)像分割(ge)、增強、二(er)值化(hua)和(he)細化(hua)，但根據具體情況，預(yu)處(chu)(chu)理的(de)步驟也不盡相同。

3、指紋特征提取

紋(wen)(wen)(wen)型是(shi)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的基(ji)本(ben)分類，是(shi)按中心花紋(wen)(wen)(wen)和三角的基(ji)本(ben)形(xing)態劃分的。紋(wen)(wen)(wen)形(xing)從屬于型，以中心線的形(xing)狀定名。我國十(shi)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)分析法將指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)分為三大類型，九種形(xing)態。一般，指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)自動識(shi)別系統(tong)將指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)分為弓形(xing)紋(wen)(wen)(wen)（弧形(xing)紋(wen)(wen)(wen)、帳形(xing)紋(wen)(wen)(wen)）、箕形(xing)紋(wen)(wen)(wen)（左箕、右箕）、斗形(xing)紋(wen)(wen)(wen)和雜形(xing)紋(wen)(wen)(wen)等。

指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)形(xing)態特(te)(te)(te)(te)征(zheng)包(bao)(bao)括(kuo)中(zhong)(zhong)心（上(shang)、下）和三角點(dian)（左、右）等，指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)(de)細節特(te)(te)(te)(te)征(zheng)點(dian)主要包(bao)(bao)括(kuo)紋(wen)(wen)線的(de)(de)起點(dian)、終點(dian)、結(jie)合點(dian)和分叉(cha)(cha)(cha)點(dian)。從預處(chu)理后(hou)的(de)(de)圖像(xiang)中(zhong)(zhong)提取(qu)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)(de)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)點(dian)信(xin)息（終結(jie)點(dian)、分叉(cha)(cha)(cha)點(dian)...），信(xin)息主要包(bao)(bao)括(kuo)類(lei)型、坐(zuo)標、方(fang)向(xiang)等參數(shu)。指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)(zhong)的(de)(de)細節特(te)(te)(te)(te)征(zheng)，通(tong)常(chang)包(bao)(bao)括(kuo)端點(dian)、分叉(cha)(cha)(cha)點(dian)、孤立(li)點(dian)、短(duan)分叉(cha)(cha)(cha)、環等。而紋(wen)(wen)線端點(dian)和分叉(cha)(cha)(cha)點(dian)在指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)(zhong)出現(xian)的(de)(de)機(ji)會最(zui)多、最(zui)穩(wen)定，且容易獲取(qu)。這兩(liang)類(lei)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)點(dian)就可對指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)匹配(pei)：計(ji)算特(te)(te)(te)(te)征(zheng)提取(qu)結(jie)果與已存儲的(de)(de)特(te)(te)(te)(te)征(zheng)模板的(de)(de)相(xiang)似程度。

4、指紋匹配

指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)匹配是用現(xian)場采集(ji)的指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)特征與(yu)指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)庫中(zhong)保存的指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)特征相(xiang)比較，判(pan)(pan)斷(duan)是否屬于同(tong)一指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)。可以根(gen)據(ju)指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)的紋(wen)形進(jin)行粗匹配，進(jin)而(er)利用指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)形態和細節(jie)特征進(jin)行精確匹配，給出兩枚指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)的相(xiang)似性得分(fen)。根(gen)據(ju)應用的不同(tong)，對指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)的相(xiang)似性得分(fen)進(jin)行排序或給出是否為同(tong)一指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)的判(pan)(pan)決結果

指紋(wen)對比有兩種方式：

（1）一對(dui)一比對(dui)：根據用戶ID從指紋(wen)庫(ku)中(zhong)檢(jian)索出(chu)待對(dui)比的(de)(de)用戶指紋(wen)，再與新采集(ji)的(de)(de)指紋(wen)比對(dui)；

（2）一對多比對：新采集的指紋和指紋庫中的所有指紋逐一比對。

指紋識別技術的優缺點

1、指紋識別技術的主要優點為：

（1）指紋是人(ren)體獨(du)一無二的(de)(de)特征，并(bing)且(qie)它們的(de)(de)復雜度足以(yi)提供用(yong)于鑒別的(de)(de)足夠(gou)特征；

（2）如果要增加可(ke)靠(kao)性，只需登記(ji)更多的(de)(de)指紋、鑒別更多的(de)(de)手指，最多可(ke)以多達十個，而(er)每一個指紋都是獨一無(wu)二的(de)(de)；

（3）掃描指紋的速度(du)很快，使用非(fei)常方(fang)便；

（4）讀取指紋(wen)時，用戶(hu)必需將手指與指紋(wen)采集頭(tou)相互(hu)接觸，與指紋(wen)采集頭(tou)直接；

（5）接觸是讀取人(ren)體生物特征最可靠的方(fang)法(fa)；

（6）指紋(wen)采集頭(tou)可(ke)以(yi)更(geng)加小(xiao)型(xing)化，并且(qie)價格(ge)會更(geng)加的低廉(lian)；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某(mou)些(xie)人(ren)或某(mou)些(xie)群(qun)體(ti)的指(zhi)紋指(zhi)紋特征少，難成(cheng)像；雙手(shou)長(chang)(chang)期徒(tu)手(shou)工作業的人(ren)們(men)手(shou)指(zhi)若有絲毫破損或干濕環境里、沾(zhan)有異(yi)物；對于在嚴寒區(qu)域(yu)或者嚴寒氣候下，亦或者人(ren)們(men)需要長(chang)(chang)時間帶手(shou)套的環境當中，這也將使(shi)得指(zhi)紋識別變得不那么便利。

（2）過去因(yin)為在犯罪記錄(lu)中使用指(zhi)(zhi)紋，使得某(mou)些(xie)人(ren)害怕(pa)“將指(zhi)(zhi)紋記錄(lu)在案(an)”。

（3）實際上(shang)指紋鑒別技術可以不(bu)存儲(chu)任何含有指紋圖像的數據(ju)，而(er)只是存儲(chu)從指紋中得到的加密的指紋特征數據(ju)；

（4）每一次使用(yong)(yong)(yong)指(zhi)(zhi)紋(wen)時都會在(zai)指(zhi)(zhi)紋(wen)采集頭上留下用(yong)(yong)(yong)戶(hu)的(de)(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)印(yin)痕，而這些指(zhi)(zhi)紋(wen)痕跡存在(zai)被用(yong)(yong)(yong)來(lai)復制(zhi)指(zhi)(zhi)紋(wen)的(de)(de)可(ke)能性(xing)。

（5）指紋是用戶的重(zhong)要個人信(xin)(xin)息(xi)，某(mou)些應用場合用戶擔心(xin)信(xin)(xin)息(xi)泄漏。

指紋識別技術應用

我國第二代身份證早就實現了指紋采集，且各大智能手機的指紋解鎖功能也已經使用多年。與其他生物識別技術相比，指紋識別早已經在消費電子、安防、打卡機等等產業中(zhong)廣泛(fan)應(ying)用，通過時間和實踐的檢驗，技術方面也(ye)在不斷的革新。

指紋識別破解

指紋識(shi)別技(ji)術雖然應用廣泛(fan)，但是(shi)相對(dui)來說破解也比較(jiao)容易，可(ke)以制作指模破解。