指紋識別原理

指(zhi)紋(wen)(wen)是指(zhi)人(ren)的手指(zhi)末端(duan)正(zheng)面(mian)皮膚上凸凹不(bu)平產(chan)生的紋(wen)(wen)線(xian)(xian)。紋(wen)(wen)線(xian)(xian)有(you)(you)規律的排(pai)列形成不(bu)同的紋(wen)(wen)型。紋(wen)(wen)線(xian)(xian)的起點、終點、結合點和分(fen)叉點，稱為指(zhi)紋(wen)(wen)的細節特(te)征點。每個(ge)指(zhi)紋(wen)(wen)都(dou)有(you)(you)幾個(ge)獨一(yi)無(wu)二可(ke)(ke)測(ce)(ce)量的特(te)征點，每個(ge)特(te)征點都(dou)有(you)(you)大(da)約七個(ge)特(te)征，人(ren)們的十個(ge)手指(zhi)產(chan)生最少(shao)4900個(ge)獨立可(ke)(ke)測(ce)(ce)量的特(te)征。指(zhi)紋(wen)(wen)識別技術通過分(fen)析(xi)指(zhi)紋(wen)(wen)可(ke)(ke)測(ce)(ce)量的特(te)征點，從(cong)中抽(chou)取特(te)征值(zhi)，然后進(jin)行(xing)認證。

指紋識別的過程

指紋識(shi)別系統是一個典型的模式(shi)識(shi)別系統，包括(kuo)指紋圖(tu)像獲取、處(chu)理、特征(zheng)提取和(he)比對(dui)等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過專門的指(zhi)(zhi)(zhi)紋采集儀(yi)(yi)可(ke)以采集指(zhi)(zhi)(zhi)紋圖(tu)(tu)像。指(zhi)(zhi)(zhi)紋采集儀(yi)(yi)用到(dao)的指(zhi)(zhi)(zhi)紋傳感(gan)(gan)器(qi)按(an)采集方式(shi)(shi)(shi)(shi)主要分為劃擦式(shi)(shi)(shi)(shi)和按(an)壓式(shi)(shi)(shi)(shi)兩種，按(an)信號采集原理目(mu)前(qian)有光學式(shi)(shi)(shi)(shi)、壓敏式(shi)(shi)(shi)(shi)、電容式(shi)(shi)(shi)(shi)、電感(gan)(gan)式(shi)(shi)(shi)(shi)、熱敏式(shi)(shi)(shi)(shi)和超(chao)聲波式(shi)(shi)(shi)(shi)等。另外，也(ye)可(ke)以通過掃(sao)描儀(yi)(yi)、數(shu)字相機等獲取指(zhi)(zhi)(zhi)紋圖(tu)(tu)像，公安行業(ye)普(pu)遍采用滾動捺印指(zhi)(zhi)(zhi)紋。

2、指紋圖像處理

（1）指紋(wen)圖像壓縮(suo)：大容量的指紋(wen)數據(ju)庫(ku)必(bi)須經過壓縮(suo)后(hou)存(cun)儲(chu)，以(yi)減少(shao)存(cun)儲(chu)空間。主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)(wen)圖(tu)像(xiang)(xiang)處理：包括指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)(wen)區域檢測、圖(tu)像(xiang)(xiang)質量判斷、方向(xiang)圖(tu)和頻(pin)率估計、圖(tu)像(xiang)(xiang)增強、指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)(wen)圖(tu)像(xiang)(xiang)二值化和細化等。預(yu)處理是指(zhi)(zhi)對(dui)含噪聲及偽(wei)特(te)征的(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)(wen)圖(tu)像(xiang)(xiang)采用一(yi)(yi)定的(de)算法加以處理，使其紋(wen)(wen)(wen)(wen)線結構清晰，特(te)征信息突出。其目的(de)是改善指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)(wen)圖(tu)像(xiang)(xiang)的(de)質量，提(ti)高特(te)征提(ti)取的(de)準確性。通常，預(yu)處理過程包括歸一(yi)(yi)化、圖(tu)像(xiang)(xiang)分(fen)割(ge)、增強、二值化和細化，但根(gen)據具(ju)體情況，預(yu)處理的(de)步驟(zou)也不(bu)盡(jin)相同。

3、指紋特征提取

紋(wen)(wen)(wen)型是(shi)指紋(wen)(wen)(wen)的基(ji)本分(fen)類，是(shi)按(an)中心(xin)花紋(wen)(wen)(wen)和三角的基(ji)本形(xing)(xing)(xing)(xing)態(tai)劃分(fen)的。紋(wen)(wen)(wen)形(xing)(xing)(xing)(xing)從屬于型，以中心(xin)線的形(xing)(xing)(xing)(xing)狀(zhuang)定名。我國十指紋(wen)(wen)(wen)分(fen)析法將(jiang)(jiang)指紋(wen)(wen)(wen)分(fen)為(wei)三大類型，九(jiu)種形(xing)(xing)(xing)(xing)態(tai)。一般，指紋(wen)(wen)(wen)自動識別系統(tong)將(jiang)(jiang)指紋(wen)(wen)(wen)分(fen)為(wei)弓形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)（弧形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)、帳形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)）、箕(ji)(ji)形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)（左(zuo)箕(ji)(ji)、右(you)箕(ji)(ji)）、斗形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)和雜形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)等。

指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)形態特征包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)中(zhong)心（上、下(xia)）和三角點(dian)(dian)（左、右）等，指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)(de)細節特征點(dian)(dian)主(zhu)要包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)紋(wen)(wen)線的(de)(de)起點(dian)(dian)、終點(dian)(dian)、結合(he)點(dian)(dian)和分叉(cha)(cha)點(dian)(dian)。從預處理后的(de)(de)圖像中(zhong)提(ti)(ti)取指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)(de)特征點(dian)(dian)信(xin)息（終結點(dian)(dian)、分叉(cha)(cha)點(dian)(dian)...），信(xin)息主(zhu)要包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)類型、坐標、方向等參數。指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)的(de)(de)細節特征，通常包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)端點(dian)(dian)、分叉(cha)(cha)點(dian)(dian)、孤立點(dian)(dian)、短分叉(cha)(cha)、環等。而紋(wen)(wen)線端點(dian)(dian)和分叉(cha)(cha)點(dian)(dian)在指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)出現的(de)(de)機會最多、最穩定(ding)，且(qie)容(rong)易獲取。這兩類特征點(dian)(dian)就(jiu)可對指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)特征匹配：計(ji)算特征提(ti)(ti)取結果與已存儲的(de)(de)特征模板(ban)的(de)(de)相似(si)程(cheng)度。

4、指紋匹配

指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)匹(pi)配是(shi)用現場采(cai)集的(de)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征(zheng)(zheng)與指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)庫(ku)中保存的(de)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征(zheng)(zheng)相(xiang)比較，判斷是(shi)否屬于同一指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)。可以(yi)根據指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)紋(wen)(wen)(wen)形進行粗匹(pi)配，進而利用指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)形態和細節特征(zheng)(zheng)進行精(jing)確匹(pi)配，給(gei)出(chu)兩枚指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)似性得分。根據應(ying)用的(de)不同，對指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)似性得分進行排(pai)序或給(gei)出(chu)是(shi)否為同一指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)判決(jue)結果

指(zhi)紋對比有兩(liang)種方式：

（1）一(yi)對一(yi)比(bi)對：根據用(yong)戶ID從指(zhi)紋(wen)庫中檢索(suo)出待(dai)對比(bi)的用(yong)戶指(zhi)紋(wen)，再與新采集的指(zhi)紋(wen)比(bi)對；

（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）指紋是人體(ti)獨一無二的特征，并且(qie)它們的復雜度足(zu)以提(ti)供(gong)用于鑒別(bie)的足(zu)夠特征；

（2）如果要增加可靠(kao)性(xing)，只(zhi)需登記更多的(de)指紋、鑒別更多的(de)手指，最多可以(yi)多達十個，而每(mei)一個指紋都是獨一無二的(de)；

（3）掃描指(zhi)紋的速度很快，使(shi)用非(fei)常方便；

（4）讀(du)取指(zhi)(zhi)紋(wen)時，用(yong)戶必需將手指(zhi)(zhi)與指(zhi)(zhi)紋(wen)采集(ji)頭相互接(jie)觸，與指(zhi)(zhi)紋(wen)采集(ji)頭直(zhi)接(jie)；

（5）接觸是讀取人體生(sheng)物特征最可靠的方法；

（6）指紋采集頭可以更加小型化，并(bing)且價格會更加的低廉(lian)；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某(mou)些人或(huo)某(mou)些群體的(de)指紋(wen)指紋(wen)特征少，難成像；雙手長期徒手工(gong)作業的(de)人們(men)手指若(ruo)有絲毫破損或(huo)干(gan)濕環境里、沾有異物；對(dui)于在嚴(yan)寒(han)區域或(huo)者嚴(yan)寒(han)氣候下，亦或(huo)者人們(men)需要長時間帶(dai)手套的(de)環境當中，這(zhe)也(ye)將(jiang)使得指紋(wen)識別變(bian)得不那么(me)便利。

（2）過去因(yin)為在(zai)犯罪記(ji)錄中使用指(zhi)紋(wen)，使得(de)某些(xie)人(ren)害(hai)怕“將指(zhi)紋(wen)記(ji)錄在(zai)案”。

（3）實際上指(zhi)紋鑒(jian)別技術可以不存(cun)儲任何含有指(zhi)紋圖像的數據，而只是存(cun)儲從指(zhi)紋中得到的加密的指(zhi)紋特征數據；

（4）每一次使(shi)用(yong)(yong)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)時(shi)都會在指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)采(cai)集頭上留下(xia)用(yong)(yong)戶的指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)印痕(hen)，而(er)這些(xie)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)痕(hen)跡存在被(bei)用(yong)(yong)來復制(zhi)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的可能(neng)性。

（5）指紋是用戶的重要個人信(xin)息，某些應用場合用戶擔心信(xin)息泄漏。

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(ye)中廣泛應用，通過時間和實踐的(de)檢驗，技(ji)術方面也在不斷的(de)革新(xin)。

指紋識別破解

指紋(wen)識別技(ji)術雖然(ran)應用廣泛，但是相對來(lai)說(shuo)破(po)解也比(bi)較容(rong)易，可以制作指模破(po)解。