指紋識別原理

指(zhi)紋(wen)是(shi)指(zhi)人(ren)(ren)的(de)手指(zhi)末端正面皮膚上(shang)凸凹不平產生的(de)紋(wen)線。紋(wen)線有(you)規(gui)律的(de)排列形成(cheng)不同的(de)紋(wen)型。紋(wen)線的(de)起點(dian)(dian)、終點(dian)(dian)、結(jie)合點(dian)(dian)和分叉點(dian)(dian)，稱為指(zhi)紋(wen)的(de)細節(jie)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)。每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)指(zhi)紋(wen)都有(you)幾個(ge)(ge)(ge)(ge)獨一無(wu)二(er)可(ke)測量(liang)(liang)的(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)，每(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)都有(you)大約(yue)七個(ge)(ge)(ge)(ge)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)，人(ren)(ren)們(men)的(de)十個(ge)(ge)(ge)(ge)手指(zhi)產生最少(shao)4900個(ge)(ge)(ge)(ge)獨立(li)可(ke)測量(liang)(liang)的(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)。指(zhi)紋(wen)識別(bie)技術(shu)通過分析指(zhi)紋(wen)可(ke)測量(liang)(liang)的(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)，從(cong)中抽取(qu)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)值，然后(hou)進行認(ren)證。

指紋識別的過程

指(zhi)紋識別系(xi)統是一個典型的模式識別系(xi)統，包括指(zhi)紋圖像(xiang)獲取、處(chu)理(li)、特征提取和(he)比對等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過(guo)(guo)專門的指(zhi)紋(wen)(wen)采(cai)集儀(yi)(yi)可以(yi)采(cai)集指(zhi)紋(wen)(wen)圖像(xiang)。指(zhi)紋(wen)(wen)采(cai)集儀(yi)(yi)用到的指(zhi)紋(wen)(wen)傳感(gan)器按采(cai)集方式主要分(fen)為(wei)劃擦式和(he)按壓(ya)式兩種，按信號(hao)采(cai)集原理目(mu)前有光學式、壓(ya)敏式、電容式、電感(gan)式、熱敏式和(he)超(chao)聲波式等(deng)。另外，也可以(yi)通過(guo)(guo)掃描(miao)儀(yi)(yi)、數字(zi)相機等(deng)獲取指(zhi)紋(wen)(wen)圖像(xiang)，公安行業(ye)普遍(bian)采(cai)用滾動捺(na)印指(zhi)紋(wen)(wen)。

2、指紋圖像處理

（1）指紋(wen)圖像壓(ya)縮：大容(rong)量的指紋(wen)數(shu)據庫(ku)必(bi)須經過壓(ya)縮后存(cun)儲，以減少存(cun)儲空(kong)間。主要(yao)方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處(chu)(chu)理(li)：包(bao)括指(zhi)(zhi)紋(wen)區域檢測、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)質量判斷、方向圖(tu)(tu)和頻率估計、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)增(zeng)強、指(zhi)(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)二(er)值化(hua)(hua)和細化(hua)(hua)等(deng)。預處(chu)(chu)理(li)是指(zhi)(zhi)對含噪聲及偽特征(zheng)的指(zhi)(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)采用一(yi)定的算法加以(yi)處(chu)(chu)理(li)，使其紋(wen)線結構(gou)清晰，特征(zheng)信息(xi)突出(chu)。其目的是改善(shan)指(zhi)(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)的質量，提高(gao)特征(zheng)提取的準確性。通(tong)常，預處(chu)(chu)理(li)過程包(bao)括歸一(yi)化(hua)(hua)、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)分(fen)割(ge)、增(zeng)強、二(er)值化(hua)(hua)和細化(hua)(hua)，但根據具體情況，預處(chu)(chu)理(li)的步驟也不(bu)盡相(xiang)同(tong)。

3、指紋特征提取

紋(wen)(wen)型是(shi)指紋(wen)(wen)的(de)基(ji)本(ben)分(fen)類，是(shi)按中(zhong)心(xin)花紋(wen)(wen)和三(san)角的(de)基(ji)本(ben)形(xing)(xing)(xing)態劃分(fen)的(de)。紋(wen)(wen)形(xing)(xing)(xing)從屬于型，以(yi)中(zhong)心(xin)線的(de)形(xing)(xing)(xing)狀定名。我國十指紋(wen)(wen)分(fen)析(xi)法將指紋(wen)(wen)分(fen)為三(san)大類型，九種(zhong)形(xing)(xing)(xing)態。一般(ban)，指紋(wen)(wen)自動(dong)識別系(xi)統將指紋(wen)(wen)分(fen)為弓形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)（弧形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)、帳形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)）、箕形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)（左箕、右箕）、斗形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)和雜形(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)等。

指(zhi)紋形態特(te)(te)征(zheng)包括(kuo)中(zhong)心（上、下(xia)）和三角(jiao)點(dian)(dian)（左、右）等，指(zhi)紋的(de)細(xi)節(jie)(jie)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)主(zhu)要包括(kuo)紋線的(de)起(qi)點(dian)(dian)、終點(dian)(dian)、結合點(dian)(dian)和分叉點(dian)(dian)。從(cong)預(yu)處理后的(de)圖(tu)像(xiang)中(zhong)提取指(zhi)紋的(de)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)信息（終結點(dian)(dian)、分叉點(dian)(dian)...），信息主(zhu)要包括(kuo)類型、坐標、方向等參數(shu)。指(zhi)紋中(zhong)的(de)細(xi)節(jie)(jie)特(te)(te)征(zheng)，通常包括(kuo)端點(dian)(dian)、分叉點(dian)(dian)、孤(gu)立點(dian)(dian)、短分叉、環等。而紋線端點(dian)(dian)和分叉點(dian)(dian)在指(zhi)紋中(zhong)出現的(de)機會最多(duo)、最穩定，且容易獲取。這兩類特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)就(jiu)可對指(zhi)紋特(te)(te)征(zheng)匹配(pei)：計算特(te)(te)征(zheng)提取結果(guo)與已存儲(chu)的(de)特(te)(te)征(zheng)模板的(de)相似程度。

4、指紋匹配

指紋(wen)(wen)匹配(pei)是(shi)用現場采集(ji)的(de)(de)指紋(wen)(wen)特(te)(te)(te)征(zheng)與指紋(wen)(wen)庫中保存(cun)的(de)(de)指紋(wen)(wen)特(te)(te)(te)征(zheng)相(xiang)比較，判斷(duan)是(shi)否屬(shu)于(yu)同(tong)一指紋(wen)(wen)。可以根據指紋(wen)(wen)的(de)(de)紋(wen)(wen)形進(jin)行(xing)粗匹配(pei)，進(jin)而利用指紋(wen)(wen)形態和(he)細節特(te)(te)(te)征(zheng)進(jin)行(xing)精確匹配(pei)，給出(chu)兩枚指紋(wen)(wen)的(de)(de)相(xiang)似性得分。根據應用的(de)(de)不同(tong)，對指紋(wen)(wen)的(de)(de)相(xiang)似性得分進(jin)行(xing)排序或給出(chu)是(shi)否為同(tong)一指紋(wen)(wen)的(de)(de)判決結果

指紋對比有(you)兩種方式：

（1）一對一比對：根據(ju)用(yong)戶(hu)ID從指紋庫中檢(jian)索出待(dai)對比的用(yong)戶(hu)指紋，再與(yu)新采集的指紋比對；

（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(wen)是人體獨一無二的(de)特征，并且它們的(de)復雜度足(zu)以(yi)提供用于鑒別的(de)足(zu)夠特征；

（2）如果要增加可(ke)靠(kao)性，只需登記更多的指紋、鑒別更多的手指，最多可(ke)以(yi)多達十個，而(er)每一個指紋都(dou)是獨(du)一無二的；

（3）掃(sao)描指紋的(de)速度很快，使用非常方便；

（4）讀取(qu)指(zhi)紋時，用戶必需將(jiang)手指(zhi)與指(zhi)紋采集(ji)頭相互(hu)接觸，與指(zhi)紋采集(ji)頭直(zhi)接；

（5）接觸是讀取人體生物(wu)特征最可靠的方法；

（6）指紋采集頭可(ke)以(yi)更加(jia)小型化，并(bing)且價格會更加(jia)的低廉；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某(mou)些(xie)人(ren)或(huo)某(mou)些(xie)群體(ti)的指(zhi)(zhi)紋(wen)指(zhi)(zhi)紋(wen)特征少，難成像；雙(shuang)手(shou)(shou)長(chang)期徒手(shou)(shou)工作業的人(ren)們(men)手(shou)(shou)指(zhi)(zhi)若有(you)絲毫破(po)損或(huo)干濕環(huan)境里、沾(zhan)有(you)異物；對于(yu)在嚴(yan)寒(han)區域或(huo)者嚴(yan)寒(han)氣候下(xia)，亦或(huo)者人(ren)們(men)需要長(chang)時間帶手(shou)(shou)套的環(huan)境當(dang)中，這也將使(shi)得(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)識(shi)別(bie)變(bian)得(de)不(bu)那么便利。

（2）過去因為在犯罪記錄中使用指(zhi)紋，使得某(mou)些(xie)人害怕“將指(zhi)紋記錄在案”。

（3）實際上指(zhi)紋(wen)鑒別技術(shu)可以(yi)不存儲(chu)(chu)任何含(han)有指(zhi)紋(wen)圖像的(de)(de)數(shu)(shu)據，而只是存儲(chu)(chu)從指(zhi)紋(wen)中得(de)到的(de)(de)加密的(de)(de)指(zhi)紋(wen)特征數(shu)(shu)據；

（4）每一次使用指(zhi)(zhi)紋(wen)時都會在指(zhi)(zhi)紋(wen)采集頭上留下用戶的(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)印痕，而這些指(zhi)(zhi)紋(wen)痕跡(ji)存在被用來(lai)復制指(zhi)(zhi)紋(wen)的(de)可能(neng)性。

（5）指紋是用(yong)戶(hu)的重要個人信(xin)(xin)息(xi)，某些應用(yong)場合用(yong)戶(hu)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(deng)等(deng)產(chan)業中廣泛應(ying)用(yong)，通過時間和實踐(jian)的檢驗(yan)，技(ji)術方面也在不斷(duan)的革新。

指紋識別破解

指紋識別(bie)技術雖然應(ying)用廣泛，但是相對(dui)來(lai)說破解也比較容易，可以制作指模破解。