指紋識別原理

指(zhi)紋(wen)是指(zhi)人的(de)(de)手(shou)指(zhi)末端正(zheng)面皮(pi)膚(fu)上凸凹不平產(chan)生的(de)(de)紋(wen)線。紋(wen)線有(you)規(gui)律的(de)(de)排列形成(cheng)不同的(de)(de)紋(wen)型。紋(wen)線的(de)(de)起點、終(zhong)點、結合點和(he)分(fen)叉點，稱為指(zhi)紋(wen)的(de)(de)細節特(te)征點。每個(ge)指(zhi)紋(wen)都(dou)有(you)幾(ji)個(ge)獨(du)一(yi)無二可(ke)(ke)測(ce)量(liang)的(de)(de)特(te)征點，每個(ge)特(te)征點都(dou)有(you)大約七個(ge)特(te)征，人們的(de)(de)十個(ge)手(shou)指(zhi)產(chan)生最少(shao)4900個(ge)獨(du)立(li)可(ke)(ke)測(ce)量(liang)的(de)(de)特(te)征。指(zhi)紋(wen)識別技術通過分(fen)析指(zhi)紋(wen)可(ke)(ke)測(ce)量(liang)的(de)(de)特(te)征點，從中抽取特(te)征值，然(ran)后進(jin)行認證(zheng)。

指紋識別的過程

指(zhi)(zhi)紋(wen)識別系統(tong)(tong)是一個典(dian)型的模式識別系統(tong)(tong)，包括(kuo)指(zhi)(zhi)紋(wen)圖像獲(huo)取、處理、特征提取和比對等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過(guo)專門的指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)采(cai)集(ji)儀(yi)可以(yi)采(cai)集(ji)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)。指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)采(cai)集(ji)儀(yi)用(yong)到的指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)傳感器(qi)按采(cai)集(ji)方式(shi)(shi)主要分(fen)為劃擦式(shi)(shi)和按壓(ya)式(shi)(shi)兩(liang)種，按信號采(cai)集(ji)原理(li)目前有(you)光學(xue)式(shi)(shi)、壓(ya)敏式(shi)(shi)、電容式(shi)(shi)、電感式(shi)(shi)、熱敏式(shi)(shi)和超聲波(bo)式(shi)(shi)等。另外(wai)，也(ye)可以(yi)通過(guo)掃描儀(yi)、數字相機等獲(huo)取指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)，公安行業普(pu)遍采(cai)用(yong)滾動捺印指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)。

2、指紋圖像處理

（1）指(zhi)紋圖像壓(ya)(ya)縮：大(da)容量的指(zhi)紋數據庫必須經過壓(ya)(ya)縮后存(cun)儲，以減少存(cun)儲空間。主要(yao)方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處理(li)(li)(li)(li)：包括指(zhi)紋(wen)區域檢測(ce)、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)判(pan)斷、方向圖(tu)(tu)和(he)(he)頻率估計、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)增強、指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)二(er)值(zhi)化和(he)(he)細(xi)化等。預(yu)處理(li)(li)(li)(li)是指(zhi)對含(han)噪聲及偽特征(zheng)(zheng)的(de)指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)采用一定的(de)算法(fa)加(jia)以處理(li)(li)(li)(li)，使其(qi)紋(wen)線結(jie)構(gou)清晰，特征(zheng)(zheng)信息(xi)突(tu)出(chu)。其(qi)目的(de)是改善指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)的(de)質(zhi)(zhi)量(liang)，提(ti)高特征(zheng)(zheng)提(ti)取的(de)準確性。通(tong)常，預(yu)處理(li)(li)(li)(li)過程包括歸(gui)一化、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)分割、增強、二(er)值(zhi)化和(he)(he)細(xi)化，但根(gen)據具體情況，預(yu)處理(li)(li)(li)(li)的(de)步驟也(ye)不盡相同(tong)。

3、指紋特征提取

紋(wen)(wen)(wen)型是(shi)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)基本分(fen)類(lei)(lei)，是(shi)按(an)中(zhong)心花紋(wen)(wen)(wen)和(he)三角的(de)(de)基本形(xing)(xing)(xing)(xing)態(tai)劃分(fen)的(de)(de)。紋(wen)(wen)(wen)形(xing)(xing)(xing)(xing)從屬(shu)于型，以(yi)中(zhong)心線的(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)狀定名。我國十指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)分(fen)析法(fa)將(jiang)指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)分(fen)為(wei)三大類(lei)(lei)型，九種形(xing)(xing)(xing)(xing)態(tai)。一般，指(zhi)紋(wen)(wen)(wen)自動識別系統將(jiang)指(zhi)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(zhang)形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)）、箕形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)（左箕、右箕）、斗形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)和(he)雜形(xing)(xing)(xing)(xing)紋(wen)(wen)(wen)等。

指(zhi)紋(wen)(wen)形態(tai)特(te)(te)征(zheng)包括中(zhong)心(xin)（上、下）和(he)三角(jiao)點(dian)(dian)（左、右）等(deng)(deng)，指(zhi)紋(wen)(wen)的(de)細節(jie)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)主(zhu)要包括紋(wen)(wen)線的(de)起(qi)點(dian)(dian)、終點(dian)(dian)、結合點(dian)(dian)和(he)分(fen)叉點(dian)(dian)。從預處理后(hou)的(de)圖像中(zhong)提取指(zhi)紋(wen)(wen)的(de)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)信息（終結點(dian)(dian)、分(fen)叉點(dian)(dian)...），信息主(zhu)要包括類(lei)型、坐(zuo)標、方向等(deng)(deng)參數(shu)。指(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)的(de)細節(jie)特(te)(te)征(zheng)，通常包括端(duan)點(dian)(dian)、分(fen)叉點(dian)(dian)、孤立點(dian)(dian)、短分(fen)叉、環(huan)等(deng)(deng)。而紋(wen)(wen)線端(duan)點(dian)(dian)和(he)分(fen)叉點(dian)(dian)在指(zhi)紋(wen)(wen)中(zhong)出現的(de)機會(hui)最多、最穩定，且容易獲取。這兩類(lei)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)就可對指(zhi)紋(wen)(wen)特(te)(te)征(zheng)匹配：計(ji)算特(te)(te)征(zheng)提取結果與已存儲的(de)特(te)(te)征(zheng)模板的(de)相似程(cheng)度。

4、指紋匹配

指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)匹配(pei)是(shi)用(yong)現場(chang)采集的(de)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征與指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)庫中保存(cun)的(de)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征相(xiang)(xiang)比較，判斷是(shi)否(fou)屬(shu)于同一指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)。可以根據指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)紋(wen)(wen)(wen)形進行粗匹配(pei)，進而利用(yong)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)形態和細(xi)節特征進行精確(que)匹配(pei)，給出兩枚指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)(xiang)似性得分。根據應(ying)用(yong)的(de)不同，對指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)(xiang)似性得分進行排序或給出是(shi)否(fou)為(wei)同一指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)判決結果

指紋對(dui)比(bi)有兩種方(fang)式：

（1）一對一比(bi)對：根據(ju)用戶(hu)ID從指紋庫中(zhong)檢索出待對比(bi)的用戶(hu)指紋，再與新采集的指紋比(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(yi)無二(er)的(de)特(te)(te)征，并且它們的(de)復雜度足以提供用于鑒別(bie)的(de)足夠特(te)(te)征；

（2）如果要增加可靠性，只(zhi)需登記更多(duo)(duo)的指(zhi)紋(wen)、鑒別更多(duo)(duo)的手(shou)指(zhi)，最多(duo)(duo)可以多(duo)(duo)達十(shi)個(ge)，而每一個(ge)指(zhi)紋(wen)都是(shi)獨一無二的；

（3）掃(sao)描指(zhi)紋的速(su)度很快(kuai)，使用非常方便；

（4）讀取指紋(wen)(wen)時，用戶必需(xu)將(jiang)手指與(yu)指紋(wen)(wen)采集(ji)頭相(xiang)互接觸，與(yu)指紋(wen)(wen)采集(ji)頭直接；

（5）接觸是讀取人體生物特征最(zui)可(ke)靠的方法；

（6）指(zhi)紋(wen)采集頭可以更(geng)加小型化，并且價格會更(geng)加的(de)低廉；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某些(xie)人(ren)或某些(xie)群體的(de)(de)指紋指紋特征少，難成像；雙手(shou)長期徒手(shou)工作業的(de)(de)人(ren)們(men)(men)手(shou)指若有(you)絲毫破損或干濕環境(jing)里(li)、沾有(you)異物；對(dui)于在嚴(yan)寒區域(yu)或者嚴(yan)寒氣候下，亦或者人(ren)們(men)(men)需要長時間帶手(shou)套的(de)(de)環境(jing)當(dang)中，這也將(jiang)使得指紋識別變得不那么便(bian)利。

（2）過(guo)去(qu)因(yin)為(wei)在(zai)犯罪記錄(lu)中使(shi)用(yong)指紋，使(shi)得(de)某些(xie)人害(hai)怕“將指紋記錄(lu)在(zai)案”。

（3）實(shi)際上指紋(wen)鑒別技(ji)術可以不存儲任何含有指紋(wen)圖像的(de)數據(ju)(ju)，而(er)只是存儲從指紋(wen)中得到(dao)的(de)加密的(de)指紋(wen)特(te)征數據(ju)(ju)；

（4）每(mei)一次使用(yong)指(zhi)(zhi)紋(wen)時(shi)都會在指(zhi)(zhi)紋(wen)采集頭(tou)上留下用(yong)戶(hu)的指(zhi)(zhi)紋(wen)印痕，而(er)這些指(zhi)(zhi)紋(wen)痕跡存在被(bei)用(yong)來復制指(zhi)(zhi)紋(wen)的可能性(xing)。

（5）指(zhi)紋(wen)是用(yong)(yong)戶的重(zhong)要(yao)個(ge)人信息，某(mou)些應用(yong)(yong)場合用(yong)(yong)戶擔(dan)心信息泄漏。

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、打卡機等等產業中廣(guang)泛(fan)應用，通過時間和實(shi)踐的檢驗，技(ji)術方(fang)面也在不斷的革新。

指紋識別破解

指紋識別技術雖然應用廣泛，但是相對來說破解也比(bi)較(jiao)容(rong)易，可以(yi)制作指模破解。