指紋識別原理

指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)是指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)人(ren)的(de)手指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)末端正面皮膚上(shang)凸凹不平產生的(de)紋(wen)(wen)線(xian)。紋(wen)(wen)線(xian)有(you)規律的(de)排列形成不同的(de)紋(wen)(wen)型。紋(wen)(wen)線(xian)的(de)起(qi)點(dian)(dian)(dian)、終點(dian)(dian)(dian)、結合點(dian)(dian)(dian)和分(fen)叉點(dian)(dian)(dian)，稱為指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)的(de)細節特征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)(dian)。每(mei)個(ge)指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)都有(you)幾個(ge)獨一(yi)無二可測(ce)量的(de)特征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)(dian)，每(mei)個(ge)特征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)(dian)都有(you)大約七個(ge)特征(zheng)(zheng)，人(ren)們的(de)十個(ge)手指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)產生最少4900個(ge)獨立可測(ce)量的(de)特征(zheng)(zheng)。指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)識別技術通過(guo)分(fen)析指(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)可測(ce)量的(de)特征(zheng)(zheng)點(dian)(dian)(dian)，從中抽(chou)取(qu)特征(zheng)(zheng)值，然(ran)后進行認證。

指紋識別的過程

指(zhi)紋識別系(xi)統是(shi)一(yi)個典型的模式識別系(xi)統，包(bao)括指(zhi)紋圖像(xiang)獲取(qu)、處理(li)、特征(zheng)提取(qu)和比對等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過專門的指(zhi)紋采(cai)(cai)集儀可以(yi)采(cai)(cai)集指(zhi)紋圖像(xiang)。指(zhi)紋采(cai)(cai)集儀用(yong)到的指(zhi)紋傳感器按(an)采(cai)(cai)集方(fang)式(shi)(shi)(shi)主要分(fen)為劃擦(ca)式(shi)(shi)(shi)和(he)按(an)壓式(shi)(shi)(shi)兩種，按(an)信號采(cai)(cai)集原理目前有光學式(shi)(shi)(shi)、壓敏式(shi)(shi)(shi)、電(dian)容式(shi)(shi)(shi)、電(dian)感式(shi)(shi)(shi)、熱敏式(shi)(shi)(shi)和(he)超(chao)聲波式(shi)(shi)(shi)等(deng)(deng)。另外(wai)，也可以(yi)通過掃描(miao)儀、數字相機等(deng)(deng)獲取指(zhi)紋圖像(xiang)，公安行(xing)業普(pu)遍采(cai)(cai)用(yong)滾動捺(na)印指(zhi)紋。

2、指紋圖像處理

（1）指紋圖像壓(ya)縮：大容量(liang)的指紋數據庫必須經過壓(ya)縮后存儲，以減(jian)少(shao)存儲空間。主要(yao)方法包(bao)括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖像處理：包括指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)區域檢測、圖像質(zhi)量判斷、方向圖和(he)頻率估計、圖像增強、指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖像二值化和(he)細化等。預處理是指(zhi)(zhi)對含噪聲及偽(wei)特(te)(te)征(zheng)的(de)(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖像采用一定(ding)的(de)(de)算(suan)法加以處理，使其紋(wen)(wen)(wen)線結構清晰，特(te)(te)征(zheng)信(xin)息突(tu)出。其目的(de)(de)是改善指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)圖像的(de)(de)質(zhi)量，提高特(te)(te)征(zheng)提取的(de)(de)準(zhun)確性。通常，預處理過程包括歸一化、圖像分割、增強、二值化和(he)細化，但根據(ju)具體情況，預處理的(de)(de)步驟(zou)也不(bu)盡相(xiang)同。

3、指紋特征提取

紋(wen)(wen)型是(shi)指紋(wen)(wen)的基(ji)本分(fen)類，是(shi)按中(zhong)(zhong)心花紋(wen)(wen)和三(san)角的基(ji)本形態劃(hua)分(fen)的。紋(wen)(wen)形從屬于型，以中(zhong)(zhong)心線的形狀定名(ming)。我國十指紋(wen)(wen)分(fen)析法將指紋(wen)(wen)分(fen)為(wei)三(san)大類型，九種形態。一般(ban)，指紋(wen)(wen)自動識別(bie)系統將指紋(wen)(wen)分(fen)為(wei)弓形紋(wen)(wen)（弧形紋(wen)(wen)、帳形紋(wen)(wen)）、箕(ji)(ji)形紋(wen)(wen)（左箕(ji)(ji)、右箕(ji)(ji)）、斗形紋(wen)(wen)和雜形紋(wen)(wen)等(deng)。

指紋(wen)(wen)形態特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)包(bao)括(kuo)(kuo)中心（上、下(xia)）和三角點(dian)（左(zuo)、右）等，指紋(wen)(wen)的(de)(de)細(xi)節(jie)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)主要包(bao)括(kuo)(kuo)紋(wen)(wen)線的(de)(de)起點(dian)、終(zhong)點(dian)、結合點(dian)和分(fen)(fen)(fen)叉(cha)點(dian)。從預(yu)處理后(hou)的(de)(de)圖(tu)像中提取指紋(wen)(wen)的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)信(xin)息（終(zhong)結點(dian)、分(fen)(fen)(fen)叉(cha)點(dian)...），信(xin)息主要包(bao)括(kuo)(kuo)類型、坐標、方(fang)向等參數(shu)。指紋(wen)(wen)中的(de)(de)細(xi)節(jie)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)，通常(chang)包(bao)括(kuo)(kuo)端點(dian)、分(fen)(fen)(fen)叉(cha)點(dian)、孤立(li)點(dian)、短分(fen)(fen)(fen)叉(cha)、環等。而紋(wen)(wen)線端點(dian)和分(fen)(fen)(fen)叉(cha)點(dian)在指紋(wen)(wen)中出現的(de)(de)機會(hui)最(zui)多(duo)、最(zui)穩(wen)定，且容易獲取。這兩類特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)就可對指紋(wen)(wen)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)匹配：計算特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)提取結果與(yu)已(yi)存儲的(de)(de)特(te)(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)模板的(de)(de)相似程度。

4、指紋匹配

指紋(wen)匹配(pei)是用(yong)現(xian)場采集的(de)(de)指紋(wen)特(te)征(zheng)與指紋(wen)庫中保存(cun)的(de)(de)指紋(wen)特(te)征(zheng)相(xiang)比較，判斷是否屬于同一(yi)指紋(wen)。可以根據指紋(wen)的(de)(de)紋(wen)形進行粗匹配(pei)，進而(er)利用(yong)指紋(wen)形態和(he)細節特(te)征(zheng)進行精確匹配(pei)，給(gei)(gei)出兩(liang)枚指紋(wen)的(de)(de)相(xiang)似性(xing)(xing)得(de)分(fen)。根據應用(yong)的(de)(de)不同，對指紋(wen)的(de)(de)相(xiang)似性(xing)(xing)得(de)分(fen)進行排序或給(gei)(gei)出是否為同一(yi)指紋(wen)的(de)(de)判決(jue)結果

指紋對(dui)比有兩種方(fang)式：

（1）一(yi)對一(yi)比對：根據用戶(hu)(hu)ID從指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)庫(ku)中(zhong)檢索出待對比的用戶(hu)(hu)指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)，再與新采集的指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)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）指紋是人(ren)體獨一無(wu)二(er)的(de)特(te)征，并且它(ta)們的(de)復雜度足以提供用(yong)于鑒別的(de)足夠(gou)特(te)征；

（2）如果要(yao)增(zeng)加可靠性，只需(xu)登(deng)記更多的指紋、鑒別更多的手指，最多可以(yi)多達十個(ge)(ge)，而每一個(ge)(ge)指紋都(dou)是獨(du)一無二的；

（3）掃描指紋(wen)的(de)速度很快(kuai)，使用非(fei)常方便；

（4）讀(du)取指(zhi)(zhi)紋時(shi)，用戶必需將手指(zhi)(zhi)與(yu)指(zhi)(zhi)紋采集(ji)頭相互接觸，與(yu)指(zhi)(zhi)紋采集(ji)頭直接；

（5）接觸是讀取(qu)人體生物特征最(zui)可靠的方法；

（6）指紋采集頭(tou)可以(yi)更(geng)加小型化(hua)，并且價格會更(geng)加的低(di)廉；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某些人或(huo)某些群體(ti)的指(zhi)紋(wen)指(zhi)紋(wen)特征少，難成像；雙手(shou)長(chang)期徒(tu)手(shou)工作業的人們(men)手(shou)指(zhi)若有(you)絲毫破損(sun)或(huo)干濕環(huan)(huan)境(jing)(jing)里(li)、沾有(you)異物；對于在嚴寒區域或(huo)者嚴寒氣候下(xia)，亦(yi)或(huo)者人們(men)需要長(chang)時(shi)間帶手(shou)套(tao)的環(huan)(huan)境(jing)(jing)當中，這(zhe)也將使得(de)指(zhi)紋(wen)識別(bie)變得(de)不那么便利。

（2）過(guo)去(qu)因為(wei)在(zai)犯罪記錄中(zhong)使用指紋，使得某些人害怕“將指紋記錄在(zai)案”。

（3）實際上指(zhi)(zhi)紋(wen)鑒別技術可以不存儲任(ren)何含有指(zhi)(zhi)紋(wen)圖像的(de)數據(ju)，而只是存儲從指(zhi)(zhi)紋(wen)中得到的(de)加密的(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)特征數據(ju)；

（4）每(mei)一次(ci)使用指紋時(shi)都會在(zai)指紋采集頭(tou)上留(liu)下用戶的(de)(de)指紋印(yin)痕，而這(zhe)些(xie)指紋痕跡存在(zai)被(bei)用來復制指紋的(de)(de)可能性。

（5）指紋是用(yong)戶的重要個人信息，某些應(ying)用(yong)場(chang)合用(yong)戶擔心(xin)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泛應用，通過(guo)時間和實踐的檢驗，技術方面也在不斷(duan)的革新(xin)。

指紋識別破解

指紋識別技(ji)術雖(sui)然應(ying)用廣泛，但是相對(dui)來說(shuo)破解也(ye)比較容易，可以制作指模破解。