指紋識(shí)別原理

指紋是指人的手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋線。紋線有規(guī)律的排列形成不同的紋型。紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)，稱為指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)。每個(gè)指紋都有幾個(gè)獨(dú)一無二可測量的特征點(diǎn)，每個(gè)特征點(diǎn)都有大約七個(gè)特征，人們的十個(gè)手指產(chǎn)生最少4900個(gè)獨(dú)立可測量的特征。指紋識(shí)別技術(shù)通過分析指紋可測量的特征點(diǎn)，從中抽取特征值，然后進(jìn)行認(rèn)證。

指紋識(shí)別的過程

指紋識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)典型的模式識(shí)別系統(tǒng)，包括指紋圖像獲取、處理、特征提取和比對等模塊。

1、指紋圖像獲取

通過專門的指紋采集儀可以采集指紋圖像。指紋采集儀用到的指紋傳感器按采集方式主要分為劃擦式和按壓式兩種，按信號(hào)采集原理目前有光學(xué)式、壓敏式、電容式、電感式、熱敏式和超聲波式等。另外，也可以通過掃描儀、數(shù)字相機(jī)等獲取指紋圖像，公安行業(yè)普遍采用滾動(dòng)捺印指紋。

2、指紋圖像處理

（1）指紋圖像壓縮：大容量的指紋數(shù)據(jù)庫必須經(jīng)過壓縮后存儲(chǔ)，以減少存儲(chǔ)空間。主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指紋圖像處理：包括指紋區(qū)域檢測、圖像質(zhì)量判斷、方向圖和頻率估計(jì)、圖像增強(qiáng)、指紋圖像二值化和細(xì)化等。預(yù)處理是指對含噪聲及偽特征的指紋圖像采用一定的算法加以處理，使其紋線結(jié)構(gòu)清晰，特征信息突出。其目的是改善指紋圖像的質(zhì)量，提高特征提取的準(zhǔn)確性。通常，預(yù)處理過程包括歸一化、圖像分割、增強(qiáng)、二值化和細(xì)化，但根據(jù)具體情況，預(yù)處理的步驟也不盡相同。

3、指紋特征提取

紋型是指紋的基本分類，是按中心花紋和三角的基本形態(tài)劃分的。紋形從屬于型，以中心線的形狀定名。我國十指紋分析法將指紋分為三大類型，九種形態(tài)。一般，指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將指紋分為弓形紋（弧形紋、帳形紋）、箕形紋（左箕、右箕）、斗形紋和雜形紋等。

指紋形態(tài)特征包括中心（上、下）和三角點(diǎn)（左、右）等，指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)主要包括紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)。從預(yù)處理后的圖像中提取指紋的特征點(diǎn)信息（終結(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)...），信息主要包括類型、坐標(biāo)、方向等參數(shù)。指紋中的細(xì)節(jié)特征，通常包括端點(diǎn)、分叉點(diǎn)、孤立點(diǎn)、短分叉、環(huán)等。而紋線端點(diǎn)和分叉點(diǎn)在指紋中出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多、最穩(wěn)定，且容易獲取。這兩類特征點(diǎn)就可對指紋特征匹配：計(jì)算特征提取結(jié)果與已存儲(chǔ)的特征模板的相似程度。

4、指紋匹配

指紋匹配是用現(xiàn)場采集的指紋特征與指紋庫中保存的指紋特征相比較，判斷是否屬于同一指紋。可以根據(jù)指紋的紋形進(jìn)行粗匹配，進(jìn)而利用指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行精確匹配，給出兩枚指紋的相似性得分。根據(jù)應(yīng)用的不同，對指紋的相似性得分進(jìn)行排序或給出是否為同一指紋的判決結(jié)果

指紋對比有兩種方式：

（1）一對一比對：根據(jù)用戶ID從指紋庫中檢索出待對比的用戶指紋，再與新采集的指紋比對；

（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(shí)別技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

1、指紋識(shí)別技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)為：

（1）指紋是人體獨(dú)一無二的特征，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征；

（2）如果要增加可靠性，只需登記更多的指紋、鑒別更多的手指，最多可以多達(dá)十個(gè)，而每一個(gè)指紋都是獨(dú)一無二的；

（3）掃描指紋的速度很快，使用非常方便；

（4）讀取指紋時(shí)，用戶必需將手指與指紋采集頭相互接觸，與指紋采集頭直接；

（5）接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法；

（6）指紋采集頭可以更加小型化，并且價(jià)格會(huì)更加的低廉；

2、指紋識(shí)別技術(shù)的主要缺點(diǎn)為：

（1）某些人或某些群體的指紋指紋特征少，難成像；雙手長期徒手工作業(yè)的人們手指若有絲毫破損或干濕環(huán)境里、沾有異物；對于在嚴(yán)寒區(qū)域或者嚴(yán)寒氣候下，亦或者人們需要長時(shí)間帶手套的環(huán)境當(dāng)中，這也將使得指紋識(shí)別變得不那么便利。

（2）過去因?yàn)樵诜缸镉涗浿惺褂弥讣y，使得某些人害怕“將指紋記錄在案”。

（3）實(shí)際上指紋鑒別技術(shù)可以不存儲(chǔ)任何含有指紋圖像的數(shù)據(jù)，而只是存儲(chǔ)從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)；

（4）每一次使用指紋時(shí)都會(huì)在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕，而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性。

（5）指紋是用戶的重要個(gè)人信息，某些應(yīng)用場合用戶擔(dān)心信息泄漏。

指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

我國第二代身份證早就實(shí)現(xiàn)了指紋采集，且各大智能手機(jī)的指紋解鎖功能也已經(jīng)使用多年。與其他生物識(shí)別技術(shù)相比，指紋識(shí)別早已經(jīng)在消費(fèi)電子、安防、打卡機(jī)等等產(chǎn)業(yè)中廣泛應(yīng)用，通過時(shí)間和實(shí)踐的檢驗(yàn)，技術(shù)方面也在不斷的革新。

指紋識(shí)別破解

指紋識(shí)別技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，但是相對來說破解也比較容易，可以制作指模破解。