指紋識(shí)別

指紋是指手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路。這段紋路蘊(yùn)含了大量的特征信息，如紋形、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)等總體特征；細(xì)節(jié)特征，端點(diǎn)、斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)、三角點(diǎn)、核心點(diǎn)等稱為“特征點(diǎn)”的細(xì)節(jié)特征。兩枚指紋經(jīng)常會(huì)具有相同的總體特征，但它們的細(xì)節(jié)特征，卻不可能完全相同。

圖1 指紋特征

指紋識(shí)別就是依靠總體特征和細(xì)節(jié)特征來(lái)唯一的確認(rèn)一個(gè)人的身份。指紋識(shí)別技術(shù)是目前最成熟，應(yīng)用最廣泛的一種生物識(shí)別技術(shù)，其主要特征有唯一性、不變性和便攜性。

技術(shù)流程

指紋識(shí)別作為一種熱門的生物識(shí)別技術(shù)一直受到業(yè)界的廣泛關(guān)注，目前市面上存在各種各樣的指紋識(shí)別設(shè)備，但通常其識(shí)別過程大致涉及的主要步驟為指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋圖像的特征提取、匹配與識(shí)別等過程。指紋圖像的預(yù)處理一般又包括圖像增強(qiáng)、二值化和細(xì)化。

指紋圖像的采集：是自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的重要組成部分，圖像采集就是通過專門的指紋采集儀來(lái)采集活體指紋圖像的過程。最早指紋采集儀采用的光學(xué)傳感器，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了CMOS指紋傳感器、熱敏傳感器、超聲波傳感器等新型傳感器。現(xiàn)階段傳感器的技術(shù)越來(lái)越精湛，采集性能也不斷提高。

指紋圖像的預(yù)處理：采集獲得的指紋圖像通常都伴隨著各種各樣的噪聲，一部分是由于采集儀造成的，另一部份是由于手指的狀態(tài)所造成的。指紋圖像預(yù)處理的目的就是去除圖像中的噪聲，使圖像畫面清晰，邊緣明顯，把它變成一幅清晰的點(diǎn)線圖，以便于提取正確的指紋特征。指紋圖像預(yù)處理在整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)中具有重要的地位和作用，它的好壞直接影響著指紋識(shí)別的效果。

圖形增強(qiáng)：指紋預(yù)處理過程中最重要的一步就是對(duì)指紋圖像進(jìn)行增強(qiáng)，圖像增強(qiáng)的目的是在增強(qiáng)脊線谷線結(jié)構(gòu)對(duì)比度的同時(shí)抑制噪聲，連接斷裂的脊線和分離粘連的脊線，按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時(shí)削弱或去除某些不需要的信息。指紋圖像增強(qiáng)算法主要有基于Gabor濾波的增強(qiáng)方法和基于傅里葉濾波的低質(zhì)量指紋增強(qiáng)算法。Gabor濾波增強(qiáng)是使用方向場(chǎng)圖像來(lái)進(jìn)行增強(qiáng)的，是指紋增強(qiáng)算法中最常見的一種。基于傅里葉濾波的低質(zhì)量指紋增強(qiáng)算法是通過傅里葉變換把指紋圖像增強(qiáng)從空域轉(zhuǎn)化到頻域，然后在頻域上對(duì)指紋圖像進(jìn)行帶通濾波、方向?yàn)V波，從而使指紋圖像得到增強(qiáng)。

二值化：圖像經(jīng)過增強(qiáng)處理后其中的紋線（脊）部分得到了增強(qiáng)，不過脊的強(qiáng)度并不完全相同，表現(xiàn)為灰度值的差異。二值化的目的就是使脊的灰度值趨向一致，使整幅圖像簡(jiǎn)化為二元信息在指紋識(shí)別中，一方面對(duì)圖像信息進(jìn)行了壓縮，保留了紋線的主要信息，節(jié)約了存儲(chǔ)空間，另一方面還可以去除大量的粘連，為指紋特征的提取和匹配作準(zhǔn)備。

細(xì)化：指紋圖像二值化后，紋線仍具有一定的寬度，而指紋識(shí)別只對(duì)紋線的走向感興趣，不關(guān)心它的粗細(xì)。細(xì)化的目的是為了刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個(gè)像素寬度，減少冗余的信息，突出指紋紋線的主要特征，從而便于后面的特征提取。細(xì)化時(shí)應(yīng)保證紋線的連接性，方向性和特征點(diǎn)不變，還應(yīng)保持紋線的中心基本不變。

指紋圖像的特征提取：主要有兩種特征提取方法，一種是從灰度圖像中提取特征，另一種是從細(xì)化二值圖像中提取特征。直接從灰度圖像中提取特征的算法一般是對(duì)灰度指紋紋線進(jìn)行跟蹤，根據(jù)跟蹤結(jié)果尋找特征的位置和判斷特征的類型。這種方法省去了復(fù)雜的指紋圖像預(yù)處理過程，但是特征提取的算法卻十分復(fù)雜，而且由于噪聲等因素影響，特征信息（位置、方向等）也不夠準(zhǔn)確。而從細(xì)化二值圖像中提取特征的方法比較簡(jiǎn)單，在得到可靠的細(xì)化二值圖像后，只需要一個(gè)3×3的模板就可以將端點(diǎn)和分叉點(diǎn)提取出來(lái)。

匹配與識(shí)別：是指紋識(shí)別系統(tǒng)中的最后一步，也是評(píng)價(jià)整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)性能的最主要依據(jù)。指紋匹配是根據(jù)提取的指紋特征來(lái)判斷兩枚指紋是否來(lái)自于同一個(gè)手指。特征匹配主要是細(xì)節(jié)特征的匹配，將新輸入指紋的細(xì)節(jié)特征值與指紋庫(kù)中所存指紋的細(xì)節(jié)特征值進(jìn)行比對(duì)，找出最相似的指紋作為識(shí)別的輸出結(jié)果，也就是所說(shuō)的指紋驗(yàn)證識(shí)別過程，它是指紋識(shí)別系統(tǒng)的最終目的。由于各種因素的影響，同一指紋兩次輸入所得的特征模板很可能不同。因此，只要有輸入指紋的細(xì)節(jié)特征與所存儲(chǔ)的模板相似時(shí)，就說(shuō)這兩個(gè)指紋匹配。

圖2 指紋識(shí)別系統(tǒng)流程圖

指紋識(shí)別技術(shù)中進(jìn)行特征值的匹配與識(shí)別需要的指紋圖像匹配算法通常可以分為：一對(duì)一驗(yàn)證和一對(duì)N識(shí)別。

一對(duì)一驗(yàn)證是一個(gè)驗(yàn)證的過程。利用人員的ID，先從指紋庫(kù)中將事先錄入的指紋特征提取出來(lái)，然后與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋提取的指紋特征值進(jìn)行一比一的比對(duì)，來(lái)證明該人員為所要識(shí)別的人。

一對(duì)N識(shí)別是一個(gè)辯識(shí)的過程。將現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋，提取指紋特征值，同指紋厙中存儲(chǔ)的指紋特征值逐一比對(duì)，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋，并識(shí)別人員身份。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

天誠(chéng)盛業(yè)是國(guó)內(nèi)最早從事指紋技術(shù)研發(fā)的單位之一，其自主研發(fā)的指紋識(shí)別核心算法FPI，研發(fā)周期達(dá)到十余年，經(jīng)過12年多的穩(wěn)定應(yīng)用，技術(shù)非常成熟，技術(shù)指標(biāo)在國(guó)內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。指紋相關(guān)產(chǎn)品都是以FPI指紋識(shí)別算法為核心技術(shù)，具體包括指紋認(rèn)證儀、SmartFPI指紋認(rèn)證平臺(tái)、生物識(shí)別統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)SmartBIOS及諸多的指紋管理系統(tǒng)。天誠(chéng)盛業(yè)在國(guó)內(nèi)率先提出了“指紋支付”的概念，于2008年推出國(guó)內(nèi)首家指紋銀行，將指紋技術(shù)應(yīng)用到了銀行外部客戶，在某種意義上，天誠(chéng)盛業(yè)引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)銀行指紋技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程。

經(jīng)過十幾年的積累與沉淀，公司的所有產(chǎn)品硬件、軟件自行研發(fā)設(shè)計(jì)，具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前天誠(chéng)盛業(yè)在指紋方面成功申請(qǐng)專利27項(xiàng)，“為解決指紋低質(zhì)量圖像”的技術(shù)獲得了北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。 同時(shí)，天誠(chéng)盛業(yè)應(yīng)邀加入了全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC28）成為生物識(shí)別技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要撰稿人，并參與了BioAPI國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.1版指紋識(shí)別相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

應(yīng)用領(lǐng)域

隨著科技的進(jìn)步，傳感器技術(shù)的不斷革新，指紋識(shí)別技術(shù)不斷發(fā)展，為指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。近年來(lái)利用指紋來(lái)完成身份驗(yàn)證和識(shí)別任務(wù)的系統(tǒng)己經(jīng)大規(guī)模使用，指紋識(shí)別已應(yīng)用于生活中的各個(gè)方面：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全：在計(jì)算機(jī)上將指紋識(shí)別與傳統(tǒng)身份認(rèn)證相結(jié)合，防止密碼忘記或被別人竊取時(shí)產(chǎn)生的安全威脅；

金融機(jī)構(gòu)：銀行等機(jī)構(gòu)進(jìn)行員工身份認(rèn)證、自動(dòng)取款機(jī)客戶的身份認(rèn)證、移動(dòng)支付的安全認(rèn)證等；

政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位：主要用于對(duì)管理人員進(jìn)行授權(quán)和身份認(rèn)證、考勤、安全區(qū)域員工身份驗(yàn)證，數(shù)據(jù)庫(kù)訪問安全控制等方面；

教育、醫(yī)療、司法機(jī)構(gòu)：學(xué)校通過門禁控制對(duì)學(xué)生及工作人員進(jìn)行身份認(rèn)證；醫(yī)院等對(duì)私人信息的安全認(rèn)證，使最終用戶能夠安全方便的查詢和驗(yàn)證相關(guān)手續(xù)、病人和捐贈(zèng)者的鑒定，防止欺詐性捐助等；公安司法機(jī)關(guān)利用指紋驗(yàn)證解決方案，快速有效的鑒別危險(xiǎn)罪犯，以保障公民安全；

邊境控制，機(jī)場(chǎng)、港口出入境人員護(hù)照、簽證等上的身份認(rèn)證，以及邊境檢查中進(jìn)行“黑名單”篩查等。