指紋識別

指紋是指手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路。這段紋路蘊含了大量的特征信息，如紋形、模式區(qū)、核心點、三角點和紋數(shù)等總體特征；細(xì)節(jié)特征，端點、斷點、分叉點、三角點、核心點等稱為“特征點”的細(xì)節(jié)特征。兩枚指紋經(jīng)常會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

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

技術(shù)流程

指紋識別作為一種熱門的生物識別技術(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別設(shè)備，但通常其識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、匹配與識別等過程。指紋圖像的預(yù)處理一般又包括圖像增強、二值化和細(xì)化。

指紋圖像的采集：是自動指紋識別系統(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?，F(xiàn)階段傳感器的技術(shù)越來越精湛，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)處理在整個指紋識別系統(tǒng)中具有重要的地位和作用，它的好壞直接影響著指紋識別的效果。

圖形增強：指紋預(yù)處理過程中最重要的一步就是對指紋圖像進(jìn)行增強，圖像增強的目的是在增強脊線谷線結(jié)構(gòu)對比度的同時抑制噪聲，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，同時削弱或去除某些不需要的信息。指紋圖像增強算法主要有基于Gabor濾波的增強方法和基于傅里葉濾波的低質(zhì)量指紋增強算法。Gabor濾波增強是使用方向場圖像來進(jìn)行增強的，是指紋增強算法中最常見的一種?；诟道锶~濾波的低質(zhì)量指紋增強算法是通過傅里葉變換把指紋圖像增強從空域轉(zhuǎn)化到頻域，然后在頻域上對指紋圖像進(jìn)行帶通濾波、方向濾波，從而使指紋圖像得到增強。

二值化：圖像經(jīng)過增強處理后其中的紋線（脊）部分得到了增強，不過脊的強度并不完全相同，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，使整幅圖像簡化為二元信息在指紋識別中，一方面對圖像信息進(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，而指紋識別只對紋線的走向感興趣，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)化時應(yīng)保證紋線的連接性，方向性和特征點不變，還應(yīng)保持紋線的中心基本不變。

指紋圖像的特征提?。褐饕袃煞N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單，在得到可靠的細(xì)化二值圖像后，只需要一個3×3的模板就可以將端點和分叉點提取出來。

匹配與識別：是指紋識別系統(tǒng)中的最后一步，也是評價整個指紋識別系統(tǒng)性能的最主要依據(jù)。指紋匹配是根據(jù)提取的指紋特征來判斷兩枚指紋是否來自于同一個手指。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)特征值與指紋庫中所存指紋的細(xì)節(jié)特征值進(jìn)行比對，找出最相似的指紋作為識別的輸出結(jié)果，也就是所說的指紋驗證識別過程，它是指紋識別系統(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)特征與所存儲的模板相似時，就說這兩個指紋匹配。

圖2 指紋識別系統(tǒng)流程圖

指紋識別技術(shù)中進(jìn)行特征值的匹配與識別需要的指紋圖像匹配算法通?？梢苑譃椋阂粚σ或炞C和一對N識別。

一對一驗證是一個驗證的過程。利用人員的ID，先從指紋庫中將事先錄入的指紋特征提取出來，然后與現(xiàn)場采集的指紋提取的指紋特征值進(jìn)行一比一的比對，來證明該人員為所要識別的人。

一對N識別是一個辯識的過程。將現(xiàn)場采集到的指紋，提取指紋特征值，同指紋厙中存儲的指紋特征值逐一比對，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋，并識別人員身份。

技術(shù)優(yōu)勢

天誠盛業(yè)是國內(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、生物識別統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺SmartBIOS及諸多的指紋管理系統(tǒng)。天誠盛業(yè)在國內(nèi)率先提出了“指紋支付”的概念，于2008年推出國內(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，天誠盛業(yè)引領(lǐng)了國內(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，具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)，目前天誠盛業(yè)在指紋方面成功申請專利27項，“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)獎二等獎。 同時，天誠盛業(yè)應(yīng)邀加入了全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC28）成為生物識別技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)主要撰稿人，并參與了BioAPI國家標(biāo)準(zhǔn)1.1版指紋識別相關(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，指紋識別技術(shù)不斷發(fā)展，為指紋識別技術(shù)的應(yīng)用提供了更廣闊的空間。近年來利用指紋來完成身份驗證和識別任務(wù)的系統(tǒng)己經(jīng)大規(guī)模使用，指紋識別已應(yīng)用于生活中的各個方面：

計算機網(wǎng)絡(luò)安全：在計算機上將指紋識別與傳統(tǒng)身份認(rèn)證相結(jié)合，防止密碼忘記或被別人竊取時產(chǎn)生的安全威脅；

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

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

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

邊境控制，機場、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。