指紋識(shí)別原理

   
  
指紋是手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊(yùn)涵大量的信息。指紋特征可分為兩類：總體特征和局部特征?？傮w特征指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括基本紋路圖案、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、式樣線和紋數(shù)等?；炯y路圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型。局部特征指指紋上的特征點(diǎn)，即指紋紋路上的終結(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這些指紋特征點(diǎn)可用以下4種特性來(lái)描述。 

  

(1)位置：特征點(diǎn)的位置通過(guò)(x,y)坐標(biāo)來(lái)描述，可以是絕對(duì)的，也可以是相對(duì)于三角點(diǎn)的。

(2)方向：該特征點(diǎn)所在的局部脊線的方向。

 

(3)分類：特征點(diǎn)有以下幾種類型：終結(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)、分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)、短紋等。最典型的終結(jié)點(diǎn)和分叉點(diǎn)如圖9-3所示。

 

(4)脊線：特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線(di，ai)。特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脊線用在該脊線上的采樣點(diǎn)來(lái)表示。采樣點(diǎn)用該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的距離di，連接該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的直線，以及對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)方向的夾角ai，來(lái)表示。

                           
                  

指紋識(shí)別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來(lái)進(jìn)行分類，再用局部特征如位置和方向等來(lái)進(jìn)行識(shí)別用戶身份。通常，首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點(diǎn)” (minutiae)，然后根據(jù)特征點(diǎn)的特性建立用戶活體指紋的數(shù)字表示——指紋特征數(shù)據(jù)(一種單向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋圖像轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋圖像)。由于兩枚不同的指紋不會(huì)產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)，所以通過(guò)對(duì)所采集到的指紋圖像的特征數(shù)據(jù)和存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果，根據(jù)匹配結(jié)果來(lái)鑒別用戶身份。

 

總之，指紋識(shí)別技術(shù)首先通過(guò)讀取指紋圖像，然后用計(jì)算機(jī)識(shí)別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過(guò)匹配識(shí)別算法得到識(shí)別結(jié)果。其基本原理框圖如圖9-4所示。

                 




由指紋識(shí)別的基本原理可知，指紋識(shí)別技術(shù)主要經(jīng)過(guò)以下4個(gè)步驟：指紋圖像的獲取、指紋圖像的預(yù)處理、指紋特征的提取和指紋特征匹配。下面將對(duì)指紋識(shí)別技術(shù)的每個(gè)步驟做詳細(xì)論述。 

  

(1)指紋圖像的獲取。

 

獲取指紋圖像的設(shè)備可分成三類：光學(xué)、硅晶體傳感器和其他。光學(xué)取像設(shè)備應(yīng)用的歷史最久，它依據(jù)的是光的全反射原理。

 

應(yīng)用晶體傳感器是最近在市場(chǎng)上才出現(xiàn)的，這些含有微型晶體的平面通過(guò)多種技術(shù)來(lái)繪制指紋圖像。

 

電容傳感器就是其中的一種，它通過(guò)電子度量被設(shè)計(jì)來(lái)捕獲指紋圖像。電容設(shè)備能結(jié)合大約100 000導(dǎo)體金屬陣列的傳感器，其外面是絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，皮膚組成了電容陣列的另一面。電容器的電容值由于金屬問(wèn)的距離而變化，這里指的是脊(近的)和谷(遠(yuǎn)的)之間的距離。除了以上兩類，超聲波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類，但價(jià)格太高、體積偏大。．一般采集到的指紋圖像都是存成256級(jí)灰度的圖像。

 

(2)指紋圖像預(yù)處理。

 

為了得到比較準(zhǔn)確的指紋特征點(diǎn)，指紋圖像預(yù)處理一般要經(jīng)過(guò)圖像增強(qiáng)(濾波去掉噪聲)、計(jì)算方向圖、二值化和細(xì)化等過(guò)程。整個(gè)過(guò)程如圖9-5所示。

 

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