指紋識別原理

指(zhi)(zhi)紋是指(zhi)(zhi)人的(de)(de)(de)手指(zhi)(zhi)末端正面(mian)皮膚上凸凹不平(ping)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)紋線(xian)。紋線(xian)有規律的(de)(de)(de)排列形成不同的(de)(de)(de)紋型。紋線(xian)的(de)(de)(de)起(qi)點(dian)(dian)(dian)、終(zhong)點(dian)(dian)(dian)、結合點(dian)(dian)(dian)和分(fen)叉點(dian)(dian)(dian)，稱為指(zhi)(zhi)紋的(de)(de)(de)細節特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)(dian)。每(mei)個(ge)指(zhi)(zhi)紋都(dou)有幾(ji)個(ge)獨(du)一無二(er)可(ke)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)(dian)，每(mei)個(ge)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)(dian)都(dou)有大約七個(ge)特(te)(te)征(zheng)，人們的(de)(de)(de)十個(ge)手指(zhi)(zhi)產(chan)(chan)生(sheng)最(zui)少4900個(ge)獨(du)立可(ke)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)特(te)(te)征(zheng)。指(zhi)(zhi)紋識(shi)別技(ji)術通過分(fen)析(xi)指(zhi)(zhi)紋可(ke)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)特(te)(te)征(zheng)點(dian)(dian)(dian)，從中抽取特(te)(te)征(zheng)值(zhi)，然后進行認證。

指紋識別的過程

指(zhi)紋識別(bie)系(xi)(xi)統是一個典型的模(mo)式識別(bie)系(xi)(xi)統，包括指(zhi)紋圖(tu)像獲取(qu)、處理(li)、特征提取(qu)和比對等模(mo)塊。

1、指紋圖像獲取

通過專門的指(zhi)紋(wen)采(cai)集(ji)(ji)儀(yi)可(ke)以采(cai)集(ji)(ji)指(zhi)紋(wen)圖(tu)像。指(zhi)紋(wen)采(cai)集(ji)(ji)儀(yi)用(yong)到的指(zhi)紋(wen)傳感器按采(cai)集(ji)(ji)方式(shi)主要分(fen)為(wei)劃擦式(shi)和(he)(he)按壓(ya)式(shi)兩種，按信號采(cai)集(ji)(ji)原理目(mu)前有光學式(shi)、壓(ya)敏式(shi)、電容式(shi)、電感式(shi)、熱敏式(shi)和(he)(he)超聲波式(shi)等(deng)。另(ling)外，也可(ke)以通過掃描儀(yi)、數字相機(ji)等(deng)獲取指(zhi)紋(wen)圖(tu)像，公安(an)行(xing)業普(pu)遍采(cai)用(yong)滾動捺印(yin)指(zhi)紋(wen)。

2、指紋圖像處理

（1）指(zhi)紋圖(tu)像壓縮：大(da)容量的指(zhi)紋數(shu)據庫必須經過壓縮后存儲，以(yi)減少存儲空間。主要方法包括JPEG、WSQ、EZW等。

（2）指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)處(chu)(chu)理(li)：包括指(zhi)紋(wen)區域檢測、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)判(pan)斷、方(fang)向圖(tu)(tu)和(he)頻率(lv)估計(ji)、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)增強、指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)二(er)值(zhi)化(hua)(hua)和(he)細化(hua)(hua)等。預處(chu)(chu)理(li)是指(zhi)對(dui)含噪(zao)聲(sheng)及偽特征(zheng)(zheng)的(de)指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)采用一定的(de)算法加以處(chu)(chu)理(li)，使其紋(wen)線結構(gou)清晰，特征(zheng)(zheng)信(xin)息(xi)突出。其目的(de)是改善(shan)指(zhi)紋(wen)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)的(de)質(zhi)量(liang)，提高特征(zheng)(zheng)提取(qu)的(de)準確性(xing)。通常，預處(chu)(chu)理(li)過程(cheng)包括歸(gui)一化(hua)(hua)、圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)分(fen)割(ge)、增強、二(er)值(zhi)化(hua)(hua)和(he)細化(hua)(hua)，但根據(ju)具體情況，預處(chu)(chu)理(li)的(de)步(bu)驟也不盡相(xiang)同。

3、指紋特征提取

紋(wen)型(xing)是指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)的(de)基(ji)本(ben)分(fen)(fen)類，是按中心(xin)花紋(wen)和(he)三角(jiao)的(de)基(ji)本(ben)形(xing)(xing)(xing)態(tai)劃(hua)分(fen)(fen)的(de)。紋(wen)形(xing)(xing)(xing)從屬(shu)于型(xing)，以(yi)中心(xin)線的(de)形(xing)(xing)(xing)狀定名。我(wo)國十指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)分(fen)(fen)析法將指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)分(fen)(fen)為(wei)三大(da)類型(xing)，九種形(xing)(xing)(xing)態(tai)。一般，指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)自動識(shi)別系(xi)統將指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)分(fen)(fen)為(wei)弓(gong)形(xing)(xing)(xing)紋(wen)（弧形(xing)(xing)(xing)紋(wen)、帳形(xing)(xing)(xing)紋(wen)）、箕(ji)形(xing)(xing)(xing)紋(wen)（左箕(ji)、右箕(ji)）、斗形(xing)(xing)(xing)紋(wen)和(he)雜形(xing)(xing)(xing)紋(wen)等(deng)。

指紋(wen)(wen)形態特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)包括(kuo)(kuo)(kuo)中心（上(shang)、下(xia)）和三(san)角點(dian)(dian)（左、右）等，指紋(wen)(wen)的(de)(de)細節(jie)(jie)特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)(dian)主(zhu)要(yao)包括(kuo)(kuo)(kuo)紋(wen)(wen)線(xian)的(de)(de)起(qi)點(dian)(dian)、終點(dian)(dian)、結(jie)(jie)合點(dian)(dian)和分(fen)叉點(dian)(dian)。從(cong)預處理后的(de)(de)圖像中提取(qu)(qu)指紋(wen)(wen)的(de)(de)特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)(dian)信(xin)息(xi)（終結(jie)(jie)點(dian)(dian)、分(fen)叉點(dian)(dian)...），信(xin)息(xi)主(zhu)要(yao)包括(kuo)(kuo)(kuo)類型、坐(zuo)標、方向等參數。指紋(wen)(wen)中的(de)(de)細節(jie)(jie)特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)，通常包括(kuo)(kuo)(kuo)端點(dian)(dian)、分(fen)叉點(dian)(dian)、孤立點(dian)(dian)、短(duan)分(fen)叉、環等。而(er)紋(wen)(wen)線(xian)端點(dian)(dian)和分(fen)叉點(dian)(dian)在(zai)指紋(wen)(wen)中出現的(de)(de)機會(hui)最(zui)(zui)多(duo)、最(zui)(zui)穩定，且容易獲取(qu)(qu)。這兩類特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)點(dian)(dian)就可對(dui)指紋(wen)(wen)特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)匹配：計算特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)提取(qu)(qu)結(jie)(jie)果與(yu)已存儲的(de)(de)特(te)(te)征(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)模板的(de)(de)相似(si)程度。

4、指紋匹配

指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)匹(pi)配是(shi)用現場采集的(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征(zheng)與指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)庫中(zhong)保存的(de)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)特征(zheng)相(xiang)(xiang)比較，判斷(duan)是(shi)否屬于同一指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)。可以根(gen)據指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)紋(wen)(wen)(wen)形進(jin)行(xing)粗匹(pi)配，進(jin)而利用指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)形態和細節特征(zheng)進(jin)行(xing)精確匹(pi)配，給(gei)(gei)出兩(liang)枚指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)(xiang)似(si)性得(de)分(fen)。根(gen)據應用的(de)不同，對(dui)指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)相(xiang)(xiang)似(si)性得(de)分(fen)進(jin)行(xing)排序或(huo)給(gei)(gei)出是(shi)否為同一指(zhi)(zhi)紋(wen)(wen)(wen)的(de)判決結(jie)果

指(zhi)紋對(dui)比有(you)兩種方(fang)式：

（1）一對(dui)一比(bi)對(dui)：根據(ju)用戶(hu)ID從指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)庫中檢(jian)索出待對(dui)比(bi)的(de)用戶(hu)指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)，再(zai)與新采集的(de)指(zhi)(zhi)(zhi)紋(wen)比(bi)對(dui)；

（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）指紋是人體獨一無二的特(te)征，并且它們的復(fu)雜度足(zu)以提(ti)供用于鑒別的足(zu)夠(gou)特(te)征；

（2）如果要(yao)增加可靠性，只需登(deng)記更(geng)多的(de)指(zhi)紋(wen)、鑒別更(geng)多的(de)手指(zhi)，最多可以多達(da)十(shi)個，而(er)每一個指(zhi)紋(wen)都是獨一無二(er)的(de)；

（3）掃描指紋的速度很(hen)快(kuai)，使用(yong)非常方便(bian)；

（4）讀取指(zhi)(zhi)紋(wen)時，用戶(hu)必需(xu)將手指(zhi)(zhi)與指(zhi)(zhi)紋(wen)采(cai)集頭(tou)相(xiang)互(hu)接(jie)觸，與指(zhi)(zhi)紋(wen)采(cai)集頭(tou)直接(jie)；

（5）接觸是讀取人體生物特征(zheng)最可靠(kao)的方法；

（6）指(zhi)紋采集頭可以更加(jia)小型化(hua)，并且價(jia)格會(hui)更加(jia)的低廉(lian)；

2、指紋識別技術的主要缺點為：

（1）某些人(ren)(ren)或(huo)(huo)某些群(qun)體的指紋指紋特(te)征少，難(nan)成像；雙手長期徒手工作業的人(ren)(ren)們手指若(ruo)有(you)絲(si)毫破損或(huo)(huo)干濕環(huan)境里(li)、沾有(you)異(yi)物；對于在嚴寒(han)(han)區域(yu)或(huo)(huo)者嚴寒(han)(han)氣(qi)候下，亦或(huo)(huo)者人(ren)(ren)們需(xu)要長時間(jian)帶手套的環(huan)境當中，這也(ye)將使得指紋識別變得不(bu)那么便利。

（2）過(guo)去因為在(zai)犯罪記錄中使用指(zhi)紋(wen)，使得某些人(ren)害怕“將指(zhi)紋(wen)記錄在(zai)案”。

（3）實際上指(zhi)(zhi)紋(wen)鑒(jian)別技術可以(yi)不存儲任何含有指(zhi)(zhi)紋(wen)圖(tu)像的(de)數據，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(te)征數據；

（4）每一次使用(yong)指(zhi)紋(wen)時都會在指(zhi)紋(wen)采集頭上留下用(yong)戶的(de)指(zhi)紋(wen)印(yin)痕(hen)，而這些指(zhi)紋(wen)痕(hen)跡存(cun)在被用(yong)來復(fu)制指(zhi)紋(wen)的(de)可能性。

（5）指紋是用(yong)戶的(de)重要個人信息(xi)，某些應用(yong)場合用(yong)戶擔心信息(xi)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(chan)業中廣泛應用(yong)，通過時間和實踐(jian)的檢驗(yan)，技術方面(mian)也(ye)在不(bu)斷的革(ge)新。

指紋識別破解

指(zhi)紋識別技術雖然應用廣(guang)泛(fan)，但是相(xiang)對來(lai)說破(po)解也(ye)比較容易，可以制作指(zhi)模破(po)解。