指紋識別技術(shù)的基本原理及過程

盡管指紋識別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了民用領(lǐng)域，但是其工作原理其實(shí)還是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，生物識別技術(shù)公司不直接存儲指紋的圖像。多年來，各生物識別技術(shù)公司及其研究機(jī)構(gòu)研究了許多指紋識別算法(美國有關(guān)法律認(rèn)為，指紋圖像屬于個(gè)人隱私，因此不能直接存儲指紋圖像)。但各種識別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。這就是指紋識別技術(shù)的基本原理，即采集指紋圖像并進(jìn)行比對指紋特征。

指紋的特征
從普遍意義上來講，可以定義指紋的兩類特征來進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征。
總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。它包括：

1、基本紋型
常見的指紋圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型，其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案，只是一個(gè)粗略的分類，僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，但通過分類可以更加便利于在大數(shù)據(jù)庫中搜尋到指紋。

2、模式區(qū)(Pattern Area)
模式區(qū)是包含了紋型特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。

3、核心點(diǎn)(Core Point)
核心點(diǎn)位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它用于讀取指紋和比對指紋時(shí)的參考點(diǎn)。

4、三角點(diǎn)(Delta)
三角點(diǎn)位于從核心點(diǎn)開始的第一個(gè)分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)、或者兩條紋路會聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)和跟蹤的開始之處。

5、式樣線( Type Lines)
式樣線是在指紋包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側(cè)線開始連續(xù)延伸。

6、紋數(shù)( Ridge Count)
紋數(shù)是指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋數(shù)時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。
局部特征是指指紋上的節(jié)點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。局部特征點(diǎn)有如下的類型：
1)節(jié)點(diǎn)：指紋紋路并不是連續(xù)、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或彎折的。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為“節(jié)點(diǎn)”。就是這些節(jié)點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。
2)端點(diǎn)：一條紋線終止的地方；
3)分叉點(diǎn)：一條紋線分裂成兩條的地方；
4)中心點(diǎn)：指紋的幾何中心，這是紋線產(chǎn)生最大曲率的地方；
5)三角點(diǎn)：三種不同方向的紋線匯聚的地方；
6)交叉：兩條紋線產(chǎn)生交叉的地方；
7)小島：一條很短小的紋線；
8)汗腺孔：脊線上的小孔，系汗腺。以上這些特征被用來區(qū)分不同的指紋。其中：

• 1.端點(diǎn)和分叉點(diǎn)是最為常用的特征。通常的算法都要記錄它們的位置和方向。
• 2. 中心點(diǎn)和三角點(diǎn)在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因?yàn)檫@些應(yīng)用中所使用的采集器往往面積較小，較難完整地采集到中心點(diǎn)和三角點(diǎn)。
• 3.交叉和小島由于計(jì)算上的困難，在實(shí)際的系統(tǒng)中往往不予采用。
• 4.有人曾提出用汗腺孔來進(jìn)行指紋識別，但這種方法要求指紋采集設(shè)備要具有非常高的分辨率。所以在實(shí)際的系統(tǒng)中沒有采用。

指紋識別的過程
指紋識別由兩個(gè)過程組成，即登記過程和識別過程。其原理如圖1 所示：

圖1 指紋識別的過程