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指纹识别技术的原理分析及其应用发展

指纹识别技术的基本原理

  指纹其实是比较复杂的。与人工处理不同,许多生物识别技术公司并不直接存储指纹的图象。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法(美国有关法律认为,指纹图象属于个人隐私,因此不能直接存储指纹图象)。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图象上找到并比对指纹的特征。
  指纹的特征
  我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证:总体特征和局部特征。总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征,包括:
  环型(loop), 弓型(arch), 螺旋型(whorl)。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的,这只是一个粗略的分类,但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。
  模式区(Pattern Area)
  模式区是指指纹上包括了总体特征的区域,即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据。 Aetex 的指纹识别算法使用了所取得的完整指纹而不仅仅是模式区进行分析和识别。
  核心点(Core Point)
  核心点位于指纹纹路的渐进中心,它用于读取指纹和比对指纹时的参考点。
  三角点(Delta)
  三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处,或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计数和跟踪的开始之处。
  式样线( Type Lines)
  式样线是在指包围模式区的纹路线开始平行的地方所出现的交叉纹路,式样线通常很短就中断了,但它的外侧线开始连续延伸。
  纹数( Ridge Count)
  指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时,一般先在连接核心点和三角点,这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。 局部特征 局部特征是指指纹上的节点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征,但它们的局部特征--节点,却不可能完全相同。
  节点(Minutia Points)
  指纹纹路并不是连续的,平滑笔直的,而是经常出现中断、分叉或打折。这些断点、分叉点和转折点就称为“节点”.就是这些节点提供了指纹唯一性的确认信息。
  指纹上的节点有四种不同特性:
  1. 分类 - 节点有以下几种类型,最典型的是终结点和分叉点
  A. 终结点(Ending) -- 一条纹路在此终结。
  B. 分叉点(Bifurcation) -- 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路。
  C. 分歧点(Ridge Divergence) -- 两条平行的纹路在此分开。
  D. 孤立点(Dot or Island) -- 一条特别短的纹路,以至于成为一点
  E. 环点(Enclosure) -- 一条纹路分开成为两条之后,立即有合并成为一条,这样形成的一个小环称为环点
  F. 短纹(Short Ridge) -- 一端较短但不至于成为一点的纹路,
  2. 方向(Orientation) -- 节点可以朝着一定的方向。
  3. 曲率(Curvature) -- 描述纹路方向改变的速度。
  4. 位置(Position) -- 节点的位置通过(x,y)坐标来描述,可以是绝对的,也可以是相对于三角点或特征点的。
  计算机中的应用
  指纹识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。目前来说指纹识别的技术应用最为广泛,我们不仅在门禁、考勤系统中可以看到指纹识别技术的身影,市场上有了更多指纹识别的应用:如笔记本电脑、手机、汽车、银行支付都可应用指纹识别的技术。
  现在的计算机应用中,包括许多非常机密的文件保护,大都使用“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制。但是,如果一旦密码忘记,或被别人窃取,计算机系统以及文件的安全问题就受到了威胁。
  随着科技的进步,指纹识别技术已经开始慢慢进入计算机世界中。目前许多公司和研究机构都在指纹识别技术领域取得了很大突破性进展,推出许多指纹识别与传统IT技术完美结合的应用产品,这些产品已经被越来越多的用户所认可。指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的商务领域,而在商务移动办公领域颇具建树的富士通、三星及IBM等国际知名品牌都拥有技术与应用较为成熟的指纹识别系统。
  第一代指纹识别系统
  众所周知,在两年前就有部分品牌的笔记本采用指纹识别技术用于用户登录时的身份鉴定,但是,当时推出的指纹系统属于光学识别系统,按照现在的说法,应该属于第一代指纹识别技术。光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层(死性皮肤层),所以只能够扫描手指皮肤的表面,或者扫描到死性皮肤层,但不能深入真皮层。
  在这种情况下,手指表面的干净程度,直接影响到识别的效果。如果,用户手指上粘了较多的灰尘,可能就会出现识别出错的情况。并且,如果人们按照手指,做一个指纹手模,也可能通过识别系统,对于用户而言,使用起来不是很安全和稳定。
  第二代电容式传感器
  后来出现了第二代电容式传感器,电容传感器技术是采用了交替命令的并排列和 传感器电板,交替板的
  形式是两个电容板,以及指纹的山谷和山脊成为板之间的电介质。两者之间的恒量电介质的传感器检测变化来生成指纹图像。但是由于传感器表面是使用硅材料 容易损坏 导致使用寿命降低,还有它是通过指纹的山谷和山脊之间的凹凸来形成指纹图像的 所以对脏手指 湿手指等困难手指识别率低。
  第三代射频指纹识别技术
  发展到今天,出现第三代生物射频指纹识别技术(射频原理真皮指纹核心技术 (线型采集器)),射频传感器技术是通过传感器本身发射出微量射频信号,穿透手指的表皮层去控测里层的纹路,来获得最佳的指纹图像。因此对干手指,汗手指,脏手指等困难手指通过可高达99%,防伪指纹能力强,指纹敏感器的识别原理只对人的真皮皮肤有反应,从根本上杜绝了人造指纹的问题,宽温区:适合特别寒冷或特别酷热的地区。因为射频传感器产生高质量的图像,因此射频技术是最可靠,最有力的解决方案。除此之外,高质量图像还允许减小传感器,无需牺牲认证的可靠性,从而降低成本并使得射频传感器思想的应用到可移动和大小不受拘束的任何领域中。

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