指纹识别技术原理及采集方式解析

与传统的身份鉴别方法相比,生物特征识别技术更加安全、保密。这是因为生物特征在某种程度上都具有比较明显的普遍性、唯一性、稳定性及可采集性,一方面便于各类识别系统收集特征进行分析,另一方面能够准确地标识出身份信息。

  指纹识别技术应用是生物识别技术中最广泛的,凝聚着市场巨大潜力的未来指纹识别应用大方向,目前主要分为四个:一是涉密系统,需要高度安全防护地方;二是针对大规模人群的身份鉴别的技术;三是针对城市公共事务的市民应用;四是从现实生活进入互联网虚拟世界的认证应用。
  一、指纹识别技术原理
  与传统的身份鉴别方法相比,生物特征识别技术更加安全、保密。这是因为生物特征在某种程度上都具有比较明显的普遍性、唯一性、稳定性及可采集性,一方面便于各类识别系统收集特征进行分析,另一方面能够准确地标识出身份信息。常见的生物特征包括指纹、手形、人脸、虹膜、视网膜、声音、签名等。

指纹识别技术原理及采集方式解析

  评价这些生物特征识别技术的优劣主要考虑以下三个方面。
  一是性能,包括识别率、识别速度等。
  二是可接受性,即在平时工作生活里,该生物特征识别技术被接纳的程度。
  三是可欺骗性,即识别技术被欺骗的难易程度。表1给出了一些常用的生物特征识别技术的对比。
  指纹识别是使用频率最高的生物特征识别技术之一。早在唐宋期间,指纹已经用于文书契约和司法审判中。现代的指纹识别技术经历了多年的积累,已经非常成熟,广泛应用在司法、公安和门禁领域。
  所谓指纹,是指人体指尖表面的纹路。在指纹中,凸起的纹线为脊线,脊线与脊线之间的部分为谷线。根据脊线和谷线的结构,可以得到一些细节点。指纹识别主要就是利用这些细节点特征实现的。
  指纹识别技术应用非常广泛,比如指纹锁、指纹考勤、指纹门禁、指纹支付和手机指纹开锁等。
  指纹识别主要包括指纹增强、特征提取和指纹匹配三个过程。
  (一)指纹增强:在指纹采集过程中,由于各种原因,采集到的指纹图像不可避免的引入了一些噪声,如果直接用于指纹识别,往往难以达到较好的效果。我们可以通过一定的图像增强技术,改善指纹图像质量。这里会用到的技术有图像分割、直方图均衡化、滤波增强、二值化、细化等。
  (二)特征提取:前面提到,细节点特征是最常用的指纹特征。细节点特征的提取,就是在指纹图像中找到脊线终点和脊线分叉两个特征。经过了指纹增强的步骤,如果指纹图像能较好地分割,细节点很容易提取。但实际上有一些噪声很难处理,这样在增强后就会产生一些虚假特征。一般地,启发式算法可以删除虚假特征。特征提取后,我们得到了多组脊终点或分叉类型、位置坐标及方向信息等。
  (三)指纹匹配:指纹匹配算法有很多种,包括点模式匹配、脊模式匹配、基于图像的匹配和基于图形的匹配等。细节点匹配可以看做是点模式匹配的问题。点模式匹配就是将提取的细节点集与数据库中的细节点集进行匹配,如果通过一些旋转、尺度变换和平移变换,点集间是匹配的,那个两幅指纹图像就是匹配的。
  二、指纹识别采集方式
  不管采用什么采集技术,从用户角度用到的就两种录入方式:按压式与滑动式。
  (一)滑动式
  将手指从传感器上划过,系统就能获得整个手指的指纹。手指按压上去时,无法一次性采集到完整图像。在采集时需要手指划过采集表面,对手指划过时采集到的每一块指纹图像进行快照,这些快照再进行拼接,才能形成完整的指纹图像。
  滑动式的优点是成本低、易集成,可采集大面积的图像,应用传统的特征点算法,但缺点是需要客户有一个连贯规范动作采集图像,体验效果比较差,在之前的应用推广中不太成功。
  (二)按压式
  手指平放在设备上以便获取指纹图像。一般为了获得整个手指的指纹,必须使用比手指更大的传感器,整个手指同时按压在传感器之上。
  按压式的优点是客户体验好,只用一次按压就可以采集图像,与客户在手机应用的操作习惯匹配,无须教育客户。缺点是:成本高,集成难度大,一次采集图像面积相对较小,没有足够的特征点,需要用复杂的图像比对算法进行识别。
  很明显,在用户角度来说,按压式最简单、最方便。以后越来越多的移动设备都将采用按压式指纹识别方案。
  目前来看,不管是手机终端厂商、互联网企业、移动运营商、银联……都在加快推进移动支付发展,指纹识别也将迎来大发展。

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