指紋對(duì)稱在指紋識(shí)別中的應(yīng)用

摘 要：主要介紹了指紋對(duì)稱的一些對(duì)稱特征，并對(duì)指紋檢索中的一些檢索方法和檢索策略做了一些比較，最后通過(guò)指紋對(duì)稱實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有指紋策略的一些改進(jìn)。提出的方法能很好的提高指紋檢索的速度和精度。

關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別；指紋對(duì)稱；指紋檢索

中圖分類號(hào)：C14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）06-0350-02

指紋識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別技術(shù)中有效而又快捷的一種方法。指紋識(shí)別主要十分兩種：?jiǎn)蝹€(gè)指紋的對(duì)比（1：1）和指紋庫(kù)中查找對(duì)比（1：N）。前者需要有對(duì)應(yīng)的ID號(hào)或者密碼，而后者只需要輸入指紋即可，但是對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間就延長(zhǎng)了許多。在現(xiàn)實(shí)中許多民用和刑偵場(chǎng)合，數(shù)據(jù)庫(kù)可能非常的大，這就要求減少響應(yīng)時(shí)間。減少響應(yīng)時(shí)間一般有兩種方法：減少數(shù)據(jù)庫(kù)的指紋數(shù)量和優(yōu)化指紋檢索技術(shù)。

衡量指紋檢索方法性能的參數(shù)之一是系統(tǒng)穿透系數(shù)P：P=CN

其中N為指紋庫(kù)的記錄數(shù)，C為匹配次數(shù)。顯然1/N≤P≤1。一般的1：N系統(tǒng)線性地搜索指紋庫(kù)，找出匹配效果最好地指紋，因此其系統(tǒng)穿透系數(shù)P＝1。

本文通過(guò)指紋對(duì)稱對(duì)現(xiàn)有的指紋檢索方法做了改進(jìn)，并使需要檢索的指紋數(shù)量減少。

1 指紋分類

目前指紋分類主要是Galton-Henry方案的變種，一般分為5種類別：左環(huán)、右環(huán)、旋渦型、拱形、尖拱型（如圖1）。 

2 指紋對(duì)稱

在大量的指紋采集和識(shí)別過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了指紋對(duì)稱 ，而在本文中，我們所運(yùn)用的是指紋左右手對(duì)稱。

同一人的指紋在其左右手之間一般表現(xiàn)為多數(shù)指紋紋型的左右對(duì)稱，也稱反向?qū)ΨQ或鏡向?qū)ΨQ。在紋線流向上，環(huán)型紋多是旋頭向拇指方向，環(huán)口朝小指方向?yàn)閷?duì)稱（如圖2是左手和右手環(huán)形指紋）；在旋渦型紋的反映上則更多體現(xiàn)在紋線的流向上，左手以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，右手按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，拱型紋多以中心連線的方向相反來(lái)體現(xiàn)。另外還有乳突紋線和犁溝之間的平移對(duì)稱、指紋細(xì)節(jié)特征和紋線的對(duì)稱、還有特殊指紋的對(duì)稱 。

3 指紋檢索

當(dāng)在一個(gè)很大的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索一個(gè)指紋時(shí)，就需要有一些檢索方法和檢索策略。在使用檢索技術(shù)的實(shí)際場(chǎng)合，通常需要使用不同的檢索策略，一種好的檢索策略應(yīng)該能夠根據(jù)具體應(yīng)用要求（如精度、效率、匹配算法、是否有人工監(jiān)督等）而確定。通常情況下，對(duì)于同一個(gè)檢索技術(shù)會(huì)定義不同的檢索策略 。傳統(tǒng)的檢索策略一般分為3種：假定類別、固定搜索順序、可變搜索順序。

4 指紋對(duì)稱對(duì)指紋檢索的改進(jìn)

指紋檢索策略中，第一種方法假定類別要求指紋類別的判斷完全正確，但對(duì)于現(xiàn)有水平的分類技術(shù)來(lái)說(shuō)這是不大可能的；而第二種方法固定搜索順序，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；而第三種方法則是根據(jù)指紋類型分布的概率來(lái)搜索，同樣的匹配的指紋數(shù)量還是沒(méi)有變，響應(yīng)時(shí)間還是很長(zhǎng)。

通過(guò)指紋對(duì)稱學(xué)，我們可以把指紋庫(kù)相對(duì)的變小，從而來(lái)提高檢索的速度和精度。按照Galton-Henry分類，據(jù)統(tǒng)計(jì)表明環(huán)形、漩渦形、拱形的指紋分布概率分別是65.5％、27.9％、6.4％，另外還有0.2％的雜紋。而通過(guò)指紋對(duì)稱學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)了指紋環(huán)形對(duì)稱，即左手左旋、右手右旋，而且占總指紋數(shù)的2/3，分別是33.8％和31.7％。本文提出的方法就是通過(guò)左、右手的選擇來(lái)減少訪問(wèn)次數(shù)和改變指紋庫(kù)的分類。

從上面我們已經(jīng)得到了傳統(tǒng)的Galton-Henry分類方案的穿透系數(shù)P＝0.149329，而通過(guò)指紋對(duì)稱之后，我們可以把穿透系數(shù)改成PL和PR，由公式（1）和（2）

可以得出：

我們可以看出穿透系數(shù)分別比原來(lái)較少了34％和38.8％。也就是說(shuō)這種分類方法比原來(lái)的效率提高了1/3多。

同時(shí)這種方法減少了指紋所需要的匹配次數(shù)，如：當(dāng)一個(gè)左手指紋需要匹配時(shí)，右旋指紋庫(kù)就可以不去匹配，這就相對(duì)的使指紋庫(kù)減少了1/3，響應(yīng)時(shí)間也就快了1/3。當(dāng)n個(gè)指紋同時(shí)檢索的時(shí)候響應(yīng)時(shí)間也就是原來(lái)的

(2/3)n，這樣指紋識(shí)別系統(tǒng)的響應(yīng)速度將大大提高，這也就為指紋識(shí)別系統(tǒng)大規(guī)模運(yùn)用提高了實(shí)用性。

5 小結(jié)

本文是通過(guò)指紋對(duì)稱學(xué)對(duì)現(xiàn)有的指紋識(shí)別系統(tǒng)和指紋庫(kù)的一種可行性改進(jìn)：在指紋檢索之前加入了左、右手選擇，這不僅減少了要求匹配的指紋個(gè)數(shù)而且指紋檢索時(shí)間和精度都有了很大的改善，提高了檢索的效率和速度，也就增加了指紋識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)用性和廣泛性。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”