指紋信息提取技術的分析與實現

王昊鼎

摘要：指紋具有唯一性和不變性，每個人的指紋都是獨一無二的，隨著科學技術的發展，指紋識別技術已經成為了當前最有效、最便捷的鑒別身份的手段之一，本文主要對指紋提取技術進行基礎的分析，希望通過本文能夠對指紋提取技術有所借鑒意義。

關鍵詞：指紋提取;概念;指紋識別原理

1.引言

隨著社會信息化步伐的加快，人們對于個人身份的確認和權限的認定要求越來越高，信息安全正在成為人們研究的熱點。在眾多識別技術中，指紋識別以方便易用、高準確率、易采集和低成本等諸多優勢備受關注，已經成為身份認證的最有效手段之一，在犯罪識別、信息安全、電子商務等領域得到廣泛的應用。每個人指紋在圖案、斷點和交叉點上各不相同，是唯一的，并且終生不變。由于這種唯一性和穩定性，指紋識別技術具有諸多優點：指紋是人體獨一無二的特征，并且它們的精確度和復雜度足以提供用于鑒別的足夠特征;而不同手指指紋也是獨一無二的;掃描指紋的速度很快，使用非常方便。

2. 指紋識別的概念

指紋識別技術是把一個人同其指紋對應起來，通過比較輸入的指紋和預先保存的指紋進行比較，就可以驗證此人的真實身份。我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過將他的指紋和預先保存的指紋數據進行比較，就可以驗證它的真實身份，這就是指紋識別技術。識別指紋主要分為：總體特征和局部特征。總體特征是可通過人眼提取、匹配等操作的直接就可觀察到的特征，局部特征是指紋的特征點，不同指紋或許可能具有相同的總體特征，但它們的特征程。點信息卻不可能完全相同，特征點決定了指紋的唯一。

3. 指紋識別的原理

指紋識別技術主要涉及四個功能：讀取指紋圖象、提取特征、保存數據和比對。

在一開始，通過指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖象，取到指紋圖象之后，要對原始圖象進行初步的處理，使之更清晰。

接下來，指紋辨識軟件建立指紋的數字表示——特征數據，一種單方向的轉換，可以從指紋轉換成特征數據但不能從特征數據轉換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產生相同的特征數據。軟件從指紋上找到被稱為“節點”（minutiae）的數據點，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點同時具有七種以上的唯一性特征。因為通常手指上平均具有70個節點，所以這種方法會產生大約490個數據。

有的算法把節點和方向信息組合產生了更多的數據，這些方向信息表明了各個節點之間的關系，也有的算法還處理整幅指紋圖像。總之，這些數據，通常稱為模板，保存為1K大小的記錄。無論它們是怎樣組成的，至今仍然沒有一種模板的標準，也沒有一種公布的抽象算法，而是各個廠商自行其是。

最后，通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結果。

4. 指紋提取技術的系統問題

有效的指紋辨識系統不僅僅依賴于辨識算法，還有其他的一些重要因素，這里稱之為“系統問題”。包括注冊和辨識過程，速度和工作學、用戶信息的反饋、排斥欺騙和安全考慮。 為了得到較好的識別率，重要的是在注冊時盡量獲得最好的指紋圖象，這是因為注冊一般只進行一次，而以后的辨識是經常的。一個較好的指紋識別系統應要求用戶的指紋在登記指紋時多次獲取指紋，然后，把最好的指紋或每次獲得的指紋的綜合的結果作為注冊的指紋。

又一個方法可以作為指紋系統設計時的考慮，即我們可以多次取像直到得到一個確定的匹配，但這個過程在降低了拒判率的同時，提高了誤判率。辨識不僅僅只用一個手指的指紋，可以用兩個或更多的手指的指紋，這樣可以增強識別率，當然這樣一來會浪費用戶的許多時間。

系統的工作學是很重要的。例如：在個人識別系統中，人們愿意等待時間的極限，這個極限時間根據特定的應用而不同，依賴于在處理的過程中人們正在做什么。例如：刷卡或輸入ID號的過程，從0.5-1.5秒被認為是可接受的時間;另外，拒判而重復次數不應超過3次。

驗證和辨識的過程、取像設備的設計拒判率和誤判率關系的設定，為了盡可能的獲得高質量的指紋圖象而提示用戶手指該怎樣放置，正確的反饋信息是非常有用的。如“手指放得太高”，“手指按得不夠重”等。

在指紋識別系統中，反欺騙的措施用來阻止人造指紋、死指紋和殘留指紋。殘留指紋是由于皮膚油或其他原因殘留在傳感器上。傳感器應建立反欺對策，使得有能力識別真實的皮膚溫度、阻力或電容。

既然指紋識別系統是為安全而考慮的，例如，節點模板數據庫必須是安全的，以防止一個冒名頂替的人將自己的指紋存進數據庫而成為合法的用戶。指紋匹配的結果是“YES”或“NO”，以此獲得訪問權。如果有人簡單地繞過指紋匹配而能去直接發送一個“YES”，那么系統就是不安全的。這個問題的解決是確保主機接收的識別結果是來自真正的合法用戶，如通過數字信號發送給主機。

總之，在一個完整的指紋識別應用系統中有許多問題值得考慮，解決好這些問題有助于成功地建立有效的系統，相反，則有可能會使得高明的技術被束之高閣，甚至導致應用系統最后的失敗。

5. 小結

指紋識別技術因為其便捷高效的特點，被廣泛運用到身份識別技術中去，本文對指紋識別技術的大致原理簡單介紹，讓讀者能夠大致了解指紋識別技術這一原理，希望對廣大讀者有所幫助。

參考文獻：

[1]陳躍峰.新編J指紋識別技術漫談[M].北京：中國電力出版社，2006

[2]譚子強.指紋程序設計[M].北京：清華大學出版社，2001