常见的几种指纹识别技术概述

常见的几种指纹识别技术概述

摘要：作为个人身份识别的重要依据——指纹识别技术已得到人们的广泛认可，本文将就指纹识别的特点对指纹的采集、识别的方法及其原理做一简要分析。

关键词：指纹识别指纹采集识别技术

随着社会的快速发展，科学技术的进步，人们也面临着各种挑战，其中身份识别与认证是各种社会活动的基础，如何快速准确的进行身份识别关系到我们生活秩序的稳定。由于人体所具有的生物特征如指纹、DNA、声音等具有独特性与单一性及无法替代的防伪性，随着现代科技的发展，使得使用这些特殊的生物特征进行身份识别成为社会发展的潮流。

指纹这种表皮纹线形态是人类所特有的，并且由于遗传特性的差异，每一个人的指纹特征都是不尽相同的。每个人的指纹甚至每个指纹的每一条纹线都是独立的且唯一的，指纹的这些特征使得其成为个人身份认定和识别的最直接最便捷的途径，因此我们把一个人的指纹与他的指纹对应起来，通过比较他的指纹特征和预先保留的指纹样品即可验证其身份[1]。尤其在各国警察机构中指纹识别为其工作带来了极大的便利。为维护社会秩序的稳定作出了重要贡献。

一、指纹技术的历史发展

我国是世界上公认最早使用指纹来确认个人身份的国家。据相关资料显示，我国古代最早的指纹应用时在秦朝，经过近千年的发展到了唐朝指纹已经广泛应用于田宅、人身买卖契约、订立抵押借贷等民事活动。到宋代随着犯罪案件的增加，指纹已经作为正式的判案工具应用于刑事诉讼领域。其中《宋史》中详细记载，元绛利用指纹明判欺诈案件的故事。

我国虽然应用指纹技术较早，但指纹识别技术科学化系统化却是近代西方人发明并完善的。在欧洲1788年，梅耶首先提出世界上没有两个人的指纹会完全相同。1889年，亨利的研究成果提出了一套完整的指纹细节特征识别理论，为现代指纹识别技术奠定了基础。同时随着近代人体解剖学、遗传学、物理学、概率统计学等科学理论的发展以及科学实验话研究方法的日趋成熟使得指纹识别技术在近百余年内越来越被人重视并应用于生活中。

指纹识别技术从被发现起就被广泛的应用于商业买卖等民事领域。由于指纹具备稳定性和唯一性，刑事侦查领域也开始广泛采用。在司法领域中，指纹一直被视为物证之首。但在早期刑事侦查中，指纹由专门部门采集特定人群的十指指纹信息并按一定管理办法进行人工分类和储存，当有送检的犯罪现场指纹或嫌疑人的指纹时吗，由专业技术人员根据指纹特征用肉眼逐一识别对比，但人工识别方法效率低、速度慢不能满足现代社会的需要，到上世界60年代末，在美国开始出现自动指纹识别系统（AFIS），此系统因其储存量大、对比话、便于查询等

诸多优越性而受到重视并沿用至今。

二、指纹提取技术

指纹图像的采集是指纹识别的前提，指纹由图像采集设备转化为数字图像后才能用计算机处理。要获取良好的指纹图像非常复杂也非常重要，目前的指纹图像采集技术主要有光学技术、半导体硅技术、超声波技术。

光学技术：将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器上，这样形成的图像中脊线呈黑色，谷线呈白色，这些多灰度指纹图像可用指纹设备算法处理[1]。该技术的优点是较为廉价且分辨率较高。

硅技术：使硅传感器成为电容的一个极板，手指成为另一个极板，利用手指的指纹脊和谷相对于平滑的传感器之间的电容差，形成8位灰度图像。该技术的优点是所获得图像质量更高，更易集成到小设备中。

超声波技术：利用超声波到达材质表面时被吸收、穿透与反射的程度不同，因此可利用超声波具有穿透材料的能力且随材料的不同产生大小不同的图波的特点，可发现皮肤与空气对于声波阻抗的差异，以此区分指纹脊与纹谷的位置[2]。此技术的优势在于能达到最高精确度对手指和平面的清洁程度要求较低。

指纹图像的预处理：在指纹数字图像系统过程中，由于受手指破损、按压方式或环境的影响，使输入的指纹图像是一幅含有较多噪声的灰度图像。指纹图像的预处理操作即利用信号处理技术去除图像中的噪声干扰，尽量恢复指纹的脊线结构将其变为一幅清晰地指纹图像。指纹图像的预处理过程包括图像归一化、图像分割、图像增强、二值化和细化等过程[3]。

特征提取：常用的指纹特征描述方法是基于纹路结构特征，指纹特征可以分为全局特征、局部特征以及细微特征。全局特征包括基本纹路、模式区、核心区、三角点和纹数；局部特征包括端点、分叉点、分歧点、孤立点、短纹、环点、桥、曲率等。

三、指纹识别方法的原理及种类

指纹是人手指表皮上突起的纹线由于遗传特性使得每个人的指纹不尽相同，指纹识别技术主要是对指纹的特征进行研究即特征提取中全局特征与局部特征。总体特征是可通过人眼即可直接观察道德特征，早期的指纹识别即通过此方法进行处理。局部特征是指指纹的特征点，不同的指纹他们的特征点信息完全不同，特征点决定了指纹的唯一性，用指纹进行个人身份鉴定和识别主要是对鉴定的指纹与指纹数据库中的指纹模版或任意的两个指纹进行研究比较，对比有无相同的细节特征，从而达到个人身份的识别和鉴定目的[4]。

在早期的指纹识别方法中指纹对比一般由专业技术人员根据事先制定的指纹分类方法和指纹细节辨识方法对从现场采集回来的指纹与指纹库中指纹卡上

的指纹进行人工肉眼识别，当时的人工对比主要是用于刑事侦破和法院判案，所以需保证人工对比的准确性[5]。

上世纪60年代随着信息技术的逐步兴起，自动指纹识别系统已经被提上研究日程。我国于上世纪90年代研究出单机版的指纹识别系统但限于当时的计算机设备条件的限制，其应用范围较窄。近年来随着信息化技术的日趋成熟自动指纹识别系统已经由大型计算机处理、微型计算机处理发展到嵌入式处理阶段。尽管嵌入式指纹识别系统尚处于发展初期但已经体现了当前的一个重要的发展趋势。

四、展望

近年来伴随着信息化浪潮以及家庭网络的发展进步，人们的生活也面临着一次重要的变革，个体身份认证和个人信息交换需求量日趋强烈，指纹特征识别技术的进步和日趋成熟使得自动指纹识别技术在安保方面越来越具有潜力。指纹识别广泛应用于我们的日常生活将是社会发展的必然趋势。

参考文献

[1]林华.指纹识别系统预处理技术的研究和实现[J].电子科技大学硕士生学位论文，2006.

[2]解梅，马争.基于脊像指纹滤波算法[J].电子学报，2004，32（l）：5-7.

[3]Rao AR.A taxonomy for texture description and identifieation[M].New York：Springer Verlag，1990.

[4]Anil Jain，Lin Hong，Ruud Bolle.On line fingerprint verification [J].IEEE transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1997，19（4）：302-314.

[5]柴晓光.民用指纹识别技术[M].北京：人民邮电出版社，2004.5.