指纹识别技术的基本原理

随着指纹识别技术的发展，越来越多的企业逐步采用指纹识别作为个人生物识别的方式之一。但值得注意的是，由于指纹图像属于个人隐私，大部分企业为了避免涉及到个人隐私问题，从而采用了指纹特征作为识别方式。为此，各生物识别技术公司及其研究机构研究了许多指纹识别算法，但各种识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。这就是指纹识别技术的基本原理，即采集指纹图像并进行比对指纹特征。
 
指纹的特征

从普遍意义上来讲，可以定义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。它包括：
1、基本纹型：常见的指纹图案有环型、弓型、螺旋型，其他的指纹图案都基于这三种基本图案，只是一个粗略的分类，仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，但通过分类可以更加便利于在大数据库中搜寻到指纹。
 
2、模式区（Pattern Area）：模式区是包含了纹型特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。
 
3、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。
 
4、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。
 
5、式样线（ Type Lines）：式样线是在指纹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。
 
6、纹数（ Ridge Count）：纹数是指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一般先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。
 
局部特征指纹节点的特征。指纹的纹路并不是连续、平滑笔直的，经常会出现分叉、折转或中断。这些交叉点、折转点或断点称为＂特征点＂，它们提供了指纹唯一性的确认信息。特征点的主要参数包括：
 
1、方向：相对于核心点，特征点所处的方向。
2、曲率：纹路方向改变的速度。
3、位置：节点的位置坐标，通过 x／y 坐标来描述。它可以是绝对坐标，也可以是与三角点（或特征点）的相对坐标。
 
以上这些特征被用来区分不同的指纹。其中：

1、端点和分叉点是最为常用的特征。通常的算法都要记录它们的位置和方向。
2、中心点和三角点在刑侦系统中普遍使用，而在民用系统中并不常用。因为这些应用中所使用的采集器往往面积较小，较难完整地采集到中心点和三角点。
3、交叉和小岛由于计算上的困难，在实际的系统中往往不予采用。
4、有人曾提出用汗腺孔来进行指纹识别，但这种方法要求指纹采集设备要具有非常高的分辨率。所以在实际的系统中没有采用。
 
指纹采集的方式

目前市场上常用的指纹采集设备有三种：光学式、硅芯片式、超声波式。
 
1、光学式

光学指纹采集器是最早的指纹采集器，也是目前使用最为普遍的。它有如下优点：
①使用时间最长，经受了实际使用的检验；
②对温度等环境因素的适应能力好；
③价格比较低廉，分辨率较高，可以达到 500 dpi 以上。
 
目前，也已出现了用光栅式镜头替换掉棱镜和透镜系统的采集器，光电转换的 CCD 器件也已经换成了 CMOS 成像器件，从而省略了图像采集卡，直接得到数字图像。
 
2、硅芯片式

硅芯片的指纹采集器出现于 90 年代末，大部分硅芯片测量的是手指表面与芯片表面的直流电容场，这个电容场经 A／D 转换后成为灰度数字图像。
 
3、超声波式

超声波指纹采集器可能是最准确的指纹采集器，但目前并不成熟，尚没有大规模应用。