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行業(yè)新聞
指紋識(shí)別算法基本原理介紹
盡管指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了民用領(lǐng)域，但是其工作原理其實(shí)還是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，生物識(shí)別技術(shù)公司不直接存儲(chǔ)指紋的圖像。多年來(lái)，各生物識(shí)別技術(shù)公司及其研究機(jī)構(gòu)研究了許多指紋識(shí)別算法（美國(guó)有關(guān)法律認(rèn)為，指紋圖像屬于個(gè)人隱私，因此不能直接存儲(chǔ)指紋圖像）。但各種識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特征。這就是指紋識(shí)別技術(shù)的基本原理，即采集指紋圖像并進(jìn)行比對(duì)指紋特征。
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指紋的特征
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從普遍意義上來(lái)講，可以定義指紋的兩類特征來(lái)進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征。
總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。它包括：
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1、基本紋型
常見(jiàn)的指紋圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型，其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案，只是一個(gè)粗略的分類，僅僅依靠圖案類型來(lái)分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，但通過(guò)分類可以更加便利于在大數(shù)據(jù)庫(kù)中搜尋到指紋。
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2、模式區(qū)（Pattern Area）
模式區(qū)是包含了紋型特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。
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3、核心點(diǎn)（Core Point）
核心點(diǎn)位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它用于讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)的參考點(diǎn)。
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4、三角點(diǎn)（Delta）
三角點(diǎn)位于從核心點(diǎn)開(kāi)始的第一個(gè)分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)、或者兩條紋路會(huì)聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)和跟蹤的開(kāi)始之處。
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5、式樣線（ Type Lines）
式樣線是在指紋包圍模式區(qū)的紋路線開(kāi)始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側(cè)線開(kāi)始連續(xù)延伸。
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6、紋數(shù)（ Ridge Count）
紋數(shù)是指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋數(shù)時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。
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局部特征是指指紋上的節(jié)點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會(huì)具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。局部特征點(diǎn)有如下的類型：
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1）節(jié)點(diǎn)：指紋紋路并不是連續(xù)、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或彎折的。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為“節(jié)點(diǎn)”。就是這些節(jié)點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。
2）端點(diǎn)：一條紋線終止的地方；
3）分叉點(diǎn)：一條紋線分裂成兩條的地方；
4）中心點(diǎn)：指紋的幾何中心，這是紋線產(chǎn)生最大曲率的地方；
5）三角點(diǎn)：三種不同方向的紋線匯聚的地方；
6）交叉：兩條紋線產(chǎn)生交叉的地方；
7）小島：一條很短小的紋線；
8）汗腺孔：脊線上的小孔，系汗腺。以上這些特征被用來(lái)區(qū)分不同的指紋。其中：
1.端點(diǎn)和分叉點(diǎn)是最為常用的特征。通常的算法都要記錄它們的位置和方向。
2.?中心點(diǎn)和三角點(diǎn)在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因?yàn)檫@些應(yīng)用中所使用的采集器往往面積較小，較難完整地采集到中心點(diǎn)和三角點(diǎn)。
3.交叉和小島由于計(jì)算上的困難，在實(shí)際的系統(tǒng)中往往不予采用。
4.有人曾提出用汗腺孔來(lái)進(jìn)行指紋識(shí)別，但這種方法要求指紋采集設(shè)備要具有非常高的分辨率。所以在實(shí)際的系統(tǒng)中沒(méi)有采用。
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指紋識(shí)別的過(guò)程
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指紋識(shí)別由兩個(gè)過(guò)程組成，即登記過(guò)程和識(shí)別過(guò)程。其原理如圖1?所示：
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圖1 指紋識(shí)別的過(guò)程
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在登記過(guò)程中，用戶需要先采集指紋，然后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行特征提取，提取后的特征將作為模板保存在數(shù)據(jù)庫(kù)或其他指定的地方。在識(shí)別或驗(yàn)證階段，用戶首先要采集指紋，然后經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行指紋庫(kù)模板比對(duì)，然后給出比對(duì)結(jié)果。
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在很多場(chǎng)合，用戶可能還要輸入其他的一些輔助信息，以幫助系統(tǒng)進(jìn)行匹配，如帳號(hào)、用戶名等。此過(guò)程是一個(gè)通用的過(guò)程，對(duì)所有的生物特征識(shí)別技術(shù)都適用。
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指紋采集的方式
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目前市場(chǎng)上常用的指紋采集設(shè)備有三種：光學(xué)式、硅芯片式、超聲波式。這三種形式的采集技術(shù)性能對(duì)比見(jiàn)表1：
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表1 光學(xué)、電容與超聲波采集技術(shù)的性能比較
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1、光學(xué)式
光學(xué)指紋采集器是最早的指紋采集器，也是目前使用最為普遍的。它有如下優(yōu)點(diǎn)：
1?使用時(shí)間最長(zhǎng)，經(jīng)受了實(shí)際使用的檢驗(yàn)；
2對(duì)溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)能力好；
3 價(jià)格比較低廉，分辨率較高，可以達(dá)到500 dpi?以上。
目前，也已出現(xiàn)了用光柵式鏡頭替換掉棱鏡和透鏡系統(tǒng)的采集器，光電轉(zhuǎn)換的CCD?器件也已經(jīng)換成了CMOS?成像器件，從而省略了圖像采集卡，直接得到數(shù)字圖像。
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2、硅芯片式
硅芯片的指紋采集器出現(xiàn)于90?年代末，大部分硅芯片測(cè)量的是手指表面與芯片表面的直流電容場(chǎng)，這個(gè)電容場(chǎng)經(jīng)A/D?轉(zhuǎn)換后成為灰度數(shù)字圖像。
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3、超聲波式
超聲波指紋采集器可能是最準(zhǔn)確的指紋采集器，但目前并不成熟，尚沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用。
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