指紋識別技術流程及應用領域

指紋是指手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路。這段紋路蘊含了大量的特征信息，如紋形、模式區(qū)、核心點、三角點和紋數(shù)等總體特征；細節(jié)特征，端點、斷點、分叉點、三角點、核心點等稱為“特征點”的細節(jié)特征。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的細節(jié)特征，卻不可能完全相同。

圖1 指紋特征

指紋識別就是依靠總體特征和細節(jié)特征來唯一的確認一個人的身份。指紋識別技術是目前最成熟，應用最廣泛的一種生物識別技術，其主要特征有唯一性、不變性和便攜性。

指紋識別作為一種熱門的生物識別技術一直受到業(yè)界的廣泛關注，目前市面上存在各種各樣的指紋識別設備，但通常其識別過程大致涉及的主要步驟為指紋圖像采集、指紋圖像預處理、指紋圖像的特征提取、匹配與識別等過程。指紋圖像的預處理一般又包括圖像增強、二值化和細化。

指紋圖像的采集：是自動指紋識別系統(tǒng)的重要組成部分，圖像采集就是通過專門的指紋采集儀來采集活體指紋圖像的過程。最早指紋采集儀采用的光學傳感器，隨著半導體技術的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了CMOS指紋傳感器、熱敏傳感器、超聲波傳感器等新型傳感器?，F(xiàn)階段傳感器的技術越來越精湛，采集性能也不斷提高。

指紋圖像的預處理：采集獲得的指紋圖像通常都伴隨著各種各樣的噪聲，一部分是由于采集儀造成的，另一部份是由于手指的狀態(tài)所造成的。指紋圖像預處理的目的就是去除圖像中的噪聲，使圖像畫面清晰，邊緣明顯，把它變成一幅清晰的點線圖，以便于提取正確的指紋特征。指紋圖像預處理在整個指紋識別系統(tǒng)中具有重要的地位和作用，它的好壞直接影響著指紋識別的效果。

圖形增強：指紋預處理過程中最重要的一步就是對指紋圖像進行增強，圖像增強的目的是在增強脊線谷線結構對比度的同時抑制噪聲，連接斷裂的脊線和分離粘連的脊線，按特定的需要突出一幅圖像中的某些信息，同時削弱或去除某些不需要的信息。指紋圖像增強算法主要有基于Gabor濾波的增強方法和基于傅里葉濾波的低質量指紋增強算法。Gabor濾波增強是使用方向場圖像來進行增強的，是指紋增強算法中最常見的一種?；诟道锶~濾波的低質量指紋增強算法是通過傅里葉變換把指紋圖像增強從空域轉化到頻域，然后在頻域上對指紋圖像進行帶通濾波、方向濾波，從而使指紋圖像得到增強。

二值化：圖像經(jīng)過增強處理后其中的紋線（脊）部分得到了增強，不過脊的強度并不完全相同，表現(xiàn)為灰度值的差異。二值化的目的就是使脊的灰度值趨向一致，使整幅圖像簡化為二元信息在指紋識別中，一方面對圖像信息進行了壓縮，保留了紋線的主要信息，節(jié)約了存儲空間，另一方面還可以去除大量的粘連，為指紋特征的提取和匹配作準備。

細化：指紋圖像二值化后，紋線仍具有一定的寬度，而指紋識別只對紋線的走向感興趣，不關心它的粗細。細化的目的是為了刪除指紋紋線的邊緣像素，使之只有一個像素寬度，減少冗余的信息，突出指紋紋線的主要特征，從而便于后面的特征提取。細化時應保證紋線的連接性，方向性和特征點不變，還應保持紋線的中心基本不變。

指紋圖像的特征提取：主要有兩種特征提取方法，一種是從灰度圖像中提取特征，另一種是從細化二值圖像中提取特征。直接從灰度圖像中提取特征的算法一般是對灰度指紋紋線進行跟蹤，根據(jù)跟蹤結果尋找特征的位置和判斷特征的類型。這種方法省去了復雜的指紋圖像預處理過程，但是特征提取的算法卻十分復雜，而且由于噪聲等因素影響，特征信息（位置、方向等）也不夠準確。而從細化二值圖像中提取特征的方法比較簡單，在得到可靠的細化二值圖像后，只需要一個3&TImes;3的模板就可以將端點和分叉點提取出來。

匹配與識別：是指紋識別系統(tǒng)中的最后一步，也是評價整個指紋識別系統(tǒng)性能的最主要依據(jù)。指紋匹配是根據(jù)提取的指紋特征來判斷兩枚指紋是否來自于同一個手指。特征匹配主要是細節(jié)特征的匹配，將新輸入指紋的細節(jié)特征值與指紋庫中所存指紋的細節(jié)特征值進行比對，找出最相似的指紋作為識別的輸出結果，也就是所說的指紋驗證識別過程，它是指紋識別系統(tǒng)的最終目的。由于各種因素的影響，同一指紋兩次輸入所得的特征模板很可能不同。因此，只要有輸入指紋的細節(jié)特征與所存儲的模板相似時，就說這兩個指紋匹配。

圖2 指紋識別系統(tǒng)流程圖

指紋識別技術中進行特征值的匹配與識別需要的指紋圖像匹配算法通常可以分為：一對一驗證和一對N識別。

一對一驗證是一個驗證的過程。利用人員的ID，先從指紋庫中將事先錄入的指紋特征提取出來，然后與現(xiàn)場采集的指紋提取的指紋特征值進行一比一的比對，來證明該人員為所要識別的人。

一對N識別是一個辯識的過程。將現(xiàn)場采集到的指紋，提取指紋特征值，同指紋厙中存儲的指紋特征值逐一比對，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋，并識別人員身份。

天誠盛業(yè)是國內(nèi)最早從事指紋技術研發(fā)的單位之一，其自主研發(fā)的指紋識別核心算法FPI，研發(fā)周期達到十余年，經(jīng)過12年多的穩(wěn)定應用，技術非常成熟，技術指標在國內(nèi)外處于領先地位。指紋相關產(chǎn)品都是以FPI指紋識別算法為核心技術，具體包括指紋認證儀、SmartFPI指紋認證平臺、生物識別統(tǒng)一身份認證平臺SmartBIOS及諸多的指紋管理系統(tǒng)。天誠盛業(yè)在國內(nèi)率先提出了“指紋支付”的概念，于2008年推出國內(nèi)首家指紋銀行，將指紋技術應用到了銀行外部客戶，在某種意義上，天誠盛業(yè)引領了國內(nèi)銀行指紋技術的應用進程。

經(jīng)過十幾年的積累與沉淀，公司的所有產(chǎn)品硬件、軟件自行研發(fā)設計，具有全部自主知識產(chǎn)權，目前天誠盛業(yè)在指紋方面成功申請專利27項，“為解決指紋低質量圖像”的技術獲得了北京市科學技術獎二等獎。 同時，天誠盛業(yè)應邀加入了全國信息技術標準化技術委員會（SAC/TC28）成為生物識別技術國家標準主要撰稿人，并參與了BioAPI國家標準1.1版指紋識別相關標準的制定。

隨著科技的進步，傳感器技術的不斷革新，指紋識別技術不斷發(fā)展，為指紋識別技術的應用提供了更廣闊的空間。近年來利用指紋來完成身份驗證和識別任務的系統(tǒng)己經(jīng)大規(guī)模使用，指紋識別已應用于生活中的各個方面：

計算機網(wǎng)絡安全：在計算機上將指紋識別與傳統(tǒng)身份認證相結合，防止密碼忘記或被別人竊取時產(chǎn)生的安全威脅；

金融機構：銀行等機構進行員工身份認證、自動取款機客戶的身份認證、移動支付的安全認證等；

政府機關、企事業(yè)單位：主要用于對管理人員進行授權和身份認證、考勤、安全區(qū)域員工身份驗證，數(shù)據(jù)庫訪問安全控制等方面；

教育、醫(yī)療、司法機構：學校通過門禁控制對學生及工作人員進行身份認證；醫(yī)院等對私人信息的安全認證，使最終用戶能夠安全方便的查詢和驗證相關手續(xù)、病人和捐贈者的鑒定，防止欺詐性捐助等；公安司法機關利用指紋驗證解決方案，快速有效的鑒別危險罪犯，以保障公民安全；

邊境控制，機場、港口出入境人員護照、簽證等上的身份認證，以及邊境檢查中進行“黑名單”篩查等。