指纹识别技术产品的开发与进展

1、2009年第08期,第42卷 通 信 技 术 Vol.42,No.08,2009 总第212期Communications Technology No.212,Totally指纹识别技术产品的开发与进展徐国辉(广州工程技术职业学院, 广东 广州 510075【摘 要】随着计算机技术的发展,指纹识别技术作为一个安全、可靠、科学的验证技术,已经走进了我们生活的各个领域。文章详细地介绍了指纹识别技术的最新应用和发展情况,对指纹识别系统的基本原理、特征提取以及特征匹配等环节的各种技术,以及新的发展动态方面进行了介绍,同时对指纹识别产品在行业中的应用进行了相关介绍。【关键词】指纹识别;图像增强;特征提取

2、;特征匹配;自动指纹识别系统【中图分类号】TP393 【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(200908-0088-03Development and Progress of Fingerprint VerificationTechnology and ProductXU Guo-hui(Guangzhou Institute Technology, Guangzhou Guangdong 510075, China【Abstract】With the development of computer science, the fingerprint verification tech

3、nology, as an safe, reliable and scientific verification technology, has taken an important part in peoples daily life. This paper gives an overview of fingerprint verification technology in its application and development, describes the minutia extraction, minutia matching and other technologies, a

4、nd presents the application of fingerprint verification products in the business.【Key words】fingerprint verification; image enhancement; minutia extraction; minutia matching; automated fingreprint identification system0 引言现行的许多计算机系统中,包括许多非常机密的系统,都是使用“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制的。实际上,这种方案隐含着一些问题。例如,密码

5、容易被忘记,也容易被别人窃取。因而,生物识别技术的研究,几十年来一直成为各国的科学家和政府所关注的重点,美、日、欧等国相继投入大量的资金和科研人员加快此项技术的研究与应用。二十世纪六十年代,由于计算机可以有效地处理图形,人们开始着手研究计算机来处理指纹,自动指纹识别系统AFIS的研究与应用由此展开。1 指纹识别技术的发展历史具有关资料记载,利用指纹进行身份认证已有很长一段历史了。考古证实,公元前7000年到公元前6000年,指纹作为身份鉴别已在古中国和古叙利亚使用。19世纪末到20世纪初,阿根廷、苏格兰等国相继将指纹识别技术应用于罪犯鉴别。 20世纪60年代后,人们利用计算机代替了效率低、投入

6、高的手工方式来处理指纹,个人电脑和光学扫描仪成为指纹取像工具。90年代后期,低价位取像设备的出现,为个人身份识别技术的发展提供了舞台。近几年来,指纹识别技术已被广泛应用于需要身份识别和鉴定的地方,指纹识别技术将成为21世纪全球最先进的识别个人身份的科学技术之一。2 指纹识别的基本原理及识别过程2.1 指纹识别的基本原理收稿日期:2009-03-24。作者简介:徐国辉,男,讲师,硕士,主要研究方向为网络管理、网络安全、高性能网络技术、移动通信。88指纹作为人的一种生物特征,具有独特的性质,其花纹的细节由细微纹点和纹脊的起点、终点、分叉、结合等组成。同时指纹也有共性,它是由方向基本相同的纹线组成,

7、即在以块为单位的图像中,沿纹线方向、块的方向基本相同。纹线走向的相似性,是指纹的基本特点。指纹图像并不具有大片有意义的细节,但它在小片面积中呈现出类似于二维余弦函数的结构。图像上由某种模式重复排列所形成的结构称为纹理。指纹的这种结构称为指纹的纹理,它表示指纹独特的特征。所有有关的指纹图像处理都是基于这种重要的特征,也正是这种特征决定了指纹图像处理与其他图像处理的本质区别,一些经典的图像处理方法无法达到要求,只能作为辅助的处理工具。指纹的特征有整体特征和局部特征。人类的指纹有四种基本整体特征,即:弓型模式,左环模式,右环模式和螺旋环模式,如图1所示。 图1 四种基本整体特征因为每个人的包括指纹在

8、内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,也就是说,是唯一的,并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较,就可以验证他的真实身份,这就是指纹识别技术。2.2 指纹识别的过程 图2 指纹识别的过程(1指纹图像输入。AFIS系统中获取指纹图像一般采用三种方式,光学传感器,热感应式传感器和电容式传感器采集。采集得到的指纹图像一般是8位256级灰度图。(2图像增强。刚采集的指纹原始图像一般有很多噪音,图像质量存在差异。指纹增强,就是对低质量的指纹图像采用一定的算法进行处理,使其纹线结构清晰化,尽量突出和保留固有的特征信息而避免

9、产生伪特征信息,其目的是保证特征信息提取的准确性和可靠性。迄今为止,已有不少文献对指纹增强的算法进行了研究。一般来说,图像增强采用平滑、锐化、二值化等数字图像处理方法来进行。平滑处理的任务就是去除图像中的干扰噪声,而又不使图像失真。图像平滑包括空域法和频域法两大类。为强化指纹纹线间的界线,突出边缘信息,以利于二值化,锐化处理是必要的。锐化处理对于增强反差和检测边缘是很有用的。图像锐化的作用就是的补偿图像的轮廓,使图像较清晰。图像锐化可分为空间域图像锐化法和空间频率域图像锐化法两大类型。二值图像是指整幅图像画面内仅黑(灰度值为0白(灰度值为1二值的图像,在它们上面不呈现出灰度的变化。因而必须根据

10、原始的灰度图像来确定图像上的每一点应属于客体区域还是背景区域,从而产生对应的二值图像。它不仅可以大大减少储存量,而且使得后面的判别过程少受干扰,大大简化其后的处理方法。(3细节提取。经过以上步骤后,可以提取图像的特征点。通常指纹特征可以分为两类:细节特征和单独点。细节特征的提取就是在指纹图像中找到脊终点和脊分叉两个细节特征。 一般说来,如果指纹图像能够很好地分割,那么对于细节特征提取来说,就仅仅是对细化的指纹图像进行沿脊线的点的判断。在特征提取时,往往需要进行虚假细节特征删除。 一般,采用启发式算法,对虚假特征进行删除。 对于一个分叉点的分支如果小于某个给定阈值,就将其当作毛刺删除;如果脊线的

11、两个端点很近,那么该脊线有可能是噪声引起的,应删除;在指纹图像边缘的脊终点也应删除。特征提取后,我们得到以下信息:1 细节点的x,y坐标;2 细节点的方向,这个方向定义为该细节点所在的局部脊线的方向;3 细节点的类型,即脊线末梢或脊线分支;4 细节点对应的脊线(di,i;把上述信息保存在指纹模板库中。(4指纹图像匹配。指纹图像匹配就是对两个指纹的特征集合(模板判断是否属于同一指纹。英国学者E.R.Herry认为,只要比对13个特征点重合,就可以确认是同一个指纹。指纹匹配算法方法很多,包括基于图像的匹配、脊模式匹配、点模式匹配及基于图形的匹配。点模式匹配是预先从指纹图像中提取出的特征点集与输入的

12、待匹配的指纹图像中提取出的特征点集的匹配。 如果两幅指纹图像是匹配的,那么这两个点集通过某些变换,如旋转、伸缩及平移,可以得到较好的匹配。3 指纹识别技术的开发应用指纹机的技术不断在研究改进中。起初是以完美按压的指纹作测试,一旦实际运用时才发现,人的指纹会按压得十分完美的机率很低,而且人的手指柔软度不同,干湿度亦不同,都会影响到指纹识别的进行。如今,指纹已达到活体指纹识别的阶段,可以判读每一回不同的按压,按压的角度、压力、手指的湿度也会影响电脑取得指纹影像的条件。指纹识别技术的评估指标为安全度(FAR:False Accept Rate,错误接受率及使用便利性(FRR:False reject

13、 Rate, 错误拒绝率。理想化的产品是安全度高且便利性强,但在无法以现阶段技术达到时,产品的定位可由安全性高、方便性较低(例如在信息安全系统使用FAR:百万分之一,FFR:89八分之一来设计;或以便利性高但安全性较低(例如在指纹考勤系统使用FAR:千分之一,FRR:百分之二方向定位。指纹识别技术作为高新科技,其开发方向主要是下列 两者:(1代传统的安全系统(如钥匙、密码、卡片等:作为现有安全系统的取代品,主要是发挥生物识别的优点,即具有随身携带的便利性及不能仿冒的安全性。(2创造信息社会中的新需求(如网络安全、电子认证等:迈入网络形态的信息时代,许多资产均以电脑内部的信息方式存在。电脑(信息

14、安全业将是一个新的产业,而指纹识别技术将扮演一个非常重要的角色,指纹识别产品的科技及专业知识,提供人类生活的新便利,并在高科技领域中扮演开拓及领导者的角色。4 指纹识别技术的行业应用(1指纹识别技术应用于社会福利保险系统。社会福利保险系统中的养老、人寿、医疗、失业等各种保险系统的身份识别将呈现崭新面貌。社会保险部门将借助计算机指纹验证系统发放养老金、失业保险金等,杜绝各种骗领、冒领现象,使管理更科学、安全和高效。(2纹识别技术应用于司法系统。司法系统中的指纹采集、身份鉴别、证件鉴别(身份证、护照、驾照等,外来人口管理、海关及民航快速通关认证等将有一个无可比拟的高安全性保障。(3指纹识别技术应用

15、于教育系统。应用指纹密码,教育系统中的学籍管理、考试管理、远程教育、准考证等将进入一个全新的便捷、安全管理时代。(4指纹识别技术应用于医疗系统管理。在医院里,指纹识别技术可以验证病人身份,通过指纹医疗卡、电子病历管理,特别是献血、输血管理,可以辨别多次献血及不合格献血者。(5指纹识别产品应用于金融系统。使用指纹密码系统,储户开户时,可以选择取款时用指纹作身份鉴别,然后通过指纹采集器在指纹库中登记一枚或几枚指纹;取款要求鉴别身份时,储户在指纹采集器上按下指纹,系统顷刻之间即可鉴别储户身份真伪,保证安全。(6指纹识别技术使电子商务和网上信息有了更安全性的保障。由于指纹数据通过电子邮件或其他传输方法

16、在计算机网络上进行传输和验证,通过指纹识别技术,限定只有指定的人才能访问相关地址,可以极大地提高网上信息的安全性,这样,包括网上银行,网上贸易,电子商务和一系列商业行为,就有了安全性保障。5 结语统计资料表明,目前国内的生物识别技术市场正处于诸侯割据的萌芽阶段。指纹识别技术自出现以来发展十分迅速,其中指纹考勤机受到了企事业单位的青睐。在国内的指纹产品市场中,指纹考勤机拥有超过30%的市场占有率,此外,指纹门禁、远程教育、网络安全等市场的发展也方兴未艾。独立的硬件指纹识别系统是以指纹识别技术为核心,独立于计算机运行,在微处理器的控制下独立完成指纹采集、存储、识别和计算机通信等功能的指纹身份识别系

17、统。由于传统的加密功能是通过密码来实现的,存在密码易被窃取、破译和密码记忆的问题,因此通过上述独一无二的指纹识别技术来控制用户对数据的访问,可以达到有效的加密目的。参考文献1 李晓昆 基于结构的指纹识别J.计算机工程与科学,1999,21(2.2 Lee HC,Gaensslen RE.Advances in Fingerprint Technology.3 王耀南,李树涛,计算机图像处理与识别技术M.高教版,2001.4 张成海,张铎.现代自动识别技术与应用M.北京:清华大学出版社.(上接第87页送、接收、加密、解密、签名、验证等功能,为电子邮件用户提供端到端的安全服务,实现了邮件的保密性、完整性、发送方和接收方身份认证及不可否认性等安全性。另外,可以引入一个杀毒软件,对接收到的邮件进行杀毒处理,还有邮件服务器防火墙的问题等等,都可以作为本课题的后继课题进行研究。参考文献1 Naganand Doraswamy ,