生物识别技术是人体生物特征进行身份鉴别的技术。要求这些特征具有“人各有异”、“终身不变”和“随身携带”这三大特点。 常见的生物识别技术有:指纹识别、手掌识别、静脉识别、面像识别、虹膜识别、视网膜识别、声音识别、签名识别等等。
几种常见生物识别技术优劣比较
各种生物识别技术都分别有其优缺点,在此我们不一一详述,各种生物识别技术的对比如图1所示。从图1中可以清晰地得出结论——指纹识别技术是目前最成熟可靠的生物识别技术,而且应用也最广泛,性价比也是最高的。本文就指纹识别的几种常见技术进行解析比较,从而为用户在针对不同场合选择最合适的指纹机提供参考依据。
手指上的指纹表征了一个人的身份特征。指纹具有惟一性(随身携带、无法复制、人人不同、指指相异)。根据指纹学理论,将两个指纹分别匹配上12个特征时的相同几率仅为1/1050。因此,至今找不出两个指纹完全相同的人,即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹,或同一个人的十指之间,指纹也存在明显差异。指纹的这一特点,为身份鉴定提供了客观依据。
指纹识别技术发展历程
指纹识别是一门古老的学科,1788年Mayer首次提出没有两个人的指纹完全相同,1823年Purkinie首次把指纹纹形分成9类,1889年Henry提出了指纹细节特征识别理论,奠定了现代指纹学的基础。但采用人工比对的方法,效率低、速度慢。20世纪60年代,开始用计算机图像处理和模式识别方法进行指纹分析,这就是自动指纹识别系统(简称AFIS)。20世纪70年代末80年代初,刑事侦察用自动指纹识别系统(Police AFIS,P AFIS)投入实际运用。20世纪90年代,AFIS进入民用,称为民用自动指纹识别系统(Civil AFIS,C AFIS)。
每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,呈现惟一性且终生不变。据此,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较,就可以验证它的真实身份,这就是指纹识别技术。
指纹识别主要根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定,得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究,已经开始走入我们的日常生活,成为目前生物检测学中研究最深入、应用最广泛、发展最成熟的技术。
指纹识别算法及技术特征
与人工处理不同,一般的生物识别技术公司并不直接存储指纹的图像,而是使用不同的数字化算法在指纹图像上找到并比对指纹的特征。每个指纹都有几个独一无二、可测量的特征点,每个特征点都有大约500多个特征,我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征,这足以说明指纹识别是一个更加可靠的鉴别方式。
识别指纹主要从总体特征和局部特征这两个方面展开。
总体特征
总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征,包括纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。
纹形:指纹专家在长期实践的基础上,根据脊线的走向与分布情况一般将指纹分为三大类——环型(loop,又称斗形)、弓形(arch)、螺旋形(whorl),如图2所示。其他指纹图案都是基于这三种基本图案衍生而成的。
模式区:即指纹上包括了总体特征的区域,从此区域就能够分辨出指纹是属于哪一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据,有的则使用所取得的完整指纹。
核心点:位于指纹纹路的渐进中心,它在读取指纹和比对指纹时作为参考点。许多算法是基于核心点的,即只能处理和识别具有核心点的指纹。
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跟踪的开始之处。
纹数:即模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹路时,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
局部特征是指指纹上节点的特征,这些具有某种特征的节点称为细节特征或特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征,但它们的细节特征,却不可能完全相同。指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的,而是经常出现中断、分叉或转折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”,就是这些特征点提供了指纹惟一性的确认信息,其中最典型的是终结点和分叉点,其他还包括分歧点、孤立点、环点、短纹等。特征点的参数包括:方向(节点可以朝着一定的方向)、曲率(描述纹路方向改变的速度)、位置(节点的位置通过x/y坐标来描述,可以是绝对的,也可以是相对于三角点或特征点的)。
指纹识别的过程及原理
指纹识别技术主要涉及四个功能:读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像,然后要对原始图像进行初步的处理,使之更清晰,再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。
指纹识别过程
指纹采样→指纹图像预处理→二值化处理→细化,纹路提取→细节特征提取→指纹匹配(即指纹库的查对)。如图3所示。
指纹图像的获取技术
指纹图像的获取技术主要有4种类型:光学扫描设备(例如微型三棱镜矩阵)、温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。
(1)光学识别技术
借助光学技术采集指纹是历史最久远、使用最广泛的技术。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件(CCD)上,进而形成脊线(指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。
光学的指纹采集技术有明显的优点:它已经过较长时间的应用考验,一定程度上适应温度的变异,可达到500DPI的较高分辨率等,最主要是价格低廉。也有明显的缺点:由于要求足够长的光程,因此要求足够大的尺寸,而且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏。
光学指纹传感局限性体现于潜在指印方面(潜在指印是手指在台板上按完后留下的),不但会降低指纹图像的质量,严重时还可能导致2个指印重叠,显然,难以满足实际应用需要。此外,台板涂层及CCD阵列会随时间推移产生损耗,可能导致采集的指纹图像质量下降。但是具有无法进行活体指纹鉴别、对干湿手指的适用性差等缺点。
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