原创 生物辨认技巧4rVF指纹识别原理及其利用

指纹识别原理及其应用
研究论文 作者:王鑫泉, 指纹门禁王灏
[要害词] 指纹识别;原理;应用
手指上的指纹表征了一个人的身份特征.1788年Mayer首次提出不两个人的指纹完整相同,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,效力低、速度慢.20世纪60年代,开端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)[1].20世纪70年代末80年代初,刑事侦察用自动指纹识别系统(policeAFIS,PAFIS)投入实际应用.20世纪90年代,AFIS进入民用,称为民用自动指纹识别系统(civilAFIS,CAFIS).本文试图从指纹特征剖析着手,论述指纹作为人体身份识别的原理方法、指纹识别的主要技术指标和测试方法,以及实际应用的事实性与可靠性[2-4].
1 指纹识别的原理和方法
1.1 指纹的特点与分类 指纹门禁
指纹识别学是一门古老的学科,它是基于人体指纹特征的绝对稳固与唯一这一统计学结果发展起来的.实际应用中,根据需要的不同,可以将人体的指纹特征分为:永远性特征、非永久性特征和生命特征[5].
永恒性特征包含细节特征(核心点、三角点、端点、叉点、桥接点等)和帮助特征(纹型、纹密度、纹曲率等元素),在人的毕生中永不会转变,在手指前真个典范区域中最为显明,分布也最平均[1].细节特征是实现指纹准确比对的基本,而纹形特征、纹理特征等则是指纹分类及检索的主要根据.人类指纹的纹形特征依据其状态的不同通常可以分为"弓型、箕型、斗型"三大类型,以及"孤形、帐形、正箕形、反箕形、环形、螺形、囊形、双箕形和杂形"等9种形态[1].纹理特征则是由均匀纹密度、纹密度分布、平均纹曲率、纹曲率散布等纹理参数形成.纹理特征多用于计算机指纹识别算法的多维分类及检索.
非永久性特征由孤破点、短线、褶皱、疤痕以及由此造成的断点、叉点等元素构成的指纹特征,这类指纹有可能发生、愈合、发展甚至消散[1].
指纹的生命特征与被测对象的生命存在与否亲密相关.但它与人体性命景象的关联和法则仍有待进一步意识.目前它已经成为古代民用指纹识别应用中越来越受关注的热门之一.
1.2 指纹识别的原理和方法
指纹识别技术主要涉及四个功效: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,使之更清楚,再通过指纹辨识软件树立指纹的特征数据.软件从指纹上找到被称为"节点"(minutiae)的数据点,即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标地位,这些点同时存在七种以上的唯一性特征.通常手指上平均具备70个节点,所以这种方法会产生大概490个数据.这些数据,通常称为模板.通过计算机隐约比较的方法,把两个指纹的模板进行比较,计算出它们的类似水平,终极得到两个指纹的匹配结果[5-6].采集设备(即取像设备)分成几类:光学、半导体传感器和其余.
2 指纹辨认技巧的重要指标跟测试方式
2.1 算法的精确度
指纹识别系统性能指标在很大程度上取决于所采用算法性能.为了便于采用量化的方法表现其机能,引入了下列两个指标.
拒识率(false rejection rate,FRR):是指将雷同的指纹误以为是不同的,而加以谢绝的犯错概率.FRR=(拒识的指纹数量/考核的指纹总数目)t100%.
误识率(false accept rate,FAR):是指将不同的指纹误认为是相同的指纹,People Counting,而加以接受的出错概率.FAR=(错判的指纹数目/考察的指纹总数目)t100%.
对一个已有的系统而言,通过设定不同的系统阈值,就可以看出这两个指标是互为相关的,FRR与FAR成反比关系.这很轻易懂得,"把关"越严,误识的可能性就越低,然而拒识的可能性就越高.
2.2 误识率和拒识率的测试方法 指纹门禁
测试这两个指标,通常采取轮回测试方法[7].即给定一组图像,而后顺次两两组合,提交进行比对,统计总的提交比对的次数以及发生毛病的次数,并计算出出错的比例,就是FRR和FAR.针对FAR=0.0001%的指标,应采用不少于1 415幅不同的指纹图像作循环测试,总测试次数为1 000 405次,假如测试中产生一次过错比对胜利,则FAR=1/1 000 405;针对FRR=0.1%,应采用不少于46幅属于统一指纹的图像组合配对进行测试,则总提交测试的次数为1 035次数,如果发生一次错误拒绝,则FRR=1/1 035.测试所采用的样本数越多,成果越准确.作为测试样本的指纹图像应满意可登记的前提.
2.3 体系参数
拒登率(error registration rate,ERR):指的是指纹装备呈现不能登录及处置的指纹的概率,ERR过高将会重大影响设备的应用范畴,通常请求小于1%.
登录时间:指纹设备登录一枚指纹所需的时光,通常单次登录的时间要求不超过2 s.
比对时间:指纹设备对两组指纹特征模版进行比对所消耗的时间,通常要求不超过1 s.
工作温度:指纹设备正常工作时所许可的温度变化范围,普通是0~40 ℃.
工作湿度:指纹设备畸形工作时所容许的相对湿度变更规模,个别是30%~95%.
3 指纹识别技术的应用
指纹识别技术已经成熟,其运用日益广泛,除了刑事侦查用之外,在民用方面已无比普遍,如指纹门禁系统、指纹考勤系统、银行指纹储蓄系统、银行指纹保存箱、指纹医疗保险系统、打算生养指纹管理系统、幼儿接送指纹管理系统、指纹献血治理系统、证券交易指纹系统、指纹枪械管理系统、智能建造指纹门禁管理系统、驾驶员指纹管理系统等.
指纹门禁系统和指纹考勤系统是开发和使用得最早的一种出入管理系统,包括对讲指纹门禁、联机指纹门禁、脱机指纹门禁等等.在进口将个人的手指按在指纹采集器上,系统将已登录在指纹库中的指纹(称为已经注册)进行对照,如果两者相符(即匹配),则显示比对成功,门就自动翻开.如不匹配,则显示"不成功"或"没有这个指纹",门就不开.在指纹门禁系统中,可以是一对一的比对(onetoone matching),也可以是一对多少个比对(onetofew matching).前者可以是一个公司、部门,后者可以是一个家庭的成员、银行的营业厅、金库、财务部分、仓库等机要场合.在这些应用中,指纹识别系统将代替或者弥补很多大量使用照片和ID系统.
把指纹识别技术同IC卡联合起来,是目前最有远景的一个应用之一.该技术把卡的主人的指纹(加密后)存储在IC卡上,并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统,当读卡机浏览卡上的信息时,一并读入持卡者的指纹,通过比对就可以确认持卡者是否是卡的真正主人,从而进行下一步的交易.指纹IC卡可取代现行的ATM卡、制造防伪证件等.ATM卡持卡人可不必密码,避免白叟和孩子记忆密码的艰苦.
近年来 指纹门禁,互联网带给人们便利与好处已,也存在着平安问题.指纹特征数据可以通过电子邮件或其它传输办法在盘算机网络长进行传输和验证,通过指纹识别技术,限定只有指定的人才干拜访相干的信息,能够极大地进步网上信息的安全性.网上银行、网上商业、电子商务等一系列网络贸易行动就有了保险性保障.
指纹社会保险系统的利用为养老金的精确发放起了十分有效的作用.防止了别人用图章或身份证复印件代领,人脸辨认相机的人脸识别功效太强也是不好,而发放职员无奈断定该人是故世的问题,要凭自己的活体指纹,才可正确发放养老金.
4 指纹识别的可靠性
指纹识别技术是成熟的生物识别技术.由于每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和穿插点上各不相同,是独一的,并且毕生不变.通过他的指纹和预先保留的指纹进行比拟,就可以验证他的实在身份.主动指纹识别是利用计算机来进行指纹识别的一种方法.它得益于现代电子集成制作技术和疾速而牢靠的算法实践研讨,模切机.只管指纹只是人体皮肤的一小局部,但用于识别的数据量相称大,对这些数据进行比对是须要进行大批运算的含混匹配算法.应用现代电子集成制造技术出产的小型指纹图像读取设备和速度更快的计算机,供给了在微机上进行指纹比对运算的可能.另外,匹配算法可靠性也一直提高.因而,3xMi喷码机的维修1 ,指纹识别技术己经异常简略适用.因为计算机处理指纹时,只是波及了一些有限的信息,而且比对算法并不是非常精确匹配,ID Verification,其结果也不能保障100%准确.
指纹识别系统的特定应用的重要权衡标记是识别率.主要包括拒识率和误识率,两者成反比关系.根据不同的用处来调剂这两个值.尽管指纹识别系统存在着可靠性问题,但其安全性也比相同可靠性级别的"用户ID+密码"计划的安全性要高得多.拒识率实际上也是系统易用性的重要指标.在应用系统的设计中,要衡量易用性和安全性.通常用比对两个或更多的指纹来到达不丧失易用性的同时,极大提高系统的安全性.
[参考文献]
[1] 柴晓光,人脸辨认正版高清改写视频网站生存之道 - feitianhanxue的日志 - 赛迪...,陈佳实. 从"按指为书"说起[N]. 计算机世界报, 2002-07-15(B1-B2).
[2] East Shore Technologies. AFISfingerprint systems[EB/OL]. 2002.
[3] International Biometric Group. State of fingerprint technology[EB/OL]. fingerprint_technology_toc.html, 2002.
[4] RaviRaj Technologies. Biometrics information[EB/OL]. 2004.
[5] 深圳大易科技有限公司. 指纹识别的原理和方法[EB/OL]. 2003.
[6] 南京凹凸软件有限公司. 指纹识别的原理和方法[EB/OL]. 2002 指纹门禁.
[7] Q/ZNL0032002,LB半导体指纹门禁与考勤系统企业尺度[S].