【正文】 安全方面。無(wú)論是團(tuán)體或者個(gè)人的信息，都害怕在四通八達(dá)的網(wǎng) 絡(luò)上傳送而發(fā)生有損權(quán)益的事情。由于指紋特征數(shù)據(jù)可以通過(guò)電子郵件或其他傳輸方法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸和驗(yàn)證，通過(guò)指紋識(shí)別技術(shù)，限定只有指定的人才能訪問(wèn)相關(guān)信息，可以極大地提高網(wǎng)上信息的安全性 。 這樣，包括網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上貿(mào)易、電子商務(wù)的一系列網(wǎng)絡(luò)商業(yè)行為，就有了安全性保障。在 SFNB(Security First Network Bank，五邑 大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 安全第一網(wǎng)絡(luò)銀行 )，就是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行資金 結(jié) 算的 ，他們目前正在實(shí)施以指紋識(shí)別技術(shù)為基礎(chǔ)的保障安全性的項(xiàng)目，以增強(qiáng)交易的安全性。 在醫(yī)院里，指紋識(shí)別技術(shù)可以驗(yàn)證病人身份，例如 ， 輸血管理。指紋識(shí)別技術(shù)也有助于證實(shí)尋求公共救援、醫(yī)療及其他政府福利或者保險(xiǎn)金的人的身份確認(rèn)。在這些應(yīng)用中，指紋識(shí)別系統(tǒng)將會(huì)取代或者補(bǔ)充許多大量使用照片和 ID 的系統(tǒng)?？傊?，隨著許多指紋識(shí)別產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入民用市場(chǎng)，并且發(fā)展迅猛，相信這一技術(shù)的普及應(yīng)用已經(jīng)指日可待。 指紋識(shí)別系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 指紋識(shí)別技術(shù) (Automatic Fingerprint Identification Technology)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠算法的研究。盡管指紋只是人體皮 膚的一小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡(jiǎn)單的相等與不相等的問(wèn)題，而是需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法。現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā) 展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指紋 比對(duì)運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識(shí)別技術(shù)己經(jīng)非常實(shí)用?，F(xiàn)代社會(huì)盡管各生產(chǎn)廠家都抱出極高的指紋識(shí)別率，但在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)指紋庫(kù)上進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果都不盡人意。所以 ， 在指紋識(shí)別算法的研究上，還存在著許多要改進(jìn)的地方，這使得指紋識(shí)別算法研究還在繼 續(xù)。 目前的指紋識(shí)別技術(shù) 包括：光學(xué) 指紋識(shí)別 技術(shù)、 電容傳感器指紋識(shí)別技術(shù) 、 生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)。 其中， 光學(xué) 指紋識(shí)別 技術(shù) 屬于第一代指紋識(shí)別技術(shù) , 由于光不能穿透皮膚表層（死性皮膚層），所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層 。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識(shí)別的效果。如果用戶(hù)手指上粘了較多的灰塵， 就會(huì)出現(xiàn)識(shí)別出錯(cuò)的情況。并且，如果人們按手指做一個(gè)指紋手模，也可能通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)于用戶(hù)而言，使用起來(lái)不是很安全和穩(wěn)定。 因此 ， 出現(xiàn)了第二代電容傳感器 指紋識(shí)別技術(shù)。 電容傳感器技 術(shù)是采用了交替命令的并排列和傳感器電板，交替板的形式是兩個(gè)電容板 、 以及指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間的恒量電介質(zhì)的傳感器檢測(cè)變化來(lái)生成指紋圖像。但是 ， 由于傳感器表面是使用硅材料 ， 容易損壞 ， 導(dǎo)致使用壽命降低， 而且 是通過(guò)指紋的山谷和山脊之間的凹凸來(lái)形成指紋圖像 ， 所以 ， 對(duì)臟手指 、 濕手指等困難手指識(shí)別率低。 發(fā)展到今天，出現(xiàn)第三代生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)。射頻傳感器技術(shù)是通過(guò)傳感器本身發(fā)射出微量射頻信號(hào)，穿透手指的表皮層去控測(cè)里層的紋路，來(lái)獲得最佳的指紋圖像。因此 ， 對(duì)干手指 、 漢手指等困難手指 獲取率 可高達(dá) 99%，防偽指紋能力強(qiáng) ， 指紋敏感器的識(shí)別原理只對(duì)人的真皮皮膚有反應(yīng)，從根本上杜絕了人造指紋的問(wèn)題 ； 寬溫區(qū) ， 適合特別寒冷或特別酷熱的地區(qū)。因?yàn)樯漕l傳感器產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像，因此 ， 射頻技術(shù)是最可靠 、 最有力 的 解決方案。除此之外，高質(zhì)量圖像還允許減小傳感器，無(wú)需犧牲認(rèn)證的可靠性，從而降低成本 ， 并使得射頻傳感器 可 應(yīng)用到可移動(dòng)和大小不受拘束的任何領(lǐng)域中。 五邑 大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 指紋識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成 指紋識(shí)別 系統(tǒng) 主要 包括 四個(gè) 環(huán)節(jié) ：讀取指紋圖像、特征提取、保存數(shù)據(jù)和比對(duì) , 其結(jié)構(gòu)如圖 11所示 。 圖 11指紋識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 讀取指紋圖像包括指紋的采集和圖像的預(yù)處理 ，其中預(yù)處理又要經(jīng)過(guò)指紋分割、圖像增強(qiáng)、二值化、細(xì)化處理四個(gè)步驟。 指紋圖像輸入 是 完成對(duì)指紋的采集、存儲(chǔ)，所得的圖像 數(shù)據(jù)供其它模塊使用。 指紋 分割是為了將指紋紋線的有效區(qū)域從包含背景區(qū)域的指紋圖像中分離出來(lái)，以簡(jiǎn)化后續(xù)的處理；圖像增強(qiáng)是指紋預(yù)處理的重點(diǎn)，它能有效 地 增強(qiáng)指紋的紋線信息和消除噪聲；圖像的二值化和細(xì)化是為了能夠更準(zhǔn)確 底 提取細(xì)節(jié)特征點(diǎn) 。 指紋圖像特征提取 是 在細(xì)線化的基礎(chǔ)上，提取指紋的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分歧、結(jié)合特征點(diǎn)，并將 其存儲(chǔ)起來(lái)。 指紋圖像匹配 是 根據(jù)兩個(gè)指紋的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，給出相同或不同的結(jié)果。 課題的主要 研究 內(nèi)容 本文的 主要 內(nèi)容包括： (1)分模塊介紹指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng) ； (2)指紋識(shí)別的基本原理：主要介紹了指紋的特征、指紋識(shí)別的基本流程和指紋的驗(yàn)證與識(shí)別； (3)指紋識(shí)別算法研究：主要研究如何 提取指紋圖像特征 以及圖像預(yù)處理 ； (4)系統(tǒng) 測(cè)試：結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境和測(cè)試數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的工作情況 ； (5)總結(jié)全文，分析優(yōu)缺點(diǎn) ,并對(duì)指紋門(mén)禁控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望 。 指紋分割 圖像增強(qiáng) 二值化 細(xì)化處理 預(yù)處理 特征提取 特征匹配 圖像輸出 指紋分類(lèi) 指紋庫(kù) 圖像輸入 五邑 大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 第 二 章 指紋識(shí)別 的基本原理 指紋特征介紹 我們定 義了指紋的兩類(lèi)特征來(lái)進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征。在考慮局部特征的情況下， 英國(guó)學(xué)者 認(rèn)為，只要比對(duì) 13個(gè)特征點(diǎn)重合，就可以確認(rèn)為是同一個(gè)指紋 ]7[ 。 總體特征是指那些用肉眼直接就可以觀察到的特征，包括： 紋形 、 模式區(qū) 、 核心點(diǎn) 、三角點(diǎn) 和 紋數(shù) 。 紋形 是指指紋圖像的三種基本圖案：環(huán)型、弓型和螺旋型 ， 如圖 21所示 。 其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依靠紋形來(lái)分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個(gè)粗略的分類(lèi)，通過(guò)更詳細(xì)的分類(lèi)使得在大數(shù)據(jù) 庫(kù)中搜尋指紋更為方便快捷。 環(huán)型（ loop） 弓型（ arch） 螺旋型（ whorl） 圖 21紋形的三種基本圖案 模式區(qū)（ Pattern Area）是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類(lèi)型。有的指紋識(shí)別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。 SecureTouch 的指紋識(shí)別算法使用了所取得的完整指紋而不僅僅是 對(duì) 模式區(qū)進(jìn)行分析和識(shí)別。 核心點(diǎn) (Core Point) 位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對(duì)指紋時(shí)作為參考點(diǎn)。許多算法是基于核心點(diǎn)的， 即 只能處理和識(shí)別具有核心點(diǎn)的指紋。核心點(diǎn)對(duì)于SecureTouch 的指紋識(shí)別算法很重要，但沒(méi)有核心點(diǎn)的指紋它仍然能夠處理。 三角點(diǎn) (Delta) 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)跟蹤的開(kāi)始之處。 紋數(shù) (Ridge Count) 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)，一般先在連接核心點(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)。 局部特征 局部特 征是指指紋上 節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為特征點(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 特征點(diǎn)，卻不可能完全相同。 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、分叉或打折。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱(chēng)為 “ 特征點(diǎn) ” 。 這些特征點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。指紋上的節(jié)點(diǎn)有四種不同特性： 類(lèi)型 、 方向 、 曲率 和 位置 。 五邑 大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 （ 1） 類(lèi)型：節(jié)點(diǎn) 有以下幾種類(lèi)型，最典型的是終結(jié)點(diǎn)和分叉點(diǎn)。 終結(jié)點(diǎn)（ Ending） 指 一條紋路在此終結(jié) ； 分叉點(diǎn)（ Bifurcation）指 一條紋路在此分開(kāi)成為兩條或更多的紋路 ； 分歧點(diǎn)（ Ridge Divergence）指 兩條平行的紋路在此分開(kāi) ； 孤立點(diǎn)（ Dot or Island）指 一條特別短的紋路，以至于成為一點(diǎn) ； 環(huán)點(diǎn)（ Enclosure）指 一條紋路分開(kāi)成為兩條之后，立即合并成為一條，這樣形成的一個(gè)小環(huán)稱(chēng)為環(huán)點(diǎn) ； 短紋（ Short Ridge）指 一端較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路 。 （ 2）方向（ Orientation） ： 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一定的方向。 （ 3）曲率（ Curvature） :描述紋路方向改變的速度。 （ 4）位置 (Position):節(jié)點(diǎn)的 位置通過(guò)（ x, y）坐標(biāo)來(lái)描述，可以是絕對(duì)的，也可以是相對(duì)于三角點(diǎn)或特征點(diǎn)的。 指紋識(shí)別基本流程 指紋取像技術(shù)及其特點(diǎn) 取像設(shè)備分成兩類(lèi)：光學(xué)、晶體傳感器和其他技術(shù)。光學(xué)取像設(shè)備有最悠久的歷史，可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代。光學(xué)取像設(shè)備依據(jù)的是光的 全反射原理 (FTIR)。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由 CCD 去獲得，反射光的量依賴(lài)于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到 CCD，而射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在 CCD 上形成了指紋的圖 像 。 由于最近光學(xué)設(shè)備的革新，極大地降低了設(shè)備的體積。 90 年代中期，傳感器可以裝在 6x3x6 英寸的盒子里，在不久的將來(lái)更小的設(shè)備是 3x1x1英寸。這些進(jìn)展取決于多種光學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不是 FTIR的發(fā)展。例如 ， 可以利用纖維光束來(lái)獲取指紋圖象。纖維光束垂直射到指紋的表面，他照亮指紋并探測(cè)反射光。另一個(gè)方案是把含有一微型三棱鏡矩陣的表面安裝在彈性的平面上，當(dāng)手指壓在此表面上時(shí)，由于脊和谷的壓力不同而改變了微型三棱鏡的表面，這些變化通過(guò)三棱鏡光的反射而反映出來(lái)。 晶體傳感器是最近在市場(chǎng)上才出現(xiàn)的，盡管它在技術(shù)介紹性文章中已經(jīng)出現(xiàn)近 20 年 ，這些含有微型晶體的平面通過(guò)多種技術(shù)來(lái) 繪制指紋圖象。最常見(jiàn)的硅 電容 傳感器通過(guò)電子度量被設(shè)計(jì)來(lái)捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大約 100000 個(gè) 電容 傳感器，其外面是絕緣的表面 。 當(dāng)用戶(hù)的手指放在上面時(shí)，皮膚組成了 電容 陣列的另一面。 電容 器的 電容值由于導(dǎo)體間的距離而降低，這里指的是脊（近的）和谷（遠(yuǎn)的）相對(duì)于另一極之間的距離。另一種晶體傳感器是壓感式的，其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們依照指紋的外表地形（凹凸）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號(hào)。其他的晶體傳感器還有溫度感應(yīng)傳感器，它通過(guò)感應(yīng)壓在設(shè)備上的脊和遠(yuǎn)離設(shè)備的谷溫度的不同 就 可以獲得指紋圖 像 。 超聲 波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類(lèi)。很象光學(xué)掃描的激光，超聲波首先掃描指紋的表面。緊接著，接收設(shè)備獲取了其反射信號(hào)，測(cè)量它的范圍，得到脊的深度。不象光學(xué)掃描，積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超音速獲得的圖 像 影響不大，所以這樣的圖像 是實(shí)際脊地形（凹凸）的真實(shí)反映，應(yīng)用起來(lái)更為方便。 在晶體傳感器之前，一些沒(méi)有用到 ， 可以 進(jìn)行 局部調(diào)整的軟件控制或自動(dòng)獲取控制(AGC)技術(shù)。 對(duì)于大多數(shù)光學(xué)設(shè)備，只能通過(guò)人工調(diào)整來(lái)改變圖 像 的質(zhì)量。然而，晶體傳五邑 大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 感器提供自動(dòng)調(diào)節(jié)象素，行以及局部范圍的敏感程度，從而提高圖 像 的質(zhì)量。 AGC 在 不同的環(huán)境下結(jié)合反饋的信息便可產(chǎn)生高質(zhì)量的圖 像 。例如，一個(gè)不清晰（對(duì)比度差）的圖 像 ，如干燥的指紋，都能夠被感覺(jué)到從而可以增強(qiáng)其靈敏度，在捕捉的瞬間產(chǎn)生清晰的圖 像 （對(duì)比度好）；由于提供了局部調(diào)整的能力，圖 像 不清晰（對(duì)比度差）的區(qū)域也能夠被檢測(cè)到 ，如