【正文】 Jain 用的是圓形網(wǎng)格，有利于匹配時(shí)保持旋轉(zhuǎn)不變，避免了旋轉(zhuǎn)定位問題，這樣就必須進(jìn)行極坐標(biāo)變換 :而 Lee 用的是正方形網(wǎng)格，但是忽略了旋轉(zhuǎn)不變的問題。但指紋識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特征。與人工處理不同，許多生物識(shí)別技術(shù)公司并不直接存儲(chǔ)指紋的圖像。 短紋（ Short Ridge） —— 一端較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路。 孤立點(diǎn)（ Dot or Island） —— 一條特別短的紋路，以至于成為一點(diǎn)。 分叉點(diǎn)（ Bifurcation） —— 一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路。 特征點(diǎn) 的位置通過（ x, y）坐標(biāo)來描述，可以是絕對(duì)的，也可 以 15 是相對(duì)于三角點(diǎn)或特征點(diǎn)的。 方向 是指 紋路 灰度連續(xù)的方向，特征點(diǎn) 可以朝著一定的方向。 指紋上的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)有四種不同的特征：特征點(diǎn)的類型、特征點(diǎn)的方向、特征點(diǎn)紋線的曲率、特征點(diǎn)的位置。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為“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。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)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)跟蹤的開始之處。核心點(diǎn)對(duì)于 SecureTouch 的指紋識(shí)別算法很重要，但沒有核心點(diǎn)的指紋它仍然能夠處理。 3. 核心點(diǎn)（ Core Point） 核心點(diǎn)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)。有的指紋識(shí)別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。僅僅依靠紋形來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個(gè)粗略的分類，通過更詳細(xì)的分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方便快捷。 指紋 識(shí)別 的基本知識(shí) 我們定義了指紋的兩類特征來進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征 [19]和局部特征。第 四 章是對(duì)本文所做工作的總結(jié)，并提出了今后改進(jìn)的方案和指紋識(shí)別技術(shù)的 前景展望。 12 本文在第二章中詳細(xì)介紹了指紋識(shí)別的常規(guī)算法和本文所采用的算法，并比較了兩種算法的性能特點(diǎn) ， 同時(shí)對(duì)本文指紋奇異點(diǎn)提取所采用的具體方法作了詳細(xì)介紹。本文 的指紋傳感器模塊就 采用 DSP 來實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。 本文所做工作及論文結(jié)構(gòu) 指紋識(shí)別技術(shù)作為一種新興的身份驗(yàn)證技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用空間。一個(gè)有效的辦法是比對(duì)兩個(gè)或更多的指紋，從而在不損失易用性的同時(shí)，極大地提高了系統(tǒng)安全性。 圖 14 ROC 曲線圖 FRR 實(shí)際上也是系統(tǒng)易用性的重要指標(biāo)。例如采用四位數(shù)字密碼的系統(tǒng)，不安全概率為 %，如果同采用誤判率為 %指紋識(shí)別系統(tǒng)相比，由于不誠(chéng)實(shí)的人可以在一 段時(shí)間內(nèi)試用所有可能的密碼，因此四位密碼并不安全，但是他絕對(duì)不可能找到一千個(gè)人去為他 把所有的手指（十個(gè)手指）都試一遍。 ROC(Receiver Operating Curve)曲線給出 FAR 和 FRR 之間的關(guān)系。 FRR 和 FAR 是 成反比的， 11 降低 FAR，會(huì)增加 FRR；反過來，降低 FRR，又會(huì)增加 FAR。主要由兩部分組成，拒判率 (FRR)和誤判率(FAR)。 F A R FR R E E R 圖 13 FAR 和 FRR 關(guān)系曲線圖 ROC 曲線 由于計(jì)算機(jī)處理指紋時(shí)，只是涉及了指紋的一些有限的信息，而且比對(duì)算法并不是精確匹配，其結(jié)果也不能保證 100%準(zhǔn)確。指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作速度主要由采集時(shí)間、圖像處理時(shí)間、比對(duì)時(shí)間和平均識(shí)別速度幾項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成。 ? 拒登率是用來描述指紋設(shè)備的適應(yīng)性，是指紋設(shè)備出現(xiàn)不能登錄及處理的指紋的概率，拒登率 ERR 過高將會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用范圍。其定義為： FRR=錯(cuò)判的指紋數(shù)目 /考察的指紋總數(shù)目179。100%。 ? FRR 拒判率又稱拒真率，指將相同的指紋誤認(rèn)為是不同的指紋，而加以拒絕的出錯(cuò)概率。拒判率 10 (False Rejection Rate， FRR)和誤判率 (False Accept Rate， FAR)。而基于圖像匹配的方法不能很好的解決 指紋旋轉(zhuǎn)、平移等問題。但是其有步驟繁多，抗干擾能力差，對(duì)指紋圖像質(zhì)量依賴性強(qiáng)，提取特征點(diǎn)可靠性差等缺點(diǎn)。 這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。基于 DHNN 人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的指紋識(shí)別技術(shù)。 比如 Isenor等指出了一種用圖匹配來對(duì)兩幅指紋圖像進(jìn)行匹配的方法。迄今為比，指紋的提取和比對(duì)方面人們己經(jīng)做了大量的研究。 近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，指紋采集設(shè)備越來越便宜，這為指紋識(shí)別技術(shù)的普遍應(yīng)用提供了良好的條件。Ultrascan 公司首開超聲波指紋圖像采集設(shè)備產(chǎn)品先河。超聲波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類，積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超聲波獲得的圖像影響不大，是實(shí)際脊地形 (凹凸 )的真實(shí)反映，為精確度最高的指紋錄入技術(shù)。小的接觸面積使每次捕捉的指紋圖像重疊區(qū)域變小，這樣導(dǎo)致輸入指紋與模板指紋間缺乏足夠的對(duì)應(yīng) 細(xì)節(jié)點(diǎn)，傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法的性能就會(huì)下降。 半導(dǎo)體傳感器 的缺點(diǎn)在于 ，其價(jià)格與硅晶片的面積相關(guān)，晶片面積越大，芯片價(jià)格越高。另外，它們并不像玻璃一樣耐磨損，從而影響使用壽命。早期半導(dǎo)體傳感器最主要的弱點(diǎn)在于：容易受到靜電的影響，使得傳感器有時(shí)會(huì)取不到圖像，甚至?xí)粨p壞圖像。半導(dǎo)體指紋采集設(shè)備可以獲得相當(dāng)精確的指紋圖像，分辨率可高達(dá) 600dpi，并且指紋采集時(shí)不需要像光學(xué)采集設(shè)備那樣，要求有較大面積的采集頭。 半導(dǎo)體指紋傳感器采用了自動(dòng)控制技術(shù)（ AGC 技術(shù)），能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)指紋圖像像素行以及指紋局部范圍的敏感程度，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。 （ 3）半導(dǎo)體溫度感應(yīng)傳感器。 （ 2）半導(dǎo)體壓感式傳感器。傳感器陣列的每一點(diǎn)是一個(gè)金屬電極，充當(dāng)電容器的一極，按在傳感面上的手指頭的對(duì)應(yīng)點(diǎn)則作為另一極，傳感面形成兩極之間的介電層。這是最常見的半導(dǎo)體指紋傳感器，它通過電子度量來捕捉指紋。 半導(dǎo)體傳感器 半導(dǎo)體傳感器是 1998 年在市場(chǎng)上才出現(xiàn)的，這些含有微型晶體的平面通過多種技術(shù)來繪制指紋圖像。纖維光束垂直照射到指紋的表面，他照亮指紋并探測(cè)反射光。這些進(jìn)展得益于多種光學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 1179。 3179。 隨著光學(xué)設(shè)備技術(shù)的革新，光學(xué)指紋采集設(shè)備的體積也不斷減小。另外臺(tái)板上的涂層 (膜 )和 CCD 陣列隨著時(shí)間的推移會(huì)有損耗，精確度會(huì)降低 。潛在指印是手指在臺(tái)板上按完后留下的，這種潛在指印降低了指紋圖像的質(zhì)量。 光學(xué)采集設(shè)備也有不足之處，主要表現(xiàn)在圖像尺寸和潛在指印兩個(gè)方面。光線經(jīng)玻璃照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。 光學(xué)傳感器 光學(xué)指紋傳感器的工作原理是光的全反射 (FTIR)。目前該技術(shù)的研究己經(jīng)取得了巨大的成就，也面臨著一些困難，需要各個(gè)學(xué)科的共同參與和努力，才有可能盡快將這一技術(shù)完善并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。充分利用其他生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將其他生物識(shí)別技術(shù)與指紋結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展方向之一。 生物識(shí)別技術(shù)是一個(gè)綜合的體系，指紋識(shí)別僅僅是其中的一種。通過非接觸方式采集指紋，則可以有效解決指紋錄入時(shí)的變形問題。 今后指紋識(shí)別技術(shù)研究發(fā)展的方向： （ a） 非接觸式真皮層指紋采集。國(guó)內(nèi)外還沒有這樣一個(gè)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)，各個(gè)自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的性能往往是由開發(fā)者自己來建立或者選擇數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)測(cè)試方案、進(jìn)行性能測(cè)試。現(xiàn)在，較好的指紋分類算法，將指紋分為五類和四類的準(zhǔn)確率分別也只有 %和 %[21][22]，而這樣的分類結(jié)果還遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。指紋分類技術(shù)越完善，能夠劃分的類型越細(xì)，指紋數(shù)據(jù)庫每個(gè)類別中所包含的樣本數(shù)量就會(huì)越少，對(duì)一次識(shí)別任務(wù)來講，需要比對(duì)的次數(shù)和時(shí)間開銷就會(huì)越少 。對(duì)于工作在驗(yàn)證模式下的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)，指紋分類技術(shù)并不是一個(gè)問題。更為主要的是，以上因素造成的指紋變形往往是不確定的、隨機(jī)的，很難用確定的數(shù)學(xué)模型去描述，這給后繼的指紋比對(duì)造成了嚴(yán)重的干擾。指頭在每次采集用力大小、用力方向和采集位置都會(huì)有所不同，造成指紋的各種變形，使指紋特征的相對(duì)位置發(fā)生較大偏移，從而很難對(duì)各特征點(diǎn)做到精確定位。畢竟清晰的指紋圖像是正確實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指紋識(shí)別的前提和保障。主要表現(xiàn)在： （ a） 對(duì)被采指紋的適應(yīng)性用戶 ID 指紋庫 用戶指紋 提取指紋特征 特征匹配 匹配結(jié)果 用戶指紋 提取指紋特征 逐一匹配 指紋庫 用戶 ID 6 差。例如驗(yàn)證系統(tǒng)一般只考慮對(duì)完整的指紋進(jìn)行比對(duì)，而辨識(shí)系統(tǒng)要考慮殘紋的比對(duì) ； 驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)比對(duì)算法的速度要求不如辨識(shí)系統(tǒng)高，但更強(qiáng)調(diào)易用性 ； 另外在辨識(shí)系統(tǒng)中，一般兼有使用分類技術(shù)來加快查詢的速度。一個(gè)不明身份的人的指紋與指 紋庫中有犯罪記錄的人指紋 5 進(jìn)行比對(duì)，來確定此人是否曾經(jīng)有過犯罪記錄。驗(yàn)證其實(shí)是回答了這樣一個(gè)問題：“他是誰？”。 辨識(shí)則是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一對(duì)比，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋。隨后在比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，先驗(yàn)證其標(biāo)識(shí)，然后，利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋比對(duì)來證明其標(biāo)識(shí)是合法的。作為驗(yàn)證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫中己經(jīng)注冊(cè)。 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)〔 AFIS〕 可以分為兩類，即驗(yàn)證 （ 如圖 21） 和辨識(shí) （ 如圖 22） 。多年來各個(gè)公司及其研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生 了眾多的指紋數(shù)字化算法，而所用的指紋識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上提取和比對(duì)指紋特征。指紋識(shí)別技術(shù)的巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)整個(gè)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。 同時(shí)，指紋識(shí)別技術(shù)在中國(guó)經(jīng)歷了近 10 年緩慢的自然增長(zhǎng)后，即將迎來一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期。同時(shí)在個(gè)人的 4 計(jì)算機(jī)、汽車安全、個(gè)人手機(jī)等方面也有應(yīng)用。同 時(shí)，全美有 15 家連鎖超市正在使用“指紋付款技術(shù)”，消費(fèi)者無需自帶錢包，只要在付款時(shí)掃描一下指紋，即可完成購物?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外指紋識(shí)別的技術(shù)基本上都是采用基于細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的指紋識(shí)別技術(shù)，從研究角度來看，國(guó)內(nèi)外的差距并不明顯。其中部分公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品。從事指紋識(shí)別的研究機(jī)構(gòu)有 ： 北京大學(xué)信息中心，清華大學(xué)自動(dòng)化系，北京郵電 人 學(xué)，中科院，長(zhǎng)春光機(jī)所等。各種相應(yīng)的產(chǎn)品也 己投放市場(chǎng)多年。研究機(jī)構(gòu)有 ： 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局視覺圖像處理研究組(NIST Visual, Image Processing Group)， IBM 沃特生研究中心 (IBM Watson Research Center)等。其中，較為著名的公司有 ： IBM， Intel， NEC， Identity， Digital personal，韓國(guó)現(xiàn)代等。我國(guó)也在 80年代初對(duì)指紋識(shí)別展開研究，并取得了一定的成功。 1899 年，Edward Henry 建立了著名的 Henry 指紋分類系統(tǒng)，并于 1901 年被英國(guó)政府正式采用，隨后西方各國(guó)也相繼采用，指紋識(shí)別正式被各國(guó)政府與法庭接受，得到了廣泛的應(yīng)用。指、掌紋在 中 國(guó)古代的借貸契約、買賣文憑、婚約休書、獄詞供狀，軍隊(duì)名籍等方面的廣泛應(yīng)用，反映了我國(guó)人民己經(jīng)能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到了指、 ,掌紋可以代表一個(gè)人，而且是不變的。有文字可考、有實(shí)物可證的距今已有 二 千一百余年。其實(shí)，賈公彥只不過是根據(jù)我國(guó)長(zhǎng)期應(yīng)用指、掌紋的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)“質(zhì)劑”和“下千書”作了進(jìn)一步解釋而己 ，中國(guó)正式應(yīng)用指紋遠(yuǎn)早于此。 曲禮》斷定 :“中國(guó)第一個(gè)提到用指紋鑒別個(gè)人的是唐代的作家賈公彥。而指紋在中國(guó)古代最廣泛的應(yīng)用，可以說是在文書契約上按手（ 指 ） 印。 人類對(duì)指紋的應(yīng)用，從非常遠(yuǎn)古的時(shí)候就開始了。另外，對(duì)輸入的指紋圖像提取關(guān)鍵特征后，可以大大減小網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，便于實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)，支持計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能。 一個(gè)人十個(gè)手指的指紋皆不相同，這樣，可以方便地利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重口令，提高系統(tǒng)的安全性，同時(shí)并不增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。目前己有標(biāo)準(zhǔn)的指紋樣本庫，方便了識(shí)別系統(tǒng)的軟件開發(fā) ； 另外，識(shí)別系統(tǒng)中完成指紋采樣功能的硬件部分 （ 即指紋采集儀 ） 也比較容 易實(shí)現(xiàn)。而人的聲音卻有著較大的變 2 化且易于偽裝和模仿。 每個(gè)人的指紋是相當(dāng)固定的，很難發(fā)生變化。從概率學(xué)的角度來講，在兩枚指紋 中 只要有 1213個(gè)特征點(diǎn)相吻合，即 可 被認(rèn)為是同 一 指紋。 19 世紀(jì)末，英國(guó)學(xué)者 寫出了專著，將指紋的特征及識(shí)別原理加以分析歸納，科學(xué)地提出了人的指紋各不相同，并提出了基于指紋特征進(jìn)行識(shí)別的原理和方法，以后衍塵出的各種識(shí)別方法都是基千該理論的 [24]。 相對(duì)于其它生物特征鑒定技術(shù)例如語音識(shí)別及視網(wǎng)膜識(shí)別，指紋識(shí)別是一種更為理想的身份確認(rèn)技術(shù)。它們有的已逐步得到推廣和應(yīng)用，有的還僅處于實(shí)驗(yàn)研究階段。生物特征識(shí)別系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)模式識(shí)別系統(tǒng)，它根據(jù)使用者的生理或行為特征對(duì)使用者進(jìn)行辨識(shí)，從而判斷其是否具有合法身份。面對(duì)日益增多的安全問題，我們 迫切需要更加安全可靠的身份識(shí)別技術(shù)來加以解決。目前，我國(guó)的各種管理大部分使用證件、磁卡、 IC卡和密碼，這些手段無法避免偽造或遺失，密碼也很容易被竊取或遺忘。 small data memory needed by the algorithm (need to save 6 data, 24 byte. Be close to the capacity of `ID+password39。s charac