指纹自动分类算法的研究

湖北工业大学 姚海龙

指纹自动分类算法的研究

湖北工业大学 姚海龙

指纹自动分类一直以来都是国内外研究人员研究的热点，同样这也是一个难点，指纹的自动分类是自动指纹识别系统中的一个极其重要的组成部分，指纹的自动分类计数，不仅能够在缩小指纹对象搜索的范围起到重要作用，而且还能在很大程度上对指纹的识别匹配效率有一定的提高。本文对指纹自动分类算法进行了研究，综述指纹分类的发展，分析了指纹自动分类技术在国内外的发展状况以及存在的一些问题。阐述了指纹识别的基本原理和指纹分类的相关方法。

指纹；自动分类；研究

伴随着计算机信息处理技术和模式识别技术的飞速发展，指纹识别技术得到了迅猛的发展，现在已经成为比较理想的身份认证技术之一，和传统的信息安全技术相比，自动指纹识别技术[1,2,3,4]有下列几点具有代表性的性质：

（1）安全性：早期已经有科学家证明，每个人的指纹是独一无二的，并且一个人的10个指纹都是不一样的，所以，我们可以利用多个指纹构成多重的口令，这样就能提高系统的安全性，在增加系统安全性的同时，不会导致系统的设计开销的增加。

（2）可靠性：世界上不存在2个相同手指指纹的人，并且，每个人的指纹都是非常稳定的，很难发生变化，指纹信息不会随着年龄的增长，身体健康程度的变化而发生变化，所以，我们可以说指纹信息是相当可靠的。

指纹是人类与生俱来的一种生物特征，它具有以下3个明显的特点：

（1）终身不变性：指纹的纹线和细节是永远不变的，一个人从胎儿直到死亡，皮肤表面外形的变化，都不影响其型线和细节。即使皮肤表面受到损伤之后，不久仍能恢复原状。

（2）唯一性：几乎没有2个指纹是完全一致的，至今仍找不出2个指纹完全相同的人，即使是孪生兄弟姐妹，他们的指纹也各不相同。不仅人与人之间，同一个人的十指之间，指纹也有明显的区别。这里指纹完全一致是指2个指纹类型和细节完全一致。

（3）可分类性：指纹的纹线排列具有一定的内在规律，根据这些规律我们可以对指纹进行分类，正是因为指纹具有上面这些特性，才使得我们有可能对指纹进行系统的分类，在指纹分类的过程中，将会涉及到指纹的总体特征和局部特征之中的概念术语，首先需要对指纹的总体特征和局部特征这两类指纹的特征作一个统观概述。

传感器是生物特征识别系统中测量信号的入口，它是将物理量或者化学量转变成可以利用的电信号的元器件，是传感器系统的重要组成部分，传感器包括承载体，比如承载指纹、掌纹等，和与电路相互连接的比较灵敏的元器件，它是生物特征识别系统的采集设备。

若把指纹图像看成一个三维模型，其中设轴表示指纹图像的横坐标，轴表示指纹图像的纵坐标，轴表示指纹图像各点灰度值。其中表示指纹图像在一条纹线上随(X,Y)点的不同灰度值变化的函数。

观察指纹纹线的分布可以发现其严格的规律性。一般一条纹线的灰度值按脊的走向变化不大；同样，按谷的走向变化也不大；而从脊到谷的纵向灰度值变化非常显著。

在一般的模式识别问题中，如果我们希望将对象区分为不同的类别，我们必须首先确定要测度对象的哪些特征来产生描述性的参数。这些被测度的特性被称为对象的特征；而每个对象的所有被测度特征的值构成该对象的特征向量。

在分类算法中，一般并不是对对象本身进行处理，而是对对象的特征值进行处理。因此选择合适的，能够准确代表被分类对象的特征是非常重要的；也是在设计分类算法时首先要考虑的问题。一般来说，好的特征具有以下4个特点：

（1）区别性：不同类别对象的特征应有的较大的区别。

（2）可靠性：同种类别的各对象应具有相近的特征值。

（3）独立性：不同的特征之间相关性尽可能小。

（4）复杂性：被选用对象特征的复杂性应该尽可能小。

本论文深入地讨论了多级指纹分类算法，针对目前的指纹自动分类算法的正确率不高、分类数目少、效率低的情况，在文章中使用了多级自动分类算法，在保证指纹分类正确率的同时，增加了指纹分类的类别数目，在很大程度上提高了指纹分类的效率。

[1]A.K.Jain,S.Pankanti,S.Prabhakar,and A.Ross,”Recent Advanc-es in Fingerprint Verification,p.182-191,Sweden,June 6-8,2001.

[2]王崇文,李见为,周宏文.指纹识别系统的设计与实现[J].计算机应用,2001,21(12):23-25.

[3]谢立锋,陈灵枭.浅谈指纹识别基本原理[J].技术与市场,2008.1:44-45.

[4]耿德英,陈志敏,陈梅琴.图像处理在指纹识别中实践[J].西昌学院学报,2009.32(4):72-74.

2017-09-10）