数字图像处理中指纹识别技术的分析

宋磊 王艳杰

摘要：随着计算机网络技术的飞速发展，互联网+、大数据、人工智能、区块链技术成为学者们研究的热门话题，目前我国已经进入数字化大发展时代，在用户身份验证应用领域中，数字图像处理中的指纹识别技术成为了一种关键的技术，它是集网络通信技术、计算机存储技术、光电传输技术、图形采集处理、智能终端等于一体的综合技术，引起了业内人士的广泛关注。如今指纹识别技术已经广泛应用于我国公安、司法、海关、银行、税务、教育等重要领域，在我国安全防范行业中扮演着重要的角色，有效防止了一些非法用户的进入。

关键词：指纹;指纹识别;图像采集;模式匹配

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）12-0061-02

1 指纹识别技术的基本理论

众所周知，指纹是指手指末端正面皮肤上凸凹不平的纹路，我们人类指纹的形成是来自于最初的胚胎发育中，有着很强的不确定性，在胚胎发育的初始环境下，每个人形成的指纹在图案、纹路、交叉点和断点都不相同，医学上已经证明每个人手指上的这些特征都是不相同的，而且这些特征具有唯一性和永久性，根据这种唯一性和永久性特征，可以用来判定每个人身份。在实际产品的应用中，首先把指纹采集存储下来，然后把用户的指纹与计算机中预先存储的指纹，进行比对，看其是否一致，进而来判定用户的真实身份，这样以来就能很好地把非法用户拒之门外。这种利用人的生理或行为特征来识别人的身份的技术称为生物识别技术，更具体的讲，生物识别技术就是为了进行身份验证而采用自动技术取出其人的生理特征或行为特征，并将这些特征或特点与数据库的模板数据进行比较，完成身份验证的一种技术方案，在常见的生物识别技术中，指纹识别技术是最流行也是应用领域最多的一种技术。

指纹识别系统可以分为两大类：一类是验证类，另一类是辨识类。把用户当场录入的指纹与己经登记的指纹进行一对一核对的方法称之为验证，主要目的是来判定这个指纹和登记的指纹是否相同。把实际现场采集到的指纹与数据厍中的事先存储指纹逐一进行对比，从而找出与实际现场采集的指纹相匹配的指纹，这种方法称之为辨识，主要目的是来从指纹数据库中找出与现场采集的指纹相同的指纹。验证类与辨识类这两种类型都能较准确地验证用户的真实身份。

2 指纹识别技术的身份认证

在计算机应用系统中，文件的保护、系统的登陆，大多都采用用户名+密码的形式进行身份验证，实际上这种身份验证的方法是不安全的，经常会出现一些问题。比如密码容易忘记、容易泄露、也容易被别人猜到。在实际生活中一些用户设置的密码比较简单、有些用户用的还是初始密码。经常要求用户更改密码，可有的用户还是不改、有的改了给忘记了，这些都会给用户的身份信息安全带来了一系列问题。然而生物识别技术的出现很好地解决了这一问题，尤其指纹识别技术的产品广泛引用，在用户身份验证的领域不仅能做到操作简单而且非常准确。

在计算机科学技术中，指纹识別技术已经出现了很长的时间，刚开始由于设备价格、识别技术、人们认知等因素的影响，只在司法、公安、银行等一些特殊的部门进行了应用，随着计算机科学技术、光电技术、半导体传感器技术、通信技术、存储技术、图像处理技术的迅猛发展，使得指纹识别系统的产品价格不断下降、这些产品慢慢地走进了我们的日常生活中。

3 指纹识别技术的工作原理

指纹识别系统是典型的模式识别系统，指纹识别系统包括指纹采集、指纹分类、特征值提取和指纹匹配等技术模块，最关键的是图像采集处理和图像识别两大模块，图像采集处理模块是指采集指纹数据，提取这些指纹数据的特征值，将特征值与有关身份信息存入数据库。图像识别模块：采集待识别的指纹并提取相应指纹的特征值，然后在数据库中根据特征值进行检索，找到与其最佳的匹配信息，进一步判定它们是否匹配。常见的指纹采集有以下几种：

（1）光学式指纹采集：光学式指纹采集是目前应用最广泛的一种指纹采集技术，光学式指纹采集的工作原理是光的全反射。光线照射到我们的指纹上，因指纹本身凸凹不平，会形成光的反射，通过光线反射到接收器上，就可以采集到我们的指纹，然后识别我们的指纹。这和潜艇在水下的声呐工作原理有点相似。

（2）电容式指纹采集：电容式指纹采集技术可以获得比较精确的指纹图像，分辨率比较高，采集头的表面也不需要很大。电容式指纹识别是下面有一块一块的电容极板，因为我们的手指指纹是凹凸不平的，所以在我们进行指纹识别的时候，凸起的指纹和凹下去的指纹距离极板的距离是不一样的，使得各个电容极板的电容量大小就会有差异，电容大的地方就是凸起的纹路，电容小的地方就是凹下去的纹路，这样就可以通过电容大小识别出指纹的纹路。

（3）超声波指纹采集：超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还没有广泛应用，因为其成本价格很高。根据指纹凸和凹的声阻抗不同，反射回来的超声波的能量不同，通过发射出超声波，再接收反射回来的声波，就可以识别出了我们的指纹。

（4）生物射频指纹采集：生物射频图像采集是一种无线电波，是通过传感器本身发射出微量射频信号，穿透手指的表皮层去探测里层的指纹纹路，从而获得最佳的指纹图像，其防伪指纹能力特别强，它能保证各种类型的手指在各种使用条件下都能采集到理想的图像，所以生物射频指纹识别具有显著的优越特性。

4 指纹识别技术的实际应用

指纹识别系统的应用产品已经得到了广泛的应用，比如机场、高铁、地铁的安检、边境站的出入境管理。手机解锁、笔记本解锁、指纹支付、ATM机、智能终端、应用软件认证登陆等。相信随着科学技术的不断发展、人们对生活快捷安全的向往与需求，指纹识别技术将会应用的越来越广泛。最常见的应用有：（1）考勤机：员工考勤系统能够彻底解决传统打卡钟、IC卡考勤方式所出现的代打卡问题，保证了考勤数据的真实性，对员工的出勤情况进行了量化。（2）门禁系统：智能小区的门禁系统，实现了楼宇出入的人员控制问题，有效解决了小区居住的安全环境，提升了小区的管理水平，使物业的管理手段进一步现代化。（3）指纹锁：指纹锁具有方便、快速、精确、低成本等特点，随着智能家居的发展，越来越多的人群也开始选择指纹锁，具有很好的市场需求前景。

隨着我国信息化的不断发展和电子商务的日益普及，计算机网络信息安全将会引起各行各业的高度重视。伴随着频频发生的国内外恐怖主义事件、社会暴力事件，公共场所的安全防范也将会得到前所未有的关注，这都为指纹识别技术的应用提供了非常广阔的前景。

参考文献

[1]王开福.图像处理技术及其应用[M].科学出版社，2015.

[2]杨帮华，李昕，等.模式识别技术及其应用[M].科学出版社，2016.

[3]刘宁.指纹识别系统关键技术[M].吉林大学出版社，2016.

[4]李京兵，韩宝如.基于变换域的纹理防伪签自动识别技术[M].知识产权出版社，2016.

[5]梁军.视频图像处理与性能优化[M].机械工业出版社，2017.

Analysis of Fingerprint Identification Technology in Digital Image Processing

SONG Lei1，WANG Yan-jie2

（1.Zhengzhou Railway Technician College， Zhengzhou Henan 450041;

2.Zhengzhou University of Finance and Economics， Zhengzhou Henan 450049）

Abstract：With the rapid development of computer network technology， Internet+， big data， artificial intelligence and blockchain technology have become hot topics for scholars， At present， China has entered the era of digital development. In the field of user authentication applications， fingerprint recognition technology in digital image processing has become a key technology. It is a network communication technology， computer storage technology， photoelectric transmission technology， and graphics collection processing. The intelligent terminal is integrated into one integrated technology， which has aroused widespread concern in the industry.Nowadays， fingerprint identification technology has been widely used in important fields such as public security， justice， customs， banking， taxation， education， etc.， and plays an important role in China's security industry， effectively preventing the entry of some illegal users.

Key words：fingerprint; fingerprint recognition; image acquisition; pattern matching