指纹信息提取技术的分析与实现

王昊鼎

摘要：指纹具有唯一性和不变性，每个人的指纹都是独一无二的，随着科学技术的发展，指纹识别技术已经成为了当前最有效、最便捷的鉴别身份的手段之一，本文主要对指纹提取技术进行基础的分析，希望通过本文能够对指纹提取技术有所借鉴意义。

关键词：指纹提取;概念;指纹识别原理

1.引言

随着社会信息化步伐的加快，人们对于个人身份的确认和权限的认定要求越来越高，信息安全正在成为人们研究的热点。在众多识别技术中，指纹识别以方便易用、高准确率、易采集和低成本等诸多优势备受关注，已经成为身份认证的最有效手段之一，在犯罪识别、信息安全、电子商务等领域得到广泛的应用。每个人指纹在图案、断点和交叉点上各不相同，是唯一的，并且终生不变。由于这种唯一性和稳定性，指纹识别技术具有诸多优点：指纹是人体独一无二的特征，并且它们的精确度和复杂度足以提供用于鉴别的足够特征;而不同手指指纹也是独一无二的;扫描指纹的速度很快，使用非常方便。

2. 指纹识别的概念

指纹识别技术是把一个人同其指纹对应起来，通过比较输入的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证此人的真实身份。我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证它的真实身份，这就是指纹识别技术。识别指纹主要分为：总体特征和局部特征。总体特征是可通过人眼提取、匹配等操作的直接就可观察到的特征，局部特征是指纹的特征点，不同指纹或许可能具有相同的总体特征，但它们的特征程。点信息却不可能完全相同，特征点决定了指纹的唯一。

3. 指纹识别的原理

指纹识别技术主要涉及四个功能：读取指纹图象、提取特征、保存数据和比对。

在一开始，通过指纹读取设备读取到人体指纹的图象，取到指纹图象之后，要对原始图象进行初步的处理，使之更清晰。

接下来，指纹辨识软件建立指纹的数字表示——特征数据，一种单方向的转换，可以从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹，而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点”（minutiae）的数据点，也就是那些指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。因为通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。

有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息表明了各个节点之间的关系，也有的算法还处理整幅指纹图像。总之，这些数据，通常称为模板，保存为1K大小的记录。无论它们是怎样组成的，至今仍然没有一种模板的标准，也没有一种公布的抽象算法，而是各个厂商自行其是。

最后，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

4. 指纹提取技术的系统问题

有效的指纹辨识系统不仅仅依赖于辨识算法，还有其他的一些重要因素，这里称之为“系统问题”。包括注册和辨识过程，速度和工作学、用户信息的反馈、排斥欺骗和安全考虑。 为了得到较好的识别率，重要的是在注册时尽量获得最好的指纹图象，这是因为注册一般只进行一次，而以后的辨识是经常的。一个较好的指纹识别系统应要求用户的指纹在登记指纹时多次获取指纹，然后，把最好的指纹或每次获得的指纹的综合的结果作为注册的指纹。

又一个方法可以作为指纹系統设计时的考虑，即我们可以多次取像直到得到一个确定的匹配，但这个过程在降低了拒判率的同时，提高了误判率。辨识不仅仅只用一个手指的指纹，可以用两个或更多的手指的指纹，这样可以增强识别率，当然这样一来会浪费用户的许多时间。

系统的工作学是很重要的。例如：在个人识别系统中，人们愿意等待时间的极限，这个极限时间根据特定的应用而不同，依赖于在处理的过程中人们正在做什么。例如：刷卡或输入ID号的过程，从0.5-1.5秒被认为是可接受的时间;另外，拒判而重复次数不应超过3次。

验证和辨识的过程、取像设备的设计拒判率和误判率关系的设定，为了尽可能的获得高质量的指纹图象而提示用户手指该怎样放置，正确的反馈信息是非常有用的。如“手指放得太高”，“手指按得不够重”等。

在指纹识别系统中，反欺骗的措施用来阻止人造指纹、死指纹和残留指纹。残留指纹是由于皮肤油或其他原因残留在传感器上。传感器应建立反欺对策，使得有能力识别真实的皮肤温度、阻力或电容。

既然指纹识别系统是为安全而考虑的，例如，节点模板数据库必须是安全的，以防止一个冒名顶替的人将自己的指纹存进数据库而成为合法的用户。指纹匹配的结果是“YES”或“NO”，以此获得访问权。如果有人简单地绕过指纹匹配而能去直接发送一个“YES”，那么系统就是不安全的。这个问题的解决是确保主机接收的识别结果是来自真正的合法用户，如通过数字信号发送给主机。

总之，在一个完整的指纹识别应用系统中有许多问题值得考虑，解决好这些问题有助于成功地建立有效的系统，相反，则有可能会使得高明的技术被束之高阁，甚至导致应用系统最后的失败。

5. 小结

指纹识别技术因为其便捷高效的特点，被广泛运用到身份识别技术中去，本文对指纹识别技术的大致原理简单介绍，让读者能够大致了解指纹识别技术这一原理，希望对广大读者有所帮助。

参考文献：

[1]陈跃峰.新编J指纹识别技术漫谈[M].北京：中国电力出版社，2006

[2]谭子强.指纹程序设计[M].北京：清华大学出版社，2001