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指纹识别的原理简单讲解

来源:本站整理 作者:雪中影 时间:2008-07-16 点击:48

指纹识别的原理和方法
指纹识别技术主要涉及四个功能:读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像,然后要对原始图像进行初步的处理,使之更清晰,再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点”(minutiae)的数据点,即指纹纹路的分叉、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。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。这些数据,通常称为模板。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[5-6]。采集设备(即取像设备)分成几类:光学、半导体传感器和其他。


指纹识别技术的主要指标和测试方法


算法的精确度


指纹识别系统性能指标在很大程度上取决于所采用算法性能。为了便于采用量化的方法表示其性能,引入了下列两个指标。
拒识率(false rejection rate,FRR):是指将相同的指纹误认为是不同的,而加以拒绝的出错概率。FRR=(拒识的指纹数目/考察的指纹总数目)×100%。
误识率(false accept rate,FAR):是指将不同的指纹误认为是相同的指纹,而加以接收的出错概率。FAR=(错判的指纹数目/考察的指纹总数目)×100%。
对于一个已有的系统而言,通过设定不同的系统阈值,就可以看出这两个指标是互为相关的,FRR与FAR成反比关系。这很容易理解,“把关”越严,误识的可能性就越低,但是拒识的可能性就越高。


误识率和拒识率的测试方法
测试这两个指标,通常采用循环测试方法[7]。即给定一组图像,然后依次两两组合,提交进行比对,统计总的提交比对的次数以及发生错误的次数,并计算出出错的比例,就是FRR和FAR。针对FAR=0.0001%的指标,应采用不少于1 415幅不同的指纹图像作循环测试,总测试次数为1 000 405次,如果测试中发生一次错误比对成功,则FAR=1/1 000 405;针对FRR=0.1%,应采用不少于46幅属于同一指纹的图像组合配对进行测试,则总提交测试的次数为1 035次数,如果发生一次错误拒绝,则FRR=1/1 035。测试所采用的样本数越多,结果越准确。作为测试样本的指纹图像应满足可登记的条件。


系统参数
拒登率(error registration rate,ERR):指的是指纹设备出现不能登录及处理的指纹的概率,ERR过高将会严重影响设备的使用范围,通常要求小于1%。
登录时间:指纹设备登录一枚指纹所需的时间,通常单次登录的时间要求不超过2 s。
比对时间:指纹设备对两组指纹特征模版进行比对所耗费的时间,通常要求不超过1 s。
工作温度:指纹设备正常工作时所允许的温度变化范围,一般是0~40 ℃。
工作湿度:指纹设备正常工作时所允许的相对湿度变化范围,一般是30%~95%。


指纹识别技术的应用
指纹识别技术已经成熟,其应用日益普遍,除了刑事侦察用之外,在民用方面已非常广泛,如指纹门禁系统、指纹考勤系统、银行指纹储蓄系统、银行指纹保管箱、指纹医疗保险系统、计划生育指纹管理系统、幼儿接送指纹管理系统、指纹献血管理系统、证券交易指纹系统、指纹枪械管理系统、智能建筑指纹门禁管理系统、驾驶员指纹管理系统等。
指纹门禁系统和指纹考勤系统是开发和使用得最早的一种出入管理系统,包括对讲指纹门禁、联机指纹门禁、脱机指纹门禁等等。在入口将个人的手指按在指纹采集器上,系统将已登录在指纹库中的指纹(称为已经注册)进行对比,如果两者相符(即匹配),则显示比对成功,门就自动打开。如不匹配,则显示“不成功”或“没有这个指纹”,门就不开。在指纹门禁系统中,可以是一对一的比对(onetoone matching),也可以是一对几个比对(onetofew matching)。前者可以是一个公司、部门,后者可以是一个家庭的成员、银行的营业厅、金库、财务部门、仓库等机要场所。在这些应用中,指纹识别系统将取代或者补充许多大量使用照片和ID系统。
把指纹识别技术同IC卡结合起来,是目前最有前景的一个应用之一。该技术把卡的主人的指纹(加密后)存储在IC卡上,并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统,当读卡机阅读卡上的信息时,一并读入持卡者的指纹,通过比对就可以确认持卡者是否是卡的真正主人,从而进行下一步的交易。指纹IC卡可取代现行的ATM卡、制造防伪证件等。ATM卡持卡人可不用密码,避免老人和孩子记忆密码的困难。

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