🎊 指纹识别技术原理及发展

指纹识别技术原理及发展

指纹的局部特征是指单个特征点的特征描述,一般用类型、

水平位置(x)、垂直位置(y)、方向、曲率、质量等六个要素来描述。

类型是按照指纹特征点的分类。目前比较通用的分法是分为六类,分别是:

终结点(Ending):一条纹路在此终结。

分叉点(Bifurcation):一条纹路在此分开成为两条或者更多的纹路。

分歧点(RidgeDivergence):两条平行的纹路再次分开。

孤立点(DotorIsland):一条特别短(短的和点无法区分)的纹路。

环点(Enclosure):一条纹路分开两条之后,有合并成为一条,形成的一个小环。短纹(ShortRidge):一条较短短(但可以和点进行区分)的纹路。

其中,值得注意的是,我们的手指大约有60~125个特征点。

多少个特征决定是一个人的指纹,每个国家标准都不一样,英国16个、澳大利亚、美国(多数国家)12个、中国印度只要8个、这些点在指纹中的出现概率并不相当,出现概率最大的是短纹60.6%,其次是分叉点,出现概率为22.6%。

从用户角度用到的就两种录入方式:按压式与滑动式。

1、滑动式

将手指从传感器上划过,系统就能获得整个手指的指纹。手指按压上去时,无法一次性采集到完整图像。在采集时需要手指划过采集表面,对手指划过时采集到的每一块指纹图像进行快照,这些快照再进行拼接,才能形成完整的指纹图像。

滑动式的优点是成本低、易集成,可采集大面积的图像,应用传统的特征点算法,但缺点是需要客户有一个连贯规范动作采集图像,体验效果比较差,在之前的应用推广中不太成功。

2、按压式

1.指纹采集光学技术

光线经玻璃射到峪后(指纹线之间的凹陷部分)反射到CCD—呈现白色,而射到嵴后则不反射到CCD,图像呈现黑色(确切的是脊上的液体、油脂影响光线的反射路径)。

2.电容式指纹采集技术

电容式指纹采集技术是将硅传感器(半导体硅)作为电容的一个极板,将需要采集的手指作为另一个极板,通过手指上纹路的脊、谷与硅传感器之间形成的电容差,进而形成了指纹的灰度图像,达到指纹采集的最终目的。

电容设备能结合大约100,000导体金属阵列的传感器,其外面是绝缘的表面,当用户的手指放在上面时,皮肤组成了电容阵列的另一面。电容器的电容值由于金属间的距离而变化,这里指的是脊(近的)和谷(远的)之间的距离。压感式表面的顶层是具有弹性的压感介质材料,他们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号。

3.

利用超声波具有穿透材料的能力,且随材料的不同产生大小不同的回波,利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异,就可以区分指纹嵴和峪所在位置。

4.生物射频指纹采集技术

众所周知,Authen Tec公司是全球技术领先的指纹认证传感器的开发商,该公司的True Print 专利技术能够准确获取指纹真皮层的数据信息,而且安全性较高。该技术是利用射频信号产生的电磁波所具有的穿透特性,在电导系数变化时射频信号在手指与传感器之间形成电场,电场的强弱变化形成了指纹图像。

射频敏感器:它的工作原理很特殊,由射频与敏感元件阵列组成,每一个成员实际上都是一个等效的小天线,它通过人的手指向皮肤内层(真皮层)深处传递电波。接受部分的元件对回传的电波相位进行解调,相位的差别反应了指纹纹理。从某种意义上讲,它的原理与雷达的工作原理相似,所以称为射频式指纹敏感器(RF sensor)。而且,它能自动调节内部电气参数来适应手指干湿程度、按手指压力、年龄、等因素的变化。基于它的工作原理, 所采集到的指纹图像对应于手指内层具有生命的真皮指纹纹理,对手指表面的外层皮肤并不直接敏感,并对表面的一些脏物、油渍、灰尘等物质具有穿透能力,使它针对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,因此具有显著的优越性能。

不同指纹图像采集技术对比:

表1 指纹图像采集方法

指纹采集方法

主要技术

优点

缺点

应用

光学式

单一棱镜光学全反射技术

成本低,操作简单

体积过大

考勤机

电容式

低温多晶硅材料

成本低,体积小

受人身体本身因素情况影响

手机等设备

超声波

超声波成像技术

多种场合适用,受影响小,可信度高。

成本高,设备要求高,接触久会对人的身体造成危害。

手机等设备

生物射频

射频成像技术

适用于不同场合

True Prin扫描仪

表2 指纹图像增强

图像增强步骤

目的

方法

优点

缺点

平滑处理

去除噪声

Gabor滤波

对边缘感知敏锐

计算量大,对方向敏感。

方向傅里叶滤波

运算快,能去除较多外界噪声

边界处理不佳

二值化

分离图像前景和背景

全局阈值方法

速度快

仅对双峰图像效果好

局部阈值方法

针对图像的突发噪声与背景

计算量大,速度慢

Otsu方法

注重图像本身灰度分布

仅对双峰图像效果好

边缘算子方法

边界保留

取决于算子的质量

细化

获取图像骨架

非迭代算法

删减一次,速度快。

细化程度不足

迭代算法

保留边缘特征毛刺减少

计算量大,耗时。

比较项

生物射频

体积

耐用性

非常耐用

耐用

耐用

耐用

成像能力

干手指差,湿手指或者脏手指成像模糊。

干手指好,抗汗渍和污染能力强。

干手指好,抗汗渍和污染能力强。

干手指好,抗汗渍和污染能力强。

耗电

成本

很高

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