1. 指紋識別是怎麼進行的
導語：指紋識別技術通常使用指紋的總體特徵如紋形、三角點等來進行分類，再用局部特徵如位置和方向等來進行用戶身份識別。盡管指紋只是人體皮膚的小部分，但是，它蘊涵著大量的信息。那麼，接下來就讓我們一起來具體的了解以下關於指紋識別是怎麼進行的內容吧。文章僅供大家的參考!
1.指紋圖像的獲取
指紋圖像的採集是自動指紋識別系統的重要組成部分。早期的指紋採集都是通過油墨按壓在紙張上產生的。20世紀80年代，隨著光學技術和計算機技術的發展，現代化的採集設備開始出現。
感測器是一種能把物理量或化學量變成便於利用的電信號的器件。在測量系統中它是一種前置部件，它是被測量信號輸入後的第一道關口，是生物認證系統中的採集設備。
這些感測器根據探測對象的不同，可分為光學感測器、熱敏感測器和超聲感測器;根據器件的不同，可分為CMOS器件感測器和CCD器件感測器。它們的工作原理都是：將生物特徵經過檢測後轉化為系統可以識別的圖像信息。在生物認證系統中，可靠和廉價的'圖像採集設備是系統運行正常、可靠的關鍵。
2.指紋圖像的增強
常見的預處理方法如下：
(1)採用灰度的均衡化，可以消除不同圖像之間對比度的差異。
(2)使用簡單的低通濾波消除斑點雜訊、高斯雜訊。
(3)計算出圖像的邊界，進行圖像的裁剪，這樣可以減少多餘的計算量，提高系統的速度。
常用圖像增強演算法具體包括以下幾種：
(1)基於傅里葉濾波的低質量指紋增強演算法;
(2)基於Gabor濾波的增強方法;
(3)多尺度濾波方法;
(4)改進的方向圖增強演算法;
(5)基於知識的指紋圖像增強演算法;
(6)非線性擴散模型及其濾波方法;
(7)改進的非線性擴散濾波方法。
目前最新的分割演算法有以下幾種：
(1)基於正態模型進行的指紋圖像分割演算法;
(2)基於馬爾科夫隨機場的指紋圖像分割演算法;
(3)基於數學形態學閉運算的灰度方差法;
(4)基於方向場的指紋圖像分割演算法。
3.指紋特徵的提取
近年來，新的指紋特徵提取演算法主要包括以下幾種：
(1)基於Gabor濾波方法對指紋局部特徵的提取演算法。
(2)基於CNN通用編程方法對指紋特徵的提取演算法。
(3)基於IFS編碼的圖像數字化技術，即建立IFS模型，計算源圖像與再生圖像之間的相似性，快速提取指紋圖像的特徵。
(4)基於脊線跟蹤的指紋圖像特徵點提取演算法。該演算法可以直接從灰度指紋圖像中有效提取細節點和脊線骨架信息。
(5)基於小波變換和ART(自適應共振理論)神經網路的指紋特徵提取演算法。
4.指紋圖像的分類與壓縮
常用的指紋分類技術有以下幾種：
(1)基於規則的方法，即根據指紋奇異點的數目和位置分類。
(2)基於句法的方法。這種方法的語法復雜，推導語法的方法復雜、不固定。這種方法已經逐漸被淘汰了。
(3)結構化的方法，即尋找低層次的特徵到高層次的結構之間相關聯的組織。
(4)統計的方法。
(5)結合遺傳演算法和BP神經元網路的方法。
(6)多分類器方法。
常用的壓縮演算法有以下兩種：
(1)圖像壓縮編碼方法：包括無損壓縮(熵編碼)和有損壓縮(量化)。
(2)基於小波變換的指紋壓縮演算法：包括WSQ演算法、DjVu演算法、改進的EZW演算法等。
5.指紋圖像的匹配
傳統的指紋匹配演算法有很多種：
(1)基於點模式的匹配方法：如基於Hough變換的匹配演算法、基於串距離的匹配演算法、基於N鄰近的匹配演算法等。
(2)圖匹配及其他方法：如基於遺傳演算法的匹配、基於關鍵點的初匹配等。
(3)基於紋理模式的匹配：如PPM匹配演算法等。
(4)混合匹配方法等。
近幾年，又出現了如下新的匹配演算法：
(1)基於指紋分類的矢量匹配。該法首先利用指紋分類的信息進行粗匹配，然後利用中心點和三角點的信息進一步匹配，最後以待識別圖像和模板指紋圖像的中心點為基準點，將中心點與鄰近的36個細節點形成矢量，於是指紋的匹配就轉變為矢量組數的匹配。
(2)基於PKI(Public Key Infrastructure，公鑰基礎設施)的開放網路環境下的指紋認證系統。
(3)實時指紋特徵點匹配演算法。該演算法的原理是：通過由指紋分割演算法得到圓形匹配限制框和簡化計算步驟來達到快速匹配的目的。
(4)一種基於FBI(Federal Bureauof Investigation)細節點的二次指紋匹配演算法。
(5)基於中心點的指紋匹配演算法。該演算法利用奇異點或指紋有效區域的中心點尋找匹配的基準特徵點對和相應的變換參數，並將待識別指紋相對於模板指紋作姿勢糾正，最後採用坐標匹配的方式實現兩個指紋的比對。
2. 指紋識別原理
指紋識別核心的准確、高效的採集指紋分析。指紋識別採集技術的發展大致分為三個方式：光學識別、電容感測器、生物射頻。
1、光學識別
光學識別是較早的指紋識別技術。基於光學發射裝置發射的光線，射到手指上再反射回機器以獲取數據，並對比資料庫看是否一致。光學識別只能到達皮膚的表皮層，而不能到達真皮層，而且受手指表面是否干凈影響較大。
2、電容感測器
電容感測器識別是利用一定間隔的安裝的兩個電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測儀器時接通或斷開兩個電容的電流以檢測指紋資料。電容感測器對手指的干凈要求還是比較高，而且感測器表面使用硅材料，比較容易損壞。以技術面來看，電容式指紋辨識技術的供應為Authentec、Validity、FingerPrintCardsAB（FPC）等，Authentec被蘋果買下，Validity也被Synaptics收購。電容式指紋感測器也是現在應用最普遍的技術。
3、生物射頻
射頻感測器通過感測器發射微量的射頻信號，穿透手指的表皮層獲取里層的紋路以獲取信息。這種方法對手指的干凈程度要求較低。射頻是目前較新的技術方案，射頻也是電容方式的一種，但受限於專利問題。射頻式是未來發展方向。
指紋識別採集方式
不管採用什麼採集技術，從用戶角度用到的就兩種錄入方式：按壓式與滑動式。
1、滑動式
將手指從感測器上劃過，系統就能獲得整個手指的指紋。手指按壓上去時，無法一次性採集到完整圖像。在採集時需要手指劃過採集表面，對手指劃過時採集到的每一塊指紋圖像進行快照，這些快照再進行拼接，才能形成完整的指紋圖像。
滑動式的優點是成本低、易集成，可採集大面積的圖像，應用傳統的特徵點演算法，但缺點是需要客戶有一個連貫規范動作採集圖像，體驗效果比較差，在之前的應用推廣中不太成功。
2、按壓式
手指平放在設備上以便獲取指紋圖像。一般為了獲得整個手指的指紋，必須使用比手指更大的感測器，整個手指同時按壓在感測器之上。
按壓式的優點是客戶體驗好，只用一次按壓就可以採集圖像，與客戶在手機應用的操作習慣匹配，無須教育客戶。缺點是：成本高，集成難度大，一次採集圖像面積相對較小，沒有足夠的特徵點，需要用復雜的圖像比對演算法進行識別。
很明顯，在用戶角度來說，按壓式最簡單、最方便。以後越來越多的移動設備都將採用按壓式指紋識別方案。
3. 指紋識別技術的演算法
於指紋所具有的唯一性和不變性，以及指紋識別技術所具有的可行性和實用性，指紋識別成為目前最流行、最方便、最可靠的身份認證技術之一。指紋圖像數據量大，通過直接比對指紋圖像的方法來識別指紋是不可取的，應該先對指紋圖像進行預處理，然後提取出指紋的特徵數據，通過特徵數據的比對來實現自動指紋識別。指紋圖像預處理作為指紋自動識別過程的第一個環節，它的好壞直接影響著自動識別系統的效果。預處理通常包括濾波、方向圖的求取、二值化、細化等幾個步驟。
本文首先闡述了生物特徵識別技術的基本概念，對自動指紋識別系統的組成也作了簡要的介紹。然後對目前指紋圖像預處理的一些常用演算法進行了介紹，針對指紋圖像的特徵，採用了基於Gabor濾波器的指紋預處理方法，它為特徵提取和比對奠定了良好的基礎。
本文所提到的演算法已在PC機上用Visual C++6.0編程實現，實驗結果表明，這種方法能獲得令人滿意的指紋圖像預處理效果。