摘 要：自動指紋識別相比于其他生物特征的識別如虹膜識別及語音識別有其特別的優(yōu)點，它被認為是未來生物特征識別技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，被稱為是一種理想的身份識別技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，這一切得益于它很高的可行性和實用性。本文首先分析了自動指紋識別技術(shù)研究現(xiàn)狀，其次，闡述了自動指紋識別技術(shù)的特點。同時，指出自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展方向為非接觸式真皮層指紋采集和多種生物識別技術(shù)的融合，具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：生物識別技術(shù)；自動指紋識別技術(shù)；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2013） 09-0000-02

1 前言

生物識別技術(shù)主要是指在進行身份驗證時采用人的生物特征（諸如指紋、虹膜、聲音、面孔、手形）來進行驗證。這是因為常見的鑰匙、智能卡、口令等存在著被盜用、復(fù)制、遺忘、丟失等危險，而人的生物特征是無法被遺忘、失竊和復(fù)制的，因此，身份識別和信息安全的未來發(fā)展趨勢就是采用生物識別技術(shù)。

這種技術(shù)由于要采用采集設(shè)備將人的生物特征轉(zhuǎn)化為圖像，再進行識別，所以又稱之為生物圖像識別技術(shù)。20世紀60年代，這種自動指紋識別技術(shù)開始興起，這種識別方法是利用計算機來代替指紋進行識別。不過隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋采集儀變得廉價，同時高可靠算法也逐漸實現(xiàn)，人們在工作和生活中能逐漸看到這種自動指紋識別技術(shù)的使用，國內(nèi)外的商業(yè)和學(xué)術(shù)界也開始對這種技術(shù)進行深入的研究。自動指紋識別相比于其他生物特征的識別如虹膜識別及語音識別有其特別的優(yōu)點，它被認為是未來生物特征識別技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，被稱為是一種理想的身份識別技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，這一切得益于它很高的可行性和實用性。本文就自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進行探討。

2 自動指紋識別技術(shù)研究現(xiàn)狀

這幾年來，微型計算機技術(shù)和光電技術(shù)發(fā)展迅猛，這樣使得指紋圖像的采集及處理成為可能，而且為自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展打下了深厚的基礎(chǔ)。自動指紋識別技術(shù)主要分為采集和識別兩種技術(shù)。

目前大多數(shù)自動指紋識別系統(tǒng)使用的采集設(shè)備是光電式的。慢慢的電感和電容式的采集設(shè)備開始出現(xiàn)，這些設(shè)備的出現(xiàn)進一步提高了指紋識別的質(zhì)量，不過穩(wěn)定性和耐磨性等還有很多問題。

現(xiàn)在指紋采集技術(shù)需主要處理的問題是對于磨損嚴重的指紋或臟、濕、干的指頭都能正確、可靠地采集而且要減少采集時候的變形。許多國家有專門的機構(gòu)或公司進行自動指紋識別技術(shù)方面的研究，其中憑借強大的經(jīng)濟實力和經(jīng)歷力量，歐美國家在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先位置。

已經(jīng)有成型產(chǎn)品面市的公司是法國的Segam公司、美國的Secugen公司、Identicator公司，而得到較為廣泛應(yīng)用的是Identicator公司的ID Safe生物識別技術(shù)，其中大概有5000多萬人登記使用這種系統(tǒng)，它也被應(yīng)用于全球的上百萬臺的計算機。在亞洲，朝鮮這一領(lǐng)域研究水平最高，在1989年，其在中國成立Pefis公司，它的指紋產(chǎn)品在國際上有一定影響力。臺灣的Startek公司在指紋識別技術(shù)方面的研究水平也可達到世界先進水平。國內(nèi)的中國科學(xué)院自動化所、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、國防科技大學(xué)等科研機構(gòu)和高校也較早的著手這一方面的研究工作。從上世紀九十年代初開始，我國的一些機構(gòu)如西安青松集團、長春鴻達集團、北大方正集團等分別以機構(gòu)所在地的高等院校作為技術(shù)支撐，逐漸開始在這一領(lǐng)域的研究。其中中國科學(xué)院光機所在指紋采集技術(shù)方面有較為深入的研究，其研究的光電式活體指紋采集儀可以批量生產(chǎn)。

3 自動指紋識別技術(shù)的特點

應(yīng)用系統(tǒng)利用指紋識別技術(shù)可分為驗證（Verification）和辨識（Identification）兩類。辨識是將現(xiàn)場采集到的指紋和數(shù)據(jù)庫中的指紋一一比對，再從其中找到和現(xiàn)場相吻合的指紋；驗證是將現(xiàn)場采集到的指紋和已經(jīng)登記的指紋進行對比，從而驗證身份的過程。

驗證就是將提取的指紋存在數(shù)據(jù)庫里。一般數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)要保障其一致性和安全性，而指紋識別系統(tǒng)為滿足高速查詢比對的需求，在保障一般數(shù)據(jù)性能的基礎(chǔ)上，還可以進一步以高的速度讀取。由于大型指紋識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫非常大，因此為了減少檢索的時間，一般采用指紋分類和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。要建立指紋數(shù)據(jù)庫，一般情況下對同一個指紋要采集3-5個樣本，同時要分別對樣本進行特征抽取和預(yù)處理，再從全部的樣本圖像中找出權(quán)值大于給定閥值的點，最后以這些找出的特征點作為模板來建立指紋數(shù)據(jù)庫樣本。

指紋識別系統(tǒng)的核心步驟是指紋匹配，它也是一個重要的研究課題，Andrew K，Hrechak等人用結(jié)構(gòu)匹配來做指紋識別，D.K.Isenor等人又提出用圖匹配來對兩幅指紋圖象進行匹配的想法。

美國聯(lián)邦調(diào)查局提出的以細節(jié)點坐標模型進行細節(jié)匹配是目前最常用的方法，它主要是通過脊線分支點和脊線末梢兩種關(guān)鍵點來進行指紋鑒定。利用細節(jié)點表示成點模式，那么自動指紋認證的問題將轉(zhuǎn)化成點模式匹配的問題。

在模式識別中比較有名的難題是點模式問題，對于一般的點模式問題，許多人提出過算法，如Xudong Jiang等人的基于局部和全局結(jié)構(gòu)的匹配算法，Shih-hsu Cheng等人的基于二維聚類的快速算法，Sanjay Ranade等人的松弛算法，Zsolt Miklos等人的三角匹配的算法。針對指紋匹配中的點模式匹配問題，Anil Jain等人提出了一種算法，就是通過將直角坐標系中的細節(jié)點轉(zhuǎn)換到極坐標系中，再串匹配算法來進行點匹配。識別率是指紋識別系統(tǒng)特定應(yīng)用的重要衡量標志，其主要是由拒判率FRR和誤判率FAR兩部分組成。

FAR和FRR這兩個值的調(diào)整能夠通過它們不同的用途來進行，通過大量的資料表明，F(xiàn)AR和FRR兩個值之間的關(guān)系是反比關(guān)系。而如果FRR和FAR間取得很好的平衡，我們說這是一個良好的系統(tǒng)。對于一個實用的系統(tǒng)，為了進行任務(wù)的調(diào)度，其要具備完善的管理功能，來協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作，同時要處理有可能發(fā)生的故障。

4 自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 非接觸式真皮層指紋采集

根據(jù)生理學(xué)的研究結(jié)果，在真皮層上指紋的結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定及完美的表現(xiàn)。如果想在指紋采集技術(shù)方面有所突破，在臟、濕、干和磨損嚴重的指紋的情況下能完整、清晰、準確地進行指紋采集，必須要實現(xiàn)在真皮層采集指紋結(jié)構(gòu)。這樣也可以更好的解決指紋錄入時產(chǎn)生的變形問題。

4.2 多種生物識別技術(shù)的融合

各種生物識別技術(shù)都具有其自身的特點和優(yōu)勢，而指紋識別技術(shù)只是生物識別技術(shù)的一種。自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展的一個方向是利用生物識別技術(shù)的特點將指紋和其他生物識別技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)互補。如把指紋識別技術(shù)和臉形結(jié)合，將臉形識別結(jié)果作為一種檢索，從而實現(xiàn)辨識模式下的指紋識別，這樣識別的速度將得到顯著的提高。

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[作者簡介]陳繼延（1976.6-），男，邵陽人，計算機實驗室主任，實驗師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全，數(shù)據(jù)管理。工作單位：湖南警察學(xué)院。