湖北工業(yè)大學(xué) 姚海龍

指紋自動(dòng)分類算法的研究

湖北工業(yè)大學(xué) 姚海龍

指紋自動(dòng)分類一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外研究人員研究的熱點(diǎn)，同樣這也是一個(gè)難點(diǎn)，指紋的自動(dòng)分類是自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)中的一個(gè)極其重要的組成部分，指紋的自動(dòng)分類計(jì)數(shù)，不僅能夠在縮小指紋對(duì)象搜索的范圍起到重要作用，而且還能在很大程度上對(duì)指紋的識(shí)別匹配效率有一定的提高。本文對(duì)指紋自動(dòng)分類算法進(jìn)行了研究，綜述指紋分類的發(fā)展，分析了指紋自動(dòng)分類技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r以及存在的一些問(wèn)題。闡述了指紋識(shí)別的基本原理和指紋分類的相關(guān)方法。

指紋；自動(dòng)分類；研究

伴隨著計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)的飛速發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為比較理想的身份認(rèn)證技術(shù)之一，和傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)相比，自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)[1,2,3,4]有下列幾點(diǎn)具有代表性的性質(zhì)：

（1）安全性：早期已經(jīng)有科學(xué)家證明，每個(gè)人的指紋是獨(dú)一無(wú)二的，并且一個(gè)人的10個(gè)指紋都是不一樣的，所以，我們可以利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重的口令，這樣就能提高系統(tǒng)的安全性，在增加系統(tǒng)安全性的同時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開銷的增加。

（2）可靠性：世界上不存在2個(gè)相同手指指紋的人，并且，每個(gè)人的指紋都是非常穩(wěn)定的，很難發(fā)生變化，指紋信息不會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)，身體健康程度的變化而發(fā)生變化，所以，我們可以說(shuō)指紋信息是相當(dāng)可靠的。

指紋是人類與生俱來(lái)的一種生物特征，它具有以下3個(gè)明顯的特點(diǎn)：

（1）終身不變性：指紋的紋線和細(xì)節(jié)是永遠(yuǎn)不變的，一個(gè)人從胎兒直到死亡，皮膚表面外形的變化，都不影響其型線和細(xì)節(jié)。即使皮膚表面受到損傷之后，不久仍能恢復(fù)原狀。

（2）唯一性：幾乎沒(méi)有2個(gè)指紋是完全一致的，至今仍找不出2個(gè)指紋完全相同的人，即使是孿生兄弟姐妹，他們的指紋也各不相同。不僅人與人之間，同一個(gè)人的十指之間，指紋也有明顯的區(qū)別。這里指紋完全一致是指2個(gè)指紋類型和細(xì)節(jié)完全一致。

（3）可分類性：指紋的紋線排列具有一定的內(nèi)在規(guī)律，根據(jù)這些規(guī)律我們可以對(duì)指紋進(jìn)行分類，正是因?yàn)橹讣y具有上面這些特性，才使得我們有可能對(duì)指紋進(jìn)行系統(tǒng)的分類，在指紋分類的過(guò)程中，將會(huì)涉及到指紋的總體特征和局部特征之中的概念術(shù)語(yǔ)，首先需要對(duì)指紋的總體特征和局部特征這兩類指紋的特征作一個(gè)統(tǒng)觀概述。

傳感器是生物特征識(shí)別系統(tǒng)中測(cè)量信號(hào)的入口，它是將物理量或者化學(xué)量轉(zhuǎn)變成可以利用的電信號(hào)的元器件，是傳感器系統(tǒng)的重要組成部分，傳感器包括承載體，比如承載指紋、掌紋等，和與電路相互連接的比較靈敏的元器件，它是生物特征識(shí)別系統(tǒng)的采集設(shè)備。

若把指紋圖像看成一個(gè)三維模型，其中設(shè)軸表示指紋圖像的橫坐標(biāo)，軸表示指紋圖像的縱坐標(biāo)，軸表示指紋圖像各點(diǎn)灰度值。其中表示指紋圖像在一條紋線上隨(X,Y)點(diǎn)的不同灰度值變化的函數(shù)。

觀察指紋紋線的分布可以發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)格的規(guī)律性。一般一條紋線的灰度值按脊的走向變化不大；同樣，按谷的走向變化也不大；而從脊到谷的縱向灰度值變化非常顯著。

在一般的模式識(shí)別問(wèn)題中，如果我們希望將對(duì)象區(qū)分為不同的類別，我們必須首先確定要測(cè)度對(duì)象的哪些特征來(lái)產(chǎn)生描述性的參數(shù)。這些被測(cè)度的特性被稱為對(duì)象的特征；而每個(gè)對(duì)象的所有被測(cè)度特征的值構(gòu)成該對(duì)象的特征向量。

在分類算法中，一般并不是對(duì)對(duì)象本身進(jìn)行處理，而是對(duì)對(duì)象的特征值進(jìn)行處理。因此選擇合適的，能夠準(zhǔn)確代表被分類對(duì)象的特征是非常重要的；也是在設(shè)計(jì)分類算法時(shí)首先要考慮的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，好的特征具有以下4個(gè)特點(diǎn)：

（1）區(qū)別性：不同類別對(duì)象的特征應(yīng)有的較大的區(qū)別。

（2）可靠性：同種類別的各對(duì)象應(yīng)具有相近的特征值。

（3）獨(dú)立性：不同的特征之間相關(guān)性盡可能小。

（4）復(fù)雜性：被選用對(duì)象特征的復(fù)雜性應(yīng)該盡可能小。

本論文深入地討論了多級(jí)指紋分類算法，針對(duì)目前的指紋自動(dòng)分類算法的正確率不高、分類數(shù)目少、效率低的情況，在文章中使用了多級(jí)自動(dòng)分類算法，在保證指紋分類正確率的同時(shí)，增加了指紋分類的類別數(shù)目，在很大程度上提高了指紋分類的效率。

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2017-09-10）