指纹识别原理

指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。这些纹线有规律地排列，形成了不同的纹型，其中包括起点、终点、结合点和分叉点，这些特征点构成了独特的指纹特征。每个指纹包含多个独一无二的可测量特征点，每个特征点有大约七个特征。因此，每个人的十个手指合计可以产生至少4900个独立可测量的特征。指纹识别技术通过分析这些特征点，提取特征值，从而进行身份验证。

指纹识别的过程

指纹识别系统是一个典型的模式识别系统，主要包括指纹图像获取、处理、特征提取和比对等模块。

1、指纹图像获取

通过专门的指纹采集仪可以采集指纹图像。指纹传感器主要分为划擦式和按压式两种，按信号采集原理有光学式、压敏式、电容式、电感式、热敏式和超声波式。此外，也可以通过扫描仪或数字相机获取指纹图像。公安行业通常使用滚动捺印指纹。

2、指纹图像处理

（1）指纹图像压缩：为了减少存储空间，大容量的指纹数据库需要经过压缩存储。常用方法包括JPEG、WSQ和EZW等。

（2）指纹图像处理：包括指纹区域检测、图像质量判断、方向图和频率估计、图像增强、指纹图像二值化和细化等。预处理是对含噪声及伪特征的指纹图像采用特定算法进行处理，目的是改善指纹图像质量，提高特征提取准确性。通常包括归一化、图像分割、增强、二值化和细化等步骤。

3、指纹特征提取

纹型是根据中心花纹和三角的基本形态划分的。我国十指纹分析法将指纹分为三大类型，九种形态。一般情况下，指纹自动识别系统将指纹分为弓形纹、箕形纹、斗形纹和杂形纹等。指纹形态特征包括中心点和三角点等，细节特征点包括纹线的起点、终点、结合点和分叉点。从预处理后的图像中提取这些特征点信息，包括类型、坐标、方向等参数。指纹中的细节特征通常包括端点、分叉点、孤立点、短分叉和环等。而端点和分叉点在指纹中出现的机会最多、最稳定，易于获取。

4、指纹匹配

指纹匹配是将现场采集的指纹特征与指纹库中保存的指纹特征进行比较，判断是否属于同一指纹。可以先进行粗匹配，再利用指纹形态和细节特征进行精确匹配，给出两枚指纹的相似性得分。根据应用需求，可以对指纹的相似性得分进行排序或给出是否为同一指纹的判决结果。

指纹对比有两种方式：

（1）一对一比对：根据用户ID从指纹库中检索出待对比的用户指纹，再与新采集的指纹比对；

（2）一对多比对：新采集的指纹与指纹库中的所有指纹逐一比对。

指纹识别技术的优缺点

1、指纹识别技术的主要优点为：

（1）指纹是独一无二的生物特征，其复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；

（2）通过登记更多的指纹、鉴别更多的手指，可以提高可靠性，最多可以多达十个，而每个指纹都是独一无二的；

（3）扫描指纹速度快，使用方便；

（4）用户必须将手指与指纹采集头直接接触，接触是读取人体生物特征最可靠的方法；

（5）指纹采集头可以小型化，并且价格低廉；

2、指纹识别技术的主要缺点为：

（1）某些人的指纹特征少，难以成像，双手长期徒手工作业的人们手指若有破损或在干湿环境中，指纹识别会变得不那么便利；

（2）过去因犯罪记录中使用指纹，某些人可能担心“将指纹记录在案”；

（3）实际上，指纹鉴别技术可以不存储任何含有指纹图像的数据，仅存储加密的指纹特征数据；

（4）每次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕，这些指纹痕迹存在被复制的可能性；

（5）指纹是用户的重要个人信息，某些应用场合用户担心信息泄漏。

指纹识别技术应用

我国第二代身份证早就实现了指纹采集，各大智能手机的指纹解锁功能也已使用多年。与其他生物识别技术相比，指纹识别早已经在消费电子、安防、打卡机等产业中广泛应用，通过时间和实践的检验，技术方面也在不断革新。

指纹识别破解

尽管指纹识别技术广泛应用，但破解相对容易，可以通过制作指模破解。