技術研究
總體特征
總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。包括紋形、模式區、核心點、三角點和紋數等。
紋形
指紋專家在長期實踐的基礎上,根據脊線的走向與分布情況一般将指紋分為三大類——環型(loop,又稱鬥形)、弓形(arch)、螺旋形(whorl)。
模式區
即指紋上包括了總體特征的區域,從此區域就能夠分辨出指紋是屬于哪一種類型的。有的指紋識别算法隻使用模式區的數據,有的則使用所取得的完整指紋。
核心點
位于指紋紋路的漸進中心,它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點。許多算法是基于核心點的,即隻能處理和識别具有核心點的指紋。
三角點
位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點,或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉處,或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數跟蹤的開始之處。
紋數
即模式區内指紋紋路的數量。在計算指紋的紋路時,一般先連接核心點和三角點,這條連線與指紋紋路相交的數量即可認為是指紋的紋數。
局部特征
局部特征是指指紋上節點的特征,這些具有某種特征的節點稱為細節特征或特征點。
兩枚指紋經常會具有相同的總體特征,但它們的細節特征,卻不可能完全相同。指紋紋路并不是連續的、平滑筆直的,而是經常出現中斷、分叉或轉折。這些斷點、分叉點和轉折點就稱為"特征點",就是這些特征點提供了指紋唯一性的确認信息,其中最典型的是終結點和分叉點,其他還包括分歧點、孤立點、環點、短紋等。特征點的參數包括:方向(節點可以朝着一定的方向)、曲率(描述紋路方向改變的速度)、位置(節點的位置通過x/y坐标來描述,可以是絕對的,也可以是相對于三角點或特征點的)。
采集技術
獲得良好的指紋圖像是一個十分複雜的問題。因為用于測量的指紋僅是相當小的一片表皮,所以指紋采集設備應有足夠好的分辨率以獲得指紋的細節。目前所用的指紋圖像采集設備,基本上基于三種技術基礎:光學技術、半導體矽技術、超聲波技術。
光學技術
借助光學技術采集指紋是曆史最久遠、使用最廣泛的技術。将手指放在光學鏡片上,手指在内置光源照射下,用棱鏡将其投射在電荷耦合器件(CCD)上,進而形成脊線(指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線)呈黑色、谷線(紋線之間的凹陷部分)呈白色的數字化的、可被指紋設備算法處理的多灰度指紋圖象。
光學的指紋采集設備有明顯的優點:它已經過較長時間的應用考驗,一定程度上适應溫度的變異,較為廉價,可達到500DPI的較高分辨率等。缺點是:由于要求足夠長的光程,因此要求足夠大的尺寸,而且過分幹燥和過分油膩的手指也将使光學指紋産品的效果變壞。
矽技術
英文:CMOS,20世紀90年代後期,基于半導體矽電容效應的技術趨于成熟。矽傳感器成為電容的一個極闆,手指則是另一極闆,利用手指紋線的脊和谷相對于平滑的矽傳感器之間的電容差,形成8bit的灰度圖像。
矽技術優點是可以在較小的表面上獲得比光學技術更好的圖像質量,在1cm×1.5cm的表面上獲得200~300倍的分辨率(較小的表面也導緻成本的下降和能被集成到更小的設備中)。缺點是易受幹擾,可靠性相對差。
超聲波技術
為克服光學技術設備和矽技術設備的不足,一種新型的超聲波指紋采集設備已經出現。其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力,且随材料的不同産生大小不同的回波(超聲波到達不同材質表面時,被吸收、穿透與反射的程度不同),因此,利用皮膚與空氣對于聲波阻抗的差異,就可以區分指紋脊與谷所在的位置。
超聲波技術所使用的超聲波頻率為1×104Hz~1×109Hz,能量被控制在對人體無損的程度(與醫學診斷的強度相同)。超聲波技術産品能夠達到最好的精度,它對手指和平面的清潔程度要求較低,但其采集時間會明顯地長于前述兩類産品。