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    [关键词]指纹 指纹识别技术
    
    现代电子集成制造技术使得指纹图像读取和处理设备小型化,同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行指纹比对运算的可能,而优秀的指纹处理和比对算法保证了识别结果的准确性。在现实条件下,指纹识别的算法(图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配)等往往是由指纹采集设备的制造商提供的,类似于某些计算机构件的驱动程序,构建指纹识别系统时可按需要选用。
    
    1.指纹采集设备
    
    目前最常用的取像设备分成两类:光学、晶体传感器。
    光学取像设备有最悠久的历史,可以追溯到20世纪70年代。光学取像设备依据的是光的全反射原理(FTIR)。光线照到压有指纹的玻璃表面,反射光线由CCD去获得,反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹脊和谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射,光线被反射到CCD,而射向脊的光线不发生全反射,而是被脊与玻璃接触面吸收或者漫反射到别的地方,这样就在CCD上形成了指纹的图像。由于最近光学设备的革新,极大地降低了设备的体积。
    晶体传感器是最近在市场上才出现的,尽管它在技术介绍性文章中已经出现近20年。这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。最常见的硅电容传感器通过电子度量被设计用来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100,000个电容传感器,其外面是绝缘的表面,当用户的手指放在上面时,皮肤组成了电容阵列的另一面。电容器的电容值由于导体间的距离而降低,这里指的是脊(近的)和谷(远的)相对于另一极之间的距离。另一种晶体传感器是压感式的,其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料,他们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号。其他的晶体传感器还有温度感应传感器,它通过感应压在设备上的脊和远离设备谷的温度的不同,可以获得指纹图像。
    
    2.指纹比对算法
    
    在指纹比对算法方面,主要有两个概念,验证和辩识;验证也就是我们所常说的1:1算法,辩识就是1:N算法。同时对指纹比对算法还有两个重要的参数误识率和拒真率。
    
    2.1 验证
    验证就是把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对来确认身份的过程。作为验证的前提条件,被验证的指纹必须在指纹库中已经注册。指纹以一定的压缩格式存贮,并与其姓名或其标识联系起来。随后在比对现场,先验证其标识,例如输入姓名或标识号等,然后,按标识查找系统中的指纹与现场采集的指纹比对来证明其是否相符。验证其实是证实了被验证人是否是预定的人。验证是指纹识别应用系统中使用得较多的方法。
    
    2.2 辩识
    辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据厍中的指纹逐一对比,从中找出与现场指纹相匹配的指纹。这也叫“一对多匹配”。显然,“辩识”这种算法的应用是有一定限制的。我们知道,比对指纹是须要一定的时间的,如果在一定量的指纹数据库中查找一个符合条件的指纹,其需要的时间是很可观的,有时是无法容忍的。
    
    2.3 误识率和拒真率
    由于计算机处理指纹时,只是涉及了指纹的一些有限的信息,而且比对算法并不是精确匹配,其结果也不能保证100%准确。指纹识别系统的特定应用的重要衡量标志是识别率。主要由两部分组成,拒真率(FRR)和误识率(FAR)。我们可以根据不同的用途来调整这两个值。
    拒真率(FRR)和误识率(FAR)是成反比的。用0-1.0或百分比来表达这个数。例如采用四位数字密码的系统,不安全概率为0.01%,如果同采用误判率为0.01%指纹识别系统相比,由于不诚实的人可以在一段时间内试用所有可能的密码,因此四位数密码并不安全,但是他绝对不可能找到一千个人去为他把所有的手指(十个手指)都试一遍。正因为如此,权威机构认为,在应用中1%的误判率就可以接受。FRR实际上也是系统易用性的重要指标。由于FRR和FAR是相互矛盾的,这就使得在应用系统的设计中,要权衡易用性和安全性。一个有效的办法是比对两个或更多的指纹,从而在不损失易用性的同时,极大地提高了系统安全性。
    
    3.应用实例及分析
    
    本人曾在开发某证券公司身份识别系统时应用了指纹识别系统。在该系统中,身份识别系统(网络版)采用典型的三层结构,整个系统由一套中间件和若干套客户机组成。数据库服务器采用Microsoft SQL Server7.0,服务器通过中间件与Internet网或局域网相连。中间件通过Internet网与各客户机相连。指纹识别终端与客房机相连。指纹识别采用验证方式。
    
    参考文献
    [1]陈跃峰.新编J指纹识别技术漫谈[M].北京:中国电力出版社,2006
    [2]谭子强.指纹程序设计[M].北京:清华大学出版社,2001

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