指纹识别

我们在指纹方面稍稍的做了一些工作，写了下面的一点点小东西，希望对大家有用。     一般的指纹分成有以下几个大的类别：left loop，right loop，twin loop，whorl，arch 和 tented arch。这样就可以将每个人的指纹分别规类，进行检索。     指纹识别基本上也是可以分成：预处理、特征选择和模式分类几个大的步骤。但是由于指纹图像的特殊性，其内在的处理过程可能比较复杂，所以其中的变化也比较多。   指纹图像的预处理包括：图像加强、细化、方向图提取、分割等步骤。其中分割指的是去除噪声较多不易区分的指纹分块等等。方向图提取的方法也比较多，有模板的方法、神经网络的方法或者其他好多的方法。 指纹图像的特征指的是这种特征       特征提取之后的匹配过程，我们所知到的不多，可以参考文章。 A.K.Jain是其中的大师，中国在这方面的人物有石青云。以下列出了他们的一些文章。 1. Fingerprint classification approaches: an overview http://ccrma-www./~jhw/bioauth/fingerprints/00949849.pdf 2. Jain, A., and Pankanti, S., "Fingerprint Classification and Matching".  Handbook for Image and Video Processing, A. Bovik (ed.), Academic Press, April 2000. http://www.research.ibm.com/ecvg/pubs/sharat-handbook.pdf 3. L. Hong, Y. Wan, and A. Jain, "Fingerprint image enhancement: Algorithm and performance evaluation,"  IEEE. Trans. Pattern Anal. Machine Intell., vol. 20, pp. 777--789, Aug. 1998.

 

指纹识别系统及其应用

［ 作者：佚名    转贴自：本站原创    点击数：11265    更新时间：2004-4-2    文章录入：yangyang ］

指纹识别系统及其应用 一、 简介 我们手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。 1、现行的系统受到的挑战 安全性是许多系统要首先考虑的问题，尽管使用者一向都相当讨厌安全检查机制介入他们的工作中，但管理者仍然需要这样的一种检查访问与使用情形的手续与方法。如果没有办法清楚明确的辨认使用者身分的话，那么你也将无法确认是那位使用者，以及他究竟操作了什么行动。所以使用者会被强迫去进行一些密码机制或硬件标志以帮助我们去追踪究竟是谁做了些什么？ 现行的许多计算机系统中，包括许多非常机密的系统，都是使用“用户ID+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制的。实际上，这种方案隐含着一些问题。例如，密码容易被忘记，也容易被别人窃取。而且，如果用户忘记了他的密码，他就不能进入系统，当然可以通过系统管理员重新设定密码来重新开始工作，但是一旦系统管理员忘记了自己的密码，整个系统也许只有重新安装后才能工作。有关机构的调查表明，因为忘记密码而产生的问题已经成为IT厂商售后服务的最常见问题之一；密码被别人盗取则更是一件可怕的事情，因为用心不良的人可能会进一步窃取公司机密数据、可能会盗用别人的名义做不正当的事情、甚至从锹行、ATM终端上提取别人的巨额存款。实际上，密码的盗取比较容易，别人只要留意你在计算机终端前输入口令时的击键动作就可以知道你的密码，甚至可以通过你的生日、年龄、姓名或者其他一些信息猜出你的密码--许多人使用自己的生日作为密码，密码还可以被解破--众所周知，高度机密的美国一些军事机构计算机网络曾不止一次被黑客侵入，黑客们实际上就是解破了这些计算机网络的某一合法用户的密码来开始的。尽管现行系统通过要求用户及时改变他们的口今来防止盗用口令行为，但这种方法不但增加了用户的记忆负担，也不能从根本上解决问题。 随着科技的进步，指纹识别技术已经开始走入了我们的日常生活之中。目前在世界上许多公司和研究机构都在指纹识别技术的研究中取得一些突破性技术，从而推出了许多新产品，这些产品己经开始在请多领域得以运用。BAC公司推出的业界领先的SecureTouch指纹识别机产品，就是非常具有应用价值和前景的。 除了计算机网络及其应用系统外，一些传统的需要进行身份验证的场合，也存在着类似的安全性问题。例如证件的伪造和盗用、不正当的转借等。一些犯罪通过伪造证件进入机密场所以窃取机密信息，有的犯罪伪造签证和护照非法入境或移民，这是因为传统的证件使用了易于伪造、未经加密的纸制证件。另一个例子是考勤机，它的使用方便了企业进行职工的考勤管理，但使领导头疼的是经常有人弄虚作假，代别人打卡。 丢了钥匙不仅打不开门，还要当心坏人拾到你的钥匙盗取你的家财，其他使用钥匙的场合同样也有如此的问题…… 这些问题都说明，现行的系统安全性技术己经遭遇严峻的挑战! 2、指纹识别是成熟的生物识别(Biometric)技术 由于人体的身体特征具有不可复制的特点，人们把目光转向了生物识别技术，希望可以籍此技术来应付现行系统安全所面临的的挑战。要把人体的特证用于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。基于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都己经成熟并得以应用，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的热点。 指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图象读取设备，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两个指纹的比对运算的可能。另外，匹配算法可靠性也不断提高，指纹识别技术己经非常实用。 二、 验证和辨识 应用系统利用指纹识别技术可以分为两类，即验证(Verification)和辨识(Identification)。 验证就是通过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（one-to-one matching），来确认身份的过程。作为验证的前提条件，他或她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（ID，PIN）联系起来。随后在比对现场，先验证其标识，然后，利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明其标识是合法的。验证其实是回答了这样一个问题："他是他自称的这个人吗？"这是应用系统中使用得较多的方法。 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（one-to-many matching）”。验证其实是回答了这样一个问题：“他是谁？”辨识主要应用于犯罪指纹匹配的传统领域中。一个不明身份的人的指纹与指纹库中有犯罪记录的人指纹进行比对，来确定此人是否曾经有过犯罪记录。 验证和辨识在比对算法和系统设计上各具技术特点。例如验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而辨识系统要考虑残纹的比对；验证系统对比对算法的速度要求不如辨识系统高，但更强调易用性；另外在辨识系统中，一般要使用分类技术来加快查询的速度。 除了验证的一对一和辨识的一对多比对方法，在实际应用中还有“一对几个匹配（one-to-few matching）”。一对几个匹配主要应用于只有“几个(few)”用户的系统中，比如一个家庭的成员要进入他们的房子。 “几个”所包含的数目一般为5～20人。一对几个匹配一般使用与一对一匹配相同的方法。 三、 可靠性问题 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，拒判率(FRR)和误判率(FAR)。我们可以根据不同的用途来调整这两个值。FRR和FAR是成反比的。用0-1.0或百分比来表达这个数。ROC(Receiver Operating Curve)-曲线给出FAR和FRR之间的关系。 尽管指纹识别系统存在着可靠性问题，但其安全性也比相同可靠性级别的“用户ID+密码”方案的安全性高得多。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。 四、 嵌入式系统(Embedded System)与连接PC的桌面应用 利用指纹识别技术的应用系统常见有两种方法，即嵌入式系统和连接PC的桌面应用系统。嵌入式系统是一个相对独立的完整系统，它不需要连接其他设备或计算机就可以独立完成其设计的功能，象指纹门锁、指纹考勤终端就是嵌入式系统。其功能较为单一，应用于完成特定的功能。而连接PC的桌面应用系统具有灵活的系统结构，并且可以多个系统共享指纹识别设备，可以建立大型的数据库应用。当然，由于需要连接计算机才能完成指纹识别的功能，限制了这种系统在许多方面的应用。 当今市场上的指纹识别系统厂商，除了提供完整的指纹识别应用系统及其解决方案外，可以提供从指纹取像设备的OEM产品到完整的指纹识别软件开发包，从而使得无论是系统集成商还是应用系统开发商都可以自行开发自己的增值产品，包括嵌入式的系统和其他应用指纹验证的计算机软件。 五、 指纹识别技术应用实例 指纹识别技术可以通过几种方法应用到许多方面。本文在上面已经介绍的通过使用指纹验证来取代各个计算机应用程序的密码就是最为典型的实例。可以想象如果计算机上的所有系统和应用程序都可以使用指纹验证的话，人们使用计算机就会非常方便和安全，用户不再讨厌必要的安全性检查，而IT开发商的售后服务工作也会减轻许多。IBM公司已经开发成功并广泛应用的Global Sign On软件通过定义唯一的口令，或者使用指纹，就可以在公司整个网络上畅行无阻。 把指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个方向之一。该技术把卡的主人的指纹（加密后）存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统，当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与持卡者的指纹就可以确认持卡者的是否卡的真正主人，从而进行下一步的交易。在更加严格的场合，还可以进一步同后端主机系统数据库上的指纹作比较。指纹IC卡可以广泛地运用于许多行业中，例如取代现行的ATM卡、制造防伪证件（签证或护照、公费医疗卡、会员卡、借书卡等）。目前ATM提款机加装指纹识别功能在美国已经开始使用。持卡人可以取消密码 (避免老人和孩子记忆密码的困难)或者仍旧保留密码，在操作上按指纹与密码的时间差不多。 近年来，自动发送信息的互联网络，带给人们的方便与利益，正在快速增长之中，但也因此产生了很多的问题，尤其在信息安全方面。无论是团体或者个人的信息，都害怕在四通八达的网络上传送而发生有损权益的事情。由于指纹特征数据可以通过电子邮件或其他传输方法在计算机网络上进行传输和验证，通过指纹识别技术，限定只有指定的人才能访问相关信息，可以极大地提高网上信息的安全性，这样，包括网上银行、网上贸易、电子商务的一系列网络商业行为，就有了安全性保障。在SFNB(Security First Network Bank安全第一网络银行)，就是通过互联网络来进行资金划算的，他们目前正在实施以指纹识别技术为基础的保障安全性的项目，以增强交易的安全性。 在医院里，指纹识别技术可以验证病人身份，例如输血管理。指纹识别技术也有助于证实寻求公共救援、医疗及其他政府福利或者保险金的人的身份确认。在这些应用中，指纹识别系统将会取代或者补充许多大量使用照片和ID的系统。 总之，随着许多指纹识别产品已经开发和生产，指纹识别技术的应用已经开始进入民用市场，并且发展迅猛，相信这一技术的普及应用已经指日可待。

指纹识别的基本原理

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指纹其实是比较复杂的。与人工处理不同，许多生物识别技术公司并不直接存储指纹的图像。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法（美国有关法律认为，指纹图像属于个人隐私，因此不能直接处理指纹图像）。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。 指纹的特征 我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征。在考虑局部特征的情况下，英国学者E.R.Herry认为，只要比对13个特征点重合，就可以确认为是同一个指纹。 总体特征 　　总体特征是指那些用肉眼直接就可以观察到的特征，包括： 纹形  环型（loop） 弓型（arch） 螺旋型（whorl） 其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠纹形来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，通过更详细的分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便快捷。 模式区（Pattern Area） 模式区是指指纹上包括了总体特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据。 SecureTouch的指纹识别算法使用了所取得的完整指纹而不仅仅是模式区进行分析和识别。 核心点（Core Point） 核心点位于指纹纹路的渐进中心，它在读取指纹和比对指纹时作为参考点。许多算法是基于核心点的，既只能处理和识别具有核心点的指纹。核心点对于SecureTouch的指纹识别算法很重要，但没有核心点的指纹它仍然能够处理。 三角点（Delta） 三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计数跟踪的开始之处。 纹数（Ridge Count） 指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一般先在连接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。 局部特征 局部特征是指指纹上的节点的特征，这些具有某种特征的节点称为特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的局部特征--特征点，却不可能完全相同。 指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的，而是经常出现中断、分叉或打折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”。就是这些特征点提供了指纹唯一性的确认信息。指纹上的节点有四种不同特性： 特征点的分类 有以下几种类型，最典型的是终结点和分叉点。 终结点（Ending） -- 一条纹路在此终结。 分叉点（Bifurcation） -- 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路。 分歧点（Ridge Divergence） -- 两条平行的纹路在此分开。 孤立点（Dot or Island） -- 一条特别短的纹路，以至于成为一点。 环点（Enclosure） -- 一条纹路分开成为两条之后，立即有合并成为一条，这样形成的一个小环称为环点。 短纹（Short Ridge） -- 一端较短但不至于成为一点的纹路。 方向（Orientation） -- 节点可以朝着一定的方向。 曲率（Curvature） -- 描述纹路方向改变的速度。 位置（Position） -- 节点的位置通过（x, y）坐标来描述，可以是绝对的，也可以是相对于三角点或特征点的。

指纹识别合集1

［ 作者：佚名    转贴自：本站原创    点击数：12666    更新时间：2004-5-14    文章录入：admin ］

指纹识别技术研究进展 作者：戴平阳 （厦门大学计算机科学系，福建厦门) 摘要：指纹识别由于具有唯一性、可靠性，在安全领域得到了广泛的应用. 本文介绍了指纹识别技术的历史、现状和 发展情况，对指纹识别系统的指纹图像增强、特征提取及特征匹配环节的各种技术以及新的发展动态进行了详细的 讨论和分析. 关键词：指纹识别；图像增强；特征提取；特征匹配   指纹图像自动识别系统预处理算法的研究 兰州中科院近代物理所  洪华军  乔为民  朱立新 摘要：系统地阐述了指纹图像自动识别系统预处理的政府、算法，并对指纹图像预处理中的各种技术进行了分析及实验。在比较了各种预处理方法之后，提出了一种比较好的指纹图像预处理算法，并在实验中得到了验证。   自动指纹识别中的图像增强和细节匹配算法 罗希平 田捷* (北京 中国科学院自动化研究所人工智能实验室 100080) 摘要: 本文对自动指纹识别系统（Automated Fingerprint Identification System，简称AFIS）的两个重要问题，指纹图像增强和细节匹配做了研究。本文给出了一种基于方向场的指纹图像增强算法，并对Anil Jain等人提出的细节匹配算法进行了修正。本文采用了一种新的更简单的方法来进行指纹图像的校准，并以一种简单而有效的方式将脊线信息引入匹配过程中，这样做的好处之一是以较低的计算代价有效地解决了匹配中参照点对的选取问题。另外，本文采用了大小可变的限界盒来适应指纹的非线性形变。在FVC2000公布的指纹图像数据库上按FVC2000测试标准所做的实验显示本文的算法对原算法有较大的改进。 关键词: 自动指纹识别系统(AFIS),图像增强，细节匹配   基于非线性扩散滤波的指纹增强算法 程建刚 田捷* 何余良 (生物特征识别研究组，复杂系统与智能科学重点实验室，中科院自动化所，100080，北京) [e-mail] 摘要:本文根据指纹图像的特性提出了一种利用非线性扩散滤波增强指纹图像以提取细节点 的方法。该算法利用指纹图像的结构张量构造扩散张量，使得滤波沿着指纹脊线方向扩散。 在求解非线性扩散滤波中最重要是怎样选取迭代时间和迭代步长，为了解决这两个问题， 本文根据扩散张量在大小为(2n+1)×(2n+1)窗口上的离散形式，分解扩散滤波为4n 个方向 的和，然后利用托马斯－高斯消元法在每个方向快速求解非线性滤波后的指纹增强图像。 该算法的优点是可以有效的连接断裂脊线，而不会改变指纹脊线的连续性和奇异性。在 NIST27 数据库以及FVC2002 数据库上的实验结果表明基于非线性扩散滤波的指纹增强算 法可以有效地提高提取细节点的性能和指纹匹配率。 关键词 指纹增强；非线性扩散；指纹细节点   指纹识别系统性能评价方法 卢朝阳， 张岗山， 刘琳 （西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西西安  公安部第一研究所，北京） 摘要：指纹自动识别技术在身份认证领域有广泛和重要的应用价值+ 文中在综述该领域发展现状的基 础上，重点研究了指纹图像识别的算法评价问题+ 提出了全面衡量指纹识别性能的必要性和方法，其中 包括指纹数据库的建立要求，以及拒真率、认假率和拒登率等& 项必要的评价指标，并用实例说明了这 种评价体系的使用过程+ 关键词：指纹识别；图像处理和人工智能；性能评价 下载论文

指纹识别合集2

［ 作者：Fish    转贴自：本站原创    点击数：8166    更新时间：2004-5-19    文章录入：admin ］

Fingerprint Classification Kalle Karu and Anil K. Jain Department of Computer Science Michigan State University East Lansing, MI 48824, USA [e-mail], [e-mail] November 18, 1995 Keywords: Fingerprints, classification, delta, core, directional image, Poincare index.   Fingerprint Classification and Matching Anil Jain Sharath Pankanti Dept. of Computer Science & Engg. Exploratory Computer Vision Grp. Michigan State University IBM T. J. Watson Research Center East Lansing, MI 48824 Yorktown Heights, NY10598 [e-mail] [e-mail]   融合自动指纹认证的安全密码体制在网络安全中的应用 田捷1 王星明 武岩 （中国科学院自动化研究所人工智能实验室 北京 100080） 摘要：网络信息安全是目前国内外数据通信领域的一个重要研究方向。本文简要地讨论了广泛使用于信息安全领域的密码技术中存在的一些缺陷，针对这些问题提出了运用自动指纹认证与密码机制相结合的解决方案。 关键词：网络信息安全 自动指纹认证 私钥密码 公钥密码   指纹图像质量自动评测方法 任群 张晓鹏 田捷 (中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室，北京 100080) 摘要：本文给出了一种实用的指纹图像自动评测算法。该方法首先基于视觉特性的客观测度，给出几种评测参数的定义，然后利用边缘高细节点的信息计算这些评测参数，最后，用加权平均的方法得到指纹图像的质量分数。采用FVC2000数据库测试结果表明，该算法比较准确地定量反映了指纹图像的质量，其反映的指纹图像质量与人的视觉效果基本一致，保证了自动指纹识别技术的高性能。 关键词：指纹图像质量 特征点 指纹识别 客观评测   自动指纹识别算法在嵌入式系统上的实现?? 刘 旭1, 田 捷 1(中国科学院 自动化研究所人工智能实验室,北京 100080) E-mail: [e-mail] 摘要: 本文介绍了一种自动指纹识别算法在嵌入式系统上的实现方案。详细介绍了系统各部分的组成，包括系统的硬件设计和软件设计。针对图像处理应用在嵌入式系统上实现的困难，本文提出了自己的行之有效的解决方案。因此本文对其他做嵌入式系统设计的设计人员而言具有很有效的指导作用。 关 键 词: 自动指纹识别，嵌入式系统，DSP芯片