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1簡介
每個人包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，呈現(xiàn)性且終生不變。據(jù)此，我們就可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過將他的指紋和預(yù)先保存的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證它的真實(shí)身份，這就是指紋識別技術(shù)。
指紋識別主要根據(jù)人體指紋的紋路、細(xì)節(jié)特征等信息對操作或被操作者進(jìn)行身份鑒定，得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而可靠的算法研究，已經(jīng)開始走入我們的日常生活，成為目前生物檢測學(xué)中研究深入，應(yīng)用廣泛，發(fā)展成熟的技術(shù)。
2原理
指紋其實(shí)是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，許多生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖象。多年來在各個公司及其研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了許多數(shù)字化的算法（美國有關(guān)法律認(rèn)為，指紋圖象屬于個人隱私，因此不能直接存儲指紋圖象）。但指紋識別算法終都?xì)w結(jié)為在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。
3指紋識別
與人工處理不同，一般的生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖象，而是使用不同的數(shù)字化算法在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。每個指紋都有幾個、可測量的特征點(diǎn)，每個特征點(diǎn)都有大約5~7個特征，我們的十個手指產(chǎn)生少4900個獨(dú)立可測量的特征，這足以說明指紋識別是一個更加可靠的鑒別方式。
4識別指紋研究
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(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)等。
指紋專家在長期實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)脊線的走向與分布情況一般將指紋分為三大類——環(huán)型（loop，又稱斗形）、弓形（arch）、螺旋形（whorl）。
模式區(qū)
即指紋上包括了總體特征的區(qū)域，從此區(qū)域就能夠分辨出指紋是屬于哪一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)，有的則使用所取得的完整指紋。
核心點(diǎn)
位于指紋紋路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對指紋時(shí)作為參考點(diǎn)。許多算法是基于核心點(diǎn)的，即只能處理和識別具有核心點(diǎn)的指紋。
三角點(diǎn)
位于從核心點(diǎn)開始的個分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)，或者兩條紋路會聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)數(shù)跟蹤的開始之處。
紋數(shù)
即模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋路時(shí)，一般先連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)。
局部特征
局部特征是指指紋上節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱為細(xì)節(jié)特征或特征點(diǎn)。
兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的細(xì)節(jié)特征，卻不可能*相同。指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或轉(zhuǎn)折。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為"特征點(diǎn)"，就是這些特征點(diǎn)提供了指紋性的確認(rèn)信息，其中典型的是終結(jié)點(diǎn)和分叉點(diǎn)，其他還包括分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)、短紋等。特征點(diǎn)的參數(shù)包括：方向（節(jié)點(diǎn)可以朝著一定的方向）、曲率（描述紋路方向改變的速度）、位置（節(jié)點(diǎn)的位置通過x/y坐標(biāo)來描述，可以是的，也可以是相對于三角點(diǎn)或特征點(diǎn)的）。
5應(yīng)用領(lǐng)域
2014年4月發(fā)布的三星Galaxy S5和蘋果iPhone 5S都配備了指紋識別功能。三星的Galaxy S5需要用戶將手指以一定的方向劃過Home鍵，這樣傳感器才能采集到較為完整的指紋信息，否則就會識別失敗。蘋果iPhone 5S的Touch ID功能也有可能會失效，需要重新錄入指紋信息才能恢復(fù)正常。雖然指紋識別功能目前還不成熟，但是由于智能手機(jī)市場的需求，很多手機(jī)廠商如HTC、小米、華為等都早已開始研發(fā)自己的指紋識別功能。
6指紋識別技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析
作為生物識別技術(shù)中應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉的識別技術(shù)之一，指紋識別技術(shù)在2012年保持著良好的發(fā)展態(tài)勢，預(yù)計(jì)未來幾年指紋識別市場將會持續(xù)保持穩(wěn)定的增長速度。目前指紋識別技術(shù)主要應(yīng)用在企業(yè)考勤和智能小區(qū)門禁系統(tǒng)中，隨著技術(shù)的成熟和成本的降低，指紋識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。
1、企業(yè)考勤仍占主導(dǎo)
考勤是現(xiàn)代企業(yè)管理的基礎(chǔ)，也是衡量企業(yè)管理水平的重要標(biāo)志?；谥讣y識別的企業(yè)員工考勤系統(tǒng)能夠*解決傳統(tǒng)打卡鐘、IC卡考勤方式所出現(xiàn)的代打卡問題，保證考勤數(shù)據(jù)的真實(shí)性，真正體現(xiàn)公開、公平和公正，因此能進(jìn)一步提高企業(yè)管理的效率和水平。并且，由于指紋識別產(chǎn)品是目前方便、可靠和價(jià)格便宜的生物識別產(chǎn)品因而成為大多數(shù)中小企業(yè)考勤的。目前中國市場指紋考勤產(chǎn)品的銷售數(shù)量就占據(jù)了整體生物識別產(chǎn)品銷量的40%以上，高居*。
2、智能小區(qū)成為普及熱點(diǎn)
由于智能小區(qū)在設(shè)計(jì)選型時(shí)要從功能、性能、成本等多方面進(jìn)行綜合考慮，因此，通常會選用技術(shù)發(fā)展較成熟、可靠性高、并且性價(jià)比較好的產(chǎn)品。指紋識別技術(shù)在眾多生物識別技術(shù)中發(fā)展為成熟，性能穩(wěn)定，且成本較低，特別適合在智能小區(qū)中進(jìn)行推廣和普及。指紋識別技術(shù)在智能小區(qū)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)小區(qū)居民在社區(qū)中進(jìn)行停車收費(fèi)、超市購物、圖書借閱、樓宇出入等日?；顒禹?xiàng)目。有效解決居民使用證件繁多容易丟失，給生活帶來很多不便的矛盾，并提升了社區(qū)的管理水平，促進(jìn)管理手段現(xiàn)代化。如今指紋識別技術(shù)已經(jīng)在智能小區(qū)中得到廣泛應(yīng)用，并向著更加廣大的民用市場邁進(jìn)。
3、指紋鎖市場發(fā)展迅猛
把指紋識別技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的門鎖之中，是生物識別技術(shù)從專業(yè)市場走向民用市場的*。指紋鎖產(chǎn)品的出現(xiàn)宣告了新一代門鎖時(shí)代的來臨，指紋鎖將會逐漸改變?nèi)祟愐酝褂描€匙開門的生活方式。指紋鎖的便捷、安全、低成本特性將會帶來非常樂觀的市場前景，新一輪門鎖競爭將促使指紋鎖市場迅猛向前發(fā)展。
4、多元化應(yīng)用遍地開花
除了在企業(yè)考勤和智能小區(qū)中的應(yīng)用外，目前，指紋識別技術(shù)在司法領(lǐng)域、金融領(lǐng)域等大型的公共項(xiàng)目中也有著非常廣泛的應(yīng)用。除此之外，指紋識別技術(shù)還被創(chuàng)新應(yīng)用到護(hù)照、簽證、*等十分重要的管理系統(tǒng)中，承擔(dān)著基于大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的自動身份識別功能。
7分類
就應(yīng)用方法而言，指紋識別技術(shù)可分為驗(yàn)證和辨識。
驗(yàn)證
就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與一個已經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對一的比對來確定身份的過程。指紋以一定的壓縮格式存儲，并與其姓名或其標(biāo)識（ID，PIN）聯(lián)系起來。隨后在對比現(xiàn)場，先驗(yàn)證其標(biāo)識，然后利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場采集的指紋比對來證明其標(biāo)識是合法的。驗(yàn)證其實(shí)回答了這樣一個問題："他是他自稱的這個人嗎？"這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的方法。
辨識
則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一對比，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋。這也叫"一對多匹配"。辨識其實(shí)是回答了這樣一個問題："他是誰？"
指紋是人體的特征，其復(fù)雜度足以提供用于鑒別的特征。隨著相關(guān)支持技術(shù)的逐步成熟，指紋識別技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已成為目前方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的生物識別技術(shù)解決方案，對于廣大市場的應(yīng)用有著很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>
8功能
讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。在一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖象，取到指紋圖像之后，要對原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰。接下來，指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字標(biāo)識——特征數(shù)據(jù)，一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。有的算法把節(jié)點(diǎn)和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像。總之，這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板，保存為1K大小的記錄。無論它們是怎樣組成的，至今仍然沒有一種模板的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有一種公布的抽象算法，而是各個廠商自行其是。 后，通過計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。
我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚表面的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。人們也注意到，包括指紋在內(nèi)的這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，也就是說，是的。依靠這種性，我們就可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過對他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。這種依靠人體的身體特征來進(jìn)行身份驗(yàn)證的技術(shù)稱為生物識別技術(shù)，指紋識別是生物識別技術(shù)的一種。 目前，從實(shí)用的角度看，指紋識別技術(shù)是優(yōu)于其他生物識別技術(shù)的身份鑒別方法。這是因?yàn)橹讣y各不相同、終生基本不變的特點(diǎn)已經(jīng)得到*，近二三十年的警用指紋自動識別系統(tǒng)的研究和實(shí)踐為保安指紋自動識別打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。特別是現(xiàn)有的指紋自動識別系統(tǒng)已達(dá)到操作方便、準(zhǔn)確可靠、價(jià)格適中的階段，是實(shí)用化的生物測定方法。
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，指紋識別可以用于開機(jī)登錄身份確認(rèn)，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限及身份的確認(rèn)，銀行儲蓄防冒領(lǐng)及通存通兌的加密方法，保險(xiǎn)行業(yè)中投保人的身份確認(rèn)，期貨證券提款人的身份確認(rèn)，醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中醫(yī)療保險(xiǎn)人的身份確認(rèn)等等.如將指紋信息記錄在特殊用途的卡上，通過現(xiàn)場比對，可以防止冒充等欺詐行為。例如：信用卡、醫(yī)療卡、會議卡、儲蓄卡、駕駛證、準(zhǔn)考證、護(hù)照防偽等。
計(jì)算機(jī)指紋自動識別技術(shù)正在從科幻小說和好萊塢電影中走入我們實(shí)際生活中，也許有一天，您不必隨身攜帶那一串鑰匙，只需手指一按，門就會打開；也不必記住那煩人的密碼，利用指紋就可以提款、計(jì)算機(jī)登錄。相信這一天，不會太遠(yuǎn)。
9優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1、指紋是人體的特征，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征；
2、如果要增加可靠性，只需登記更多的指紋、鑒別更多的手指，多可以多達(dá)十個，而每一個指紋都是的；
3、掃描指紋的速度很快，使用非常方便；
4、讀取指紋時(shí)，用戶必需將手指與指紋采集頭相互接觸，與指紋采集頭直接；
5、接觸是讀取人體生物特征可靠的方法；
6、指紋采集頭可以更加小型化，并且價(jià)格會更加的低廉；
缺點(diǎn)
1、某些人或某些群體的指紋特征少，難成像；
2、過去因?yàn)樵?記錄中使用指紋，使得某些人害怕“將指紋記錄在案”。
3、實(shí)際上現(xiàn)在的指紋鑒別技術(shù)都可以不存儲任何含有指紋圖像的數(shù)據(jù)，而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)；
4、每一次使用指紋時(shí)都會在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕，而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性。
10采集技術(shù)
獲得良好的指紋圖像是一個十分復(fù)雜的問題。因?yàn)橛糜跍y量的指紋僅是相當(dāng)小的一片表皮，所以指紋采集設(shè)備應(yīng)有足夠好的分辨率以獲得指紋的細(xì)節(jié)。目前所用的指紋圖像采集設(shè)備，基本上基于三種技術(shù)基礎(chǔ)：光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體硅技術(shù)、超聲波技術(shù)。
光學(xué)技術(shù)
借助光學(xué)技術(shù)采集指紋是歷史久遠(yuǎn)、使用廣泛的技術(shù)。將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，用棱鏡將其投射在電荷耦合器件（CCD）上，進(jìn)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(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖象。
光學(xué)的指紋采集設(shè)備有明顯的優(yōu)點(diǎn)：它已經(jīng)過較長時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn)，一定程度上適應(yīng)溫度的變異，較為廉價(jià)，可達(dá)到500DPI的較高分辨率等。缺點(diǎn)是：由于要求足夠長的光程，因此要求足夠大的尺寸，而且過分干燥和過分油膩的手指也將使光學(xué)指紋產(chǎn)品的效果變壞。
硅技術(shù)
英文：CMOS，20世紀(jì)90年代后期，基于半導(dǎo)體硅電容效應(yīng)的技術(shù)趨于成熟。硅傳感器成為電容的一個極板，手指則是另一極板，利用手指紋線的脊和谷相對于平滑的硅傳感器之間的電容差，形成8bit的灰度圖像。
硅技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是可以在較小的表面上獲得比光學(xué)技術(shù)更好的圖像質(zhì)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(dǎo)致成本的下降和能被集成到更小的設(shè)備中）。缺點(diǎn)是易受干擾，可靠性相對差。
超聲波技術(shù)
為克服光學(xué)技術(shù)設(shè)備和硅技術(shù)設(shè)備的不足，一種新型的超聲波指紋采集設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)。其原理是利用超聲波具有穿透材料的能力，且隨材料的不同產(chǎn)生大小不同的回波（超聲波到達(dá)不同材質(zhì)表面時(shí)，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(qū)分指紋脊與谷所在的位置。
超聲波技術(shù)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(yī)學(xué)診斷的強(qiáng)度相同）。超聲波技術(shù)產(chǎn)品能夠達(dá)到好的精度，它對手指和平面的清潔程度要求較低，但其采集時(shí)間會明顯地長于前述兩類產(chǎn)品。
11發(fā)展趨勢
指紋識別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的算法的研究。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法。
現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖象讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個指紋的比對運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識別技術(shù)己經(jīng)非常實(shí)用。
指紋識別技術(shù)可以通過幾種方法應(yīng)用到許多方面。通過使用指紋驗(yàn)證來取代各個計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的密碼就是為典型的實(shí)例。可以想象如果計(jì)算機(jī)上的所有系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以使用指紋驗(yàn)證的話，人們使用計(jì)算機(jī)就會非常方便和安全，用戶不再討厭必要的安全性檢查，而IT開發(fā)商的售后服務(wù)工作也會減輕許多。
把指紋識別技術(shù)同IC卡結(jié)合起來，是目前有前景的一個方向之一。該技術(shù)把卡的主人的指紋（加密后）存儲在IC卡上，并在IC卡的讀卡機(jī)上加裝指紋識別系統(tǒng)，當(dāng)讀卡機(jī)閱讀卡上的信息時(shí)，一并讀入持卡者的指紋，通過比對卡上的指紋與持卡者的指紋就可以確認(rèn)持卡者是否是卡的真正主人，從而進(jìn)行下一步的交易。在更加嚴(yán)格的場合，還可以進(jìn)一步同后端主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫上的指紋作比較。
指紋IC卡可以廣泛地運(yùn)用于許多行業(yè)中，例如取代現(xiàn)行的ATM卡、制造防偽證件（簽證或護(hù)照、公費(fèi)醫(yī)療卡、會員卡、借書卡等）。目前ATM*加裝指紋識別功能在美國已經(jīng)開始使用。持卡人可以取消密碼（避免老人和孩子記憶密碼的困難）或者仍舊保留密碼，在操作上按指紋與密碼的時(shí)間差不多。
參考資料
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