指纹识别算法原理

指纹识别的原理

指纹识别，又称指纹辨识、指纹鉴定，是一项技术，多用于身份鉴定，能根据人类指纹结构特征来识别个人身份。指纹识别是以人指纹特征为样本，将静态图像变成数字模式，以此来识别人身份的一种生物特征识别技术。它是利用人体指纹中不仅表面细节，而且还包括指纹内部细微凹凸等特征，采用指纹扫描仪扫描指纹，快速准确地完成身份识别，并结合现代计算机技术，可将指纹特征翻译成数字、字母的信息，作为身份识别的重要依据。

指纹识别的原理是将侧滑模板指纹图像，与指纹对比原理图像相比，通过电子比较来识别个人身份。电子复原技术允许精确识别指纹，有助于破解人脸识别技术在性别、年龄、种族或社会变化下出现的误差。指纹识别技术工作原理如下：

（1）采集指纹：首先，将你的手指放在指纹采集装置（指纹扫描仪）上，采集器可以按照指定的标准，对比全掌的指纹纹理及其他信息，将得出的结果存储在计算机内供后续分析。

（2）数字化指纹：在采集到指纹图像后，指纹识别系统会将指纹采集仪拍摄的指纹参数进行数字化处理。

（3）指纹特征提取：指纹特征提取算法是识别指纹特征的核心部分，它能从指纹图像中提取出指纹的安全性、可靠性和可比性更高的特征参数，并将其保存在指纹模板中。

（4）指纹核验：利用计算机技术和数字指纹处理技术，可以快速准确地进行指纹核验，验证指纹模板的精确性。

（5）指纹识别：指纹识别是根据特定的指纹特征提取算法，从指纹图像中进行特征提取，建立指纹索引库，从而实现个体指纹识别的一个过程。

最后，指纹识别技术具有高效快速、识别准确率高、多媒体综合管理稳定可靠等特点，在人脸识别技术已无法准确识别的情况下，指纹识别技术可以准确快速的辨识特定的个体，对于提高身份安全性，实现数字资源管理具有重要作用。

自动指纹识别技术的原理和应用

第一章：引言

指纹是每个人独一无二的生物特征，严格来说，每个拥有指纹的生物都具有独特性。因此，自动指纹识别技术应用在各个领域的需求与日俱增。有鉴于此，本文将重点介绍自动指纹识别技术的原理和应用。

第二章：自动指纹识别技术的原理

自动指纹识别技术主要包括以下两个方面的原理：指纹采集原理和指纹识别原理。

2.1 指纹采集原理

指纹采集器（fingerprint collector）是对指纹系统进行扫描和采集。现在，一般的指纹采集方案是使用光学或电容传感器，在这种情况下，人们用手指在指纹扫描区域上进行指纹采集；指纹采集器通过扫描区域的形状、特征和纹路等信息来采集指纹特征。

2.2 指纹识别原理

指纹识别是确定指纹特征的过程。指纹可以分为细节和纹理两部分。细节是指指纹表面的小细节，例如汗孔和疤痕，而纹理是指指纹形态和线条的形成方式。指纹识别过程中，指纹将被传感器逐层扫描，然后转换为数字计算机能够识别的信息。通过使用模式匹配算法对指纹特征进行比对，计算机可以输出匹配的结果。

第三章：自动指纹识别技术的应用

自动指纹识别技术的主要应用包括以下三个领域：

3.1 公共安全

在公共安全领域，自动指纹识别技术已成为了一个纠正犯罪追踪和研究犯罪的重要工具。例如，在犯罪现场收集到的指纹与国家和地方数据库中的指纹进行比对，可以帮助公共安全工作人员识别嫌疑人。指纹识别还可应用于可能会涉及诈骗和经济犯罪等领域。

3.2 金融服务

自动指纹技术在金融服务领域得到了广泛应用。例如，对于需要客户识别的银行、保险公司和证券公司等金融机构，采用自动指纹识别技术可以作为一种安全性更高、便捷性更高的身份验证方式。通过指纹验证身份，可以避免诈骗等金融安全问题。

3.3 私人安全

自动指纹技术在私人安全领域的应用也不容忽视。例如，许多高档公寓、别墅和豪宅都安装了自动指纹识别门禁系统，这样，只需进行指纹验证就可以轻松进入住所。

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１０．２１．０４９　

一种新型指纹识别器的设计　

王琼’　吴奇　１，河南省舞钢市质量技术监督局４６２５００　２，河南理工大学电气工程与自动化学院４５４００３　

引言　自上世纪７０年代美日等发达国家在　国家安全领域采用指纹识别技术以来，指　纹识别技术有了长足的进步和发展，并逐　步向民用方面渗透。但仍有不法分子在国　家工作人员不备的前提下非法获取其指　纹，并凭借日趋发达的材料科学技术具体　来说就是人造皮肤技术来伪造指纹，从而　获取信息危害国家和社会安全。本文真对　以上情况提出并设计了一种有效的能够防　止指纹复制的新型指纹识别技术。　１系统的设计理念　１．１指纹识别技术简介…　针对指纹识别问题，科研人员从事了　大量的研究工作，一个常见的细节特征提　取算法的框图，包括滤波增强、二值化、细　化、提取细节点等四个步骤如图１。在采集　指纹图像的过程中，由于采集环境，皮肤　表面的性质，采集设备的差异等各种因素　的影响，采集的图像会不同程度地受到各　种噪声地干扰，从而改变输入指纹的脊线　结构。实际的指纹图像首先通过一个滤波　增强的步骤改善图像的质量，恢复脊线原　来的结构。这个步骤是影响算法性能的关　键步骤，是计算量最大的步骤。二值化是　将指纹图像从灰度图像转变成二值图像，　细化是使用图像处理中的细化算法把二值　图像变成细化图像，细化后的图像就很容　易提取出细节点特征。显示是指纹算法各　个步骤中输出的图像。　指纹的细节特征匹配过程一般分成两　部分，首先是计算指纹的旋转和平移参　数，一般把这个过程叫做指纹特征的校准　过程。然后是实际的细节点匹配过程，也　就是找出实际匹配的细节点。匹配的细节　点越多，匹配分数越高，说明指纹越相似。　如果设定一个匹配域值，就可以根据匹配　分数判断指纹是否图像来自同一个手指。　按指纹特征提取步骤得到的某指纹的依次　图像如图２所示。　１．２系统的设计方案　本系统是在传统指纹识别技术的基础　上，增加了心频检测和指温检测并通过逻　辑与门的运算组合而成的，目的就是在于　进行指纹采集与比对的同时对被采集者的　心脏频率和指端温度进行与医学数据的范　围内比对，从而避免不法分子的指纹伪造　技术。系统的基本结构框图如图３所示。　图中信息采集器包括心频采集、指温　采集和指纹采集，采用先进的芯片集成技　

－13－科技论坛指纹识别技术研究褚玉山（辽宁省抚顺市解放路人防设施管理处，辽宁抚顺113000）引言生物特征识别基于计算机和模式识别技术利用人体固有的可以检测的生理特征和行为特征进行个人身份鉴定，是当前信息安全领域的研究热点，而指纹识别以其使用方便，识别准确率高，速度快等优点，在当今社会的诸多领域都有着非常广泛的应用。设计了以数字信号处理器和固态指纹传感器为核心的指纹采集系统，实现了指纹信息的高速获取。1指纹识别技术简介指纹是指人的手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线。纹线有规律的排列形成不同的纹型。纹线的起点、终点、结合点和分叉点，称为指纹的细节特征点[1]。指纹识别是目前国际公认的应用最广、造价最低、易用性最高的身份认证技术。市场上推出的产品有指纹门锁、指纹考勤机、笔记本电脑等[2]。2指纹识别系统的整体设计系统构成如图1所示，包括固态指纹传感器、数字信号处理器、外部存储单元及显示设备等部分组成。数字信号处理器DSP用于图像采集和处理，指纹传感器用于采集指纹图像并转换为DSP可以处理的数字信号，SDRAM作为DSP的外部存储器，FLASH用于程序的自动上电加载，由LCD等显示设备输出指纹识别的结果。3系统硬件设计3.1数字信号处理器的选择系统的核心处理器选择TI公司的TMS320DM642。DM642是基于TMS320C6000系列中的最高性能的定点DSPC64xCPU，具有极强的处理能力和高度的灵活性及可编程性。DM642具有增强型直接存储器存取控制器（EDMA）；内部包括64个32位字长的通用寄存器以及8个独立的运算单元，具有两个专用硬件乘法器，还包括10M/100Mb/s以太网接入控制器，管理数据输入输出模块等[3]。3.2指纹传感器的选择指纹识别技术的发展和指纹传感器技术的发展密切相关，最常见的电容传感器是通过电容充放电的原理来获取指纹图像的。选择富士通公司的电容式固体指纹传感器采集指纹信息，该芯片集成了一个8位A/D转换器，提供三种总线接口，并特有自动指纹检测功能[4]。其具体参数如表1所示。3.3DSP与指纹传感器的接口设计MBF200提供三种总线接口：8位微处理器接口（MCU）、集成USB全速接口及串行周边设备接口（SPI），本系统中选用MCU接口实现传感器同系统处理器的通信。如图2所示，在该模式下，DSP主要通过外部存储器接口（EMIF）采集指纹数据，EMIF的低8位数据线读写数据，读写使能信号WE和RE控制传感器的读写操作。用地址线来驱动指纹传感器的地址选择位，以选择地址索引寄存器或功能寄存器。ARDY读取传感器WAIT引脚的状态，当传感器的AD转换完成后开始读取图像数据DSP通过EMIF接口对指纹传感器进行配置，采集指纹图像数据。获取的指纹信息数据送入SDRAM中保存，以便DSP读取并处理。4系统软件设计4.1指纹传感器的初始化MBF200的初始化主要是通过配置功能寄存器来完成，DSP通过利用地址索引的方式完成寄存器的修改。地址索引方式由MBF200的地址索引引脚A0来完成，当A0引脚为低电平时，选通地址索引寄存器，当A0引脚拉高之后，选中地址索引寄存器中指定的寄存器。对指纹传感器的初始化流程为：写CTRLB的AUTOINCEN位使能自动增加操作，每次A/D转换完成的数据被读取后将自动开始下一次转换，行地址会在最后一个列地址读取完后自动增加，转至下一行。写CTRLB的ENABLE位使能A/D转换和传感器阵列，等待30μs后传感器开始工作。4.2指纹图像的采集指纹图像的采集流程如图3所示。系统上电、程序加载完成后，开始指纹的检测，当有指纹按下时，采集程序开始。首先写CTRLA寄存器的第0位和第2位，使能行增加。系统开始等待，当行捕捉完成后，CTRLA寄存器中的8位数据即为图像像素信息，读取CTRLA的值后读使能引脚的上升沿将启动A/D转换，等待A/D转换的时间，如此反复直到整个行的数据全部读取完成，等待下一行的行捕捉完成后继续采集，直到整幅图像采集完成。5指纹采集实验当系统上电后，DSP自动加载程序开始运行，没有指纹按下时系统处于等待状态，当有指纹按下时，指纹传感器发出中断，系统采集数据信息并送入SDRAM储存。通过实验对MBF200的放电电流和增益等参数反复进行调整，如图4所示为实验中采集到得指纹图像，当DTR(放电时间寄存器)=0x23，DCR(放电电流寄存器)=0x01，增益为1时，图像质量较好。6结论设计开发了嵌入式指纹采集识别系统，以数字信号处理器TMS320DM642为系统的处理器，实现系统的控制与图像识别功能，以固态指纹传感器MBF200作为输入设备，获取指纹图像。分别完成了系统的硬件和软件开发，实现了指纹图像的高速采集，并通过对采集参数的调整，获得了质量较高的指纹图像，可以满足图像算法的要求。参考文献[1]董立羽.现代生物特征识别技术发展综述[J].电脑与信息技术，2007，10（5）：11-13.[2]齐永锋，火元莲，张家树.生物特征识别的关键技术与安全性思考[J].微计算机信息，2008，24(18)：30-31，34.[3]苑玮琦，张健.基于DSP的指纹识别系统的设计[J].传感器设计，2005，1：34-36.[4]肖小锋，蔡金燕，梁玉英.新型指纹传感器MBF200的特性及应用[J].国外电子元器件，2004，11（11）：31-34.作者简介：褚玉山，辽宁省抚顺市解放路人防设施管理处，工程师。责任编辑：张雨摘要：指纹识别技术是目前安防领域的研究热点，设计开发了嵌入式指纹采集系统，以数字信号处理器为核心，采用固态指纹传感器采集指纹图像。提出了系统的整体设计思想，设计了DSP与指纹传感器的硬件接口方式，实现了指纹传感器的初始化及指纹图像采集的软件设计。通过实验，该系统可以实现指纹图像的高速采集，采集到的图像可以满足图像算法的需要。关键词：指纹识别；数字信号处理器；指纹传感器；图像采集