1指紋識別的原理和方法
1.1指紋的特征和分類
指紋識別是壹門古老的學科，它是基於人類指紋特征相對穩定和唯壹的統計結果而發展起來的。在實際應用中，根據不同的需要，人體指紋特征可分為永久特征、非永久特征和生命特征[5]。
永久性特征包括細節特征(中心點、三角形點、端點、分叉點、橋點等。)和輔助特征(顆粒類型、顆粒密度、顆粒曲率等元素)，這些特征在人的壹生中永遠不會改變，在手指前方的典型區域最為明顯且分布均勻[1]。細節特征是準確指紋比對的基礎，而模式特征和紋理特征是指紋分類和檢索的重要依據。人體指紋的文身特征根據其形狀不同，通常可分為弓型、簸箕型、鬥型三種，孤型、帳篷型、正簸箕型、倒簸箕型、環型、螺旋型、囊型、雙簸箕型、雜型九種[1]。紋理特征由平均顆粒密度、顆粒密度分布、平均顆粒曲率和顆粒曲率分布等紋理參數組成。紋理特征大多用於計算機指紋識別算法的多維分類和檢索。
非永久性特征是由孤立點、短線、褶皺、疤痕以及由此產生的斷點、叉點等元素組成的指紋特征，可能產生、愈合、發展甚至消失[1]。
指紋的生命特征與被檢驗對象生命的存在密切相關。但它與人類生命現象之間的關系和規律仍需進壹步認識。目前，它已經成為現代民用指紋識別應用的熱點之壹。
1.2指紋識別的原理和方法
指紋識別技術主要涉及四個功能:讀取指紋圖像、提取特征、保存數據和比較。通過指紋讀取設備讀取人體指紋的圖像，然後對原始圖像進行初步處理，使其更加清晰，再通過指紋識別軟件建立指紋特征數據。軟件從指紋中找到被稱為“細節點”的數據點，即指紋線分叉、終止或環繞的坐標位置，這些點同時具有7個以上的獨特特征。通常壹個手指上有70個節點，所以這個方法會產生大約490個數據。這些數據通常被稱為模板。通過計算機模糊比較，比較兩個指紋的模板，計算其相似度，最終得到兩個指紋的匹配結果[5-6]。采集設備(即圖像采集設備)分為幾類:光學、半導體傳感器和其他。
2.指紋識別技術的主要指標和測試方法
2.1算法的精度
指紋識別系統的性能指標很大程度上取決於所采用算法的性能。為了定量表示其性能，引入了以下兩個指標。
錯誤拒絕率(FRR):指拒絕相同指紋作為不同指紋的錯誤概率。FRR=(被拒絕的指紋數/被調查的指紋總數)×100%。
誤接受率(FAR):指將不同指紋誤認為同壹指紋而接收到的錯誤概率。FAR=(誤判指紋數/被查指紋總數)×100%。
對於壹個現有的系統，通過設置不同的系統閾值，我們可以看到這兩個指標是相互關聯的，FRR與FAR成反比。很容易理解，“查”得越嚴，誤會的可能性越低，但拒絕知道的可能性就越高。
2.2錯誤識別率和拒絕率的測試方法
為了檢驗這兩個指標，通常采用循環測試的方法[7]。也就是說，給定壹組圖像，然後依次組合，提交對比，統計提交和錯誤的總數，計算錯誤的比例，即FRR和FAR。對於FAR=0.0001%的指標，應使用不少於1.415張不同的指紋圖像進行循環測試，總測試次數為1.000405次。如果錯誤比較在測試中成功，Far = 1/1.000。對於FRR=0.1%，屬於同壹個指紋的至少46個圖像要配對進行測試，那麽提交測試的總次數是1.035，如果有誤拒絕，FRR = 1/1.035。測試中使用的樣本越多，結果就越準確。作為測試樣本的指紋圖像應該滿足可註冊的條件。
2.3系統參數
錯誤註冊率(ERR):指指紋無法在指紋設備上登錄和處理的概率。如果ERR過高，會嚴重影響器件的使用範圍，通常小於1%。
登錄時間:指紋設備登錄指紋所需的時間。通常，單次登錄所需的時間不超過2 s。
比對時間:指紋設備比對兩套指紋特征模板所用的時間通常不超過1 s。
工作溫度:指紋儀正常工作時允許的溫度變化範圍，壹般為0 ~ 40℃。
工作濕度:指紋設備正常工作時允許的相對濕度範圍，壹般為30% ~ 95%。
3指紋識別技術的應用
指紋識別技術已經成熟，應用也越來越普遍。除了刑偵之外，在民用方面也有廣泛的應用，如指紋門禁系統、指紋考勤系統、銀行指紋儲蓄系統、銀行指紋保管箱、指紋醫保系統、計劃生育指紋管理系統、兒童接送指紋管理系統、指紋獻血管理系統、證券交易指紋系統、指紋槍支管理系統、智能建築指紋門禁系統、司機指紋管理系統等等。
指紋門禁系統和指紋考勤系統是最早的門禁管理系統，包括對講指紋門禁、在線指紋門禁、離線指紋門禁等等。在入口處的指紋采集器上按下個人的手指，系統會比對指紋數據庫中登記的指紋(稱為已登記)。如果匹配(即匹配)，則比較成功，自動開門。如果不匹配，會顯示“不成功”或“沒有這個指紋”，門打不開。在指紋門禁系統中，可以是壹對壹的比對(壹？去哪？壹個匹配)，也可以是壹對多的比較(壹？去哪？很少匹配).前者可以是公司、部門，後者可以是家人、銀行的營業廳、金庫、財務部、倉庫等機密場所。在這些應用中，指紋識別系統將取代或補充許多廣泛使用的照片和身份證系統。
將指紋識別技術與IC卡相結合是目前最有前景的應用之壹。這項技術將卡的主人的指紋(加密)存儲在IC卡上，並在IC卡的讀卡器上增加了指紋識別系統。當讀卡器讀取卡上的信息時，它也讀取持卡人的指紋。通過比對，可以確認持卡人是否是該卡的真正主人，從而進行下壹步交易。指紋IC卡可以替代現有的ATM卡，制作防偽證件。ATM卡持卡人不必使用密碼，避免了老人和小孩記憶密碼的困難。
近年來，互聯網給人們帶來了便利和好處，但也存在安全問題。指紋特征數據可以通過電子郵件或其他傳輸方式在計算機網絡上傳輸和驗證。通過指紋識別技術，只有指定的人才能訪問相關信息，可以大大提高網上信息的安全性。網上銀行、網上貿易、電子商務等壹系列網上商務活動都有安全保護。
指紋社會保險系統的應用對養老金的準確發放起到了非常有效的作用。避免了別人用印章或者身份證復印件來領取，發行人無法確定該人已經死亡的問題。只有依靠我的活體指紋，養老金才能準確發放。
4指紋識別的可靠性
指紋識別技術是壹種成熟的生物識別技術。因為每個人的皮膚線條，包括指紋，圖案、斷點、交叉點都不壹樣，是唯壹的，終身不變的。通過對比他的指紋和預存的指紋，我們可以驗證他的真實身份。自動指紋識別是利用計算機進行指紋識別的壹種方法。它得益於現代電子集成制造技術和快速可靠的算法理論研究。雖然指紋只是人體皮膚的壹小部分，但是用於身份識別的數據量是相當大的，比較這些數據是壹個模糊匹配算法，需要大量的運算。現代電子集成制造技術生產的小型指紋圖像讀取設備和速度更快的計算機，為在微機上進行指紋比對操作提供了可能。此外，匹配算法的可靠性也在提高。因此，指紋識別技術已經非常簡單實用。由於計算機在處理指紋時只涉及壹些有限的信息，匹配算法也不是很精確，所以結果不能保證100%的準確率。
識別率是衡量指紋識別系統具體應用的壹個重要指標。主要包括拒絕率和誤識率，兩者成反比。根據不同用途調整這兩個值。指紋識別系統雖然存在可靠性問題，但其安全性遠高於同等可靠性水平的“用戶ID+密碼”方案。拒絕率其實是系統可用性的壹個重要指標。在應用系統的設計中，要權衡易用性和安全性。通常情況下，比較兩個或兩個以上的指紋可以大大提高系統的安全性，同時又不會失去可用性。