Based on Fingerprint Recognition Status Certification Engineering Research
(1.武汉理工大学;2.武汉科技大学)赵亮1 龚鸣敏2
Zhao,Liang Gong,Mingmin
摘要:通过对传统的验证持有物而进行身份认证的方式进行了改进, 提出了利用人体生物特征进行身份识别的更为安全和有效的方法。 关键词:指纹识别;身份认证;特征值
中图分类号:TP391.41 文献标识码:A
Abstr act:The confirmation is to carry on the status certification , the mode which makes the improvement, proposed carried on thestatus recognition using the human body biology characteristic more secure and a valid method. Studied has implemented the statusrecognition using the fingerprint recognition technology, moreover has made the simu
lation experiment under the laboratory condition.
Key words:Fingerpr int r ecognition,status,cer tification,char acter istic value
文章编号:1008- 0570(2006)09- 1- 0301- 03
在人类社会活动中需要验证个人身份时, 传统的方法是验证该人是否持有有效的信物,如照片、密码、
钥匙、磁卡和IC 卡等。这种方法验证的是该人持有的某种“物”,而不是验证其本人。这种以“物”认人的办
法, 漏洞是显而易见的“: 物”的丢失会导致合法的人无法被认证以及各种信物容易被伪造、破译。因此人们开始寻一种认人不认物的直接验证方法。本文提出利用“人体生物特征身份鉴别技术”的方法来进行用户身份认证。
指纹由于具有唯一性(人各不同、指指相异) 和稳定性(终身基本不变) ,使其成为个人身份识别的有效
手段。随着计算机图像处理和模式识别技术的发展,使指纹识别快速发展成为实用、经济、可靠、安全的身份认证技术。
1 指纹识别技术
典型的指纹识别系统如图1。
图1 指纹识别系统简图
1.1 指纹特征
通常可通过指纹的两类特征进行验证: 总体特征和局部特征。在考虑局部特征的情况下, 只要比对13
个特征点重合, 就可以确认是同一个指纹。
1.1.1 总体特征
总体特征指那些用人眼直接就可观察到的特征,如图2 所示。
图2 指纹总体特征
1.1.2 局部特征
局部特征即指纹上节点的特征, 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、平滑笔直的, 而是经常出现中断、分叉或转折。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。
1.2 指纹取像方法
常用的指纹取像方法有以下几种: 光学设备取
像, 晶体传感器取像, 超声波设备取像。其中超声波扫描被认为是指纹取像技术中非常好的一类。表1 是三种主要技术的比较。
中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2006 年第22 卷第9-1 期
模式识别
表1 指纹取像技术性能比较
细节特征提取算法的性能严重依赖于输入指纹
图像的质量。然而指纹源图像同真实指纹由于图像的
变形而会导致不同, 其中许多畸变、变形是由指纹图像获取时产生的: ( 1) 不一致的接触。( 2) 不均匀接触。( 3) 不可再现的接触。( 4) 采集设备本身的噪声干扰。
这些因素将导致待分析的指纹图像产生一定数量的可疑特征点以及大量真实特征点被忽略并引入大量的错误信息。为了确保细节特征算法的性能, 我们需
要进行指纹图像增强。
一般来说, 图像的增强采用平滑、滤波、二值化、细化等数字图像处理方法来进行。实际实现时, 指纹图像增强一般采用以下几个环节: 规格化, 方向图估计, 频率图估计, 生成模板, 滤波。一幅指纹图像经过规格化后, 才能将该图的均值和方差控制在给定范围, 以便后续处理。
对指纹图像规格化目的是将该灰
度图的方差降低。规格化一般采用如下公式:其中, N(i,j)是规格化后的图像, I(i,j)是源图像, Var和M是图像I 的方差和均值,Var0 和M0 是预设的方差和均值。方向图估计则计算出指纹图像划分后的每个小区域指纹脊和谷的方向可控硅调压电路. 一般采如下公式:
其中, 指纹图像被划分为W×W 大小的块区域,Gx, Gy 是点(i,j)的x 和y 方向上的梯度, θ(i,j)是以点(i,j)为中心的块区域的方向。
1.4 指纹特征值的提取
匹配两幅指纹图像大量地采用基于比对两幅指纹图像的点模式的方法。用来匹配的点称为特征点。通常指纹特征可以分为两类: 细节特征和单独点。用来匹配
指纹图像的点称为细节点, 在指纹图像拓扑中, 它们是脊终点和分叉点。单独点包括中心点和三角点。三角点和中心点之间的距离以及脊线的数目一般认为不会随图像变换、旋转、放大和缩小而改变。因此, 往往利用这一特性来减少匹配时数据库的搜索空间。
一个典型可靠的细节特征提取算法包括方向估计、分割、脊提取、细节特征提取及后处理。方向估计如前指纹图像增强所述。分割一般采用全局或自适应阈值来获得指纹图像前景。脊提取则一般采用现有的标准细化方法。一旦得到细化的脊图, 那么根据对脊上的点的邻域进行检测, 很容易就可以得出脊终点和脊分叉。
特征提取的结果一般保存为特征模板, 它包括脊终点或分叉类型、位置坐标以及该特征的方向。一般的指纹图像提取的特征在10～100 之间。大多数文献均认为至少应该有12 个特征点才能进行匹配。
1.5 指纹图像匹配
指纹图像匹配就是对两个输入指纹的特征集合(模板)判断是否属于同一指纹。指纹对比有两种方式:
( 1) 一对一指纹验证: 根据用户ID 从指纹库中检索出要对比的用户指纹, 再与新扫描得到的指纹进行对比;
( 2) 一对多指纹验证: 新扫描得到的指纹和指纹库
中的指纹逐一进行对比。
1.6 指纹识别系统的性能参数
FAR(False Accept Rate): 认假率, 两个不同指纹被
系统判断为同一指纹的概率, 也就是系统不安全的概
率, 通常为0.1%～0.001%。
FRR(False Reject Rate): 拒真率, 同一指纹两次采
样被系统判断为不同手指的概率, 即可以通过验证的
人被拒绝的概率。
FER(False To Enroll): 错误登记率, 手指指纹太
差, 不能登记的概率。
Verification Time(1:1): 验证时间, 比较判断两枚指
纹是否相同的时间。
Identify Speed(1:N): 识别速度热熔胶捏合机, 对一枚指纹在指纹
数据库中查与之相应的指纹所需时间, 指纹查速
度, 这与指纹数量、指纹数据库大小有关。
Template Size: 特征值长度, 提取指纹特征值的字
节数。
2 塑料制品加工设备系统仿真实现
2.1 系统设备介绍
本文选用厦门宝利铭科技发展有限公司的
FDU2000 指纹识别仪[5], SDK 开发包被拷贝到C:
\WINDOWS\SYSTEM目录下, 它包括如下几个部分:
SDK 功能定义文件plmdll.h
指纹开发包lib 库plmdll.lib
lib 库主模块plmdll.dll
其他支持模块Venus.dll, Extdllr.dll, Vrfdllr.dll, Ezloader.
sys, Ezusb.sys, borlndmm.dll, Pluto.dll, fplib.dll。
家用智能控制系统2.2 指纹数据库
指纹作为一个数据库实体, 在数据库中创建的指
技术种类体积耐用性成像质量成本功耗
光学全反射技术大非常耐用干手指较好, 汗多或脏的手指成像模糊低较多
硅晶体传感技术小容易损坏干手指好, 汗多的或脏的手指成像模糊较低较少
超声波扫描技术中一般非常好高较多
纹数据表为Fingerprint, 指纹实体在数据库中的逻辑
表设计见表2。
表2 指纹数据表
2.3 指纹注册流程图
指纹注册流程图如图3 所示。
2.4 指纹验证
采集的指纹需要通过匹配才能通过, 输入指纹与
数据库内所存储的指纹匹配, 确保用户是合法的。指
纹验证采取的是1:1 的验证方式。指纹验证流程如图
4 所示。
图3 指纹注册流程图
2.5 系统主要工作界面
实验室环境下系统仿真实现后的主要工作界面
如图5。
指纹注册界面如图6 所示。
指纹匹配界面如图7 所示。
图4 指纹验证流程图
图5 基于指纹识别的身份认证系统界面
图6 指纹注册
图7 指纹匹配(接260 页)
数据项数据类型长度( byte) 意义描述
FingerprintID+ varchar 20 指编号, 主键
UserID varchar 20 用户名, 外键, 用户数据表的主键
IPorMAC varchar 60 PC机地址, 外键
影视烟火FpBufSize int 4 指纹特征值大小
FpBufSize int 4 指纹图像大小
FpRegTime varchar 50 指纹注册时间
FpBuffer binary 1024 指纹物征值( 密文)
FpHash byte 1 指纺特征值的hash 值
FpPicture binary 75000 指纺图像
GPS GIS
器模拟串行通信、Watch dog、定时控制、TBM。
产品设计考虑了成本控制, 实用性强, 投入运行后能为航道的管理维护工作带来很大方便。适应特定的环境, 采取了各种措施降低功耗, 提高系统的稳定性。
该产品接上灯器、磨床磨削液GPS 接收机定位器、以及GSM或VHF 等无线通信设备, 可放在内河河道或沿海,作为可远程遥控、遥测的航标灯, 已成功应用于汉江航道管理。也可应用于其他各方面的远程遥控、遥测控制。
