指纹识别产品的开发与进展

福建电脑2009年第6期

指纹识别产品的开发与进展

李倩倩

（广东纺织职业技术学院信息工程系广东佛山528041）

【摘要】：指纹识别技术近年来逐渐成熟，在很多行业都得到了广泛应用。因为，指纹具有唯一性、终生不变性、易携带、不会丢失、不会遗忘、不会被盗用等强有力的特性。本文对目前指纹识别技术及其应用现状进行了概述。

【关键词】：指纹识别；基本原理；应用现状

1、引言

作为身份认证其中的一种生物识别技术--指纹识别，在中国市场已历经很多年风雨的洗礼，正受到市场越来越多的关注和追捧，指纹识别已介入人们的工作、生活中，并迅速蔓延开来。如今，无论你是到银行取钱，到网上交易，还是注册网络服务、购物，甚至到朋友单位去拜访，很多场合都需要身份的认证，而传统的基于标志的身份认证技术由于受到证件伪造以及密码破解等手段的威胁，逐渐表现得有些力不从心。指纹识别技术慢慢走入我们的日常生活之中。

2、指纹识别技术的特点及基本原理2.1指纹的特点

（1）高稳定性

指纹具有很强的稳定性，它们的形成依赖于胚胎发育时期的环境．从胎儿指纹的完全形成到人死后．指纹的纹线类型、结构、统计特征的总体分布始终没有明显的变化。

（2）惟一性

科学实验和无数的事实证明，指纹具有明显独特的惟一性．并且纹理本身非常复杂，其复杂程度足以提供用于鉴别的足够证据．包括双胞胎在内都不可能有相同的指纹。

（3）高可靠性

高稳定性和高惟一性决定了指纹识别的高可靠性。要想再增加指纹识别的可靠性，只需要登记更多的指纹即可满足．而随便一个人都可以毫不费力地提供l0个手指的指纹信息。

（4）易采集性

指纹与生俱来，随身携带，不需记忆。扫描指纹的速度非常快．采集指纹时只要将手指平放在指纹识别器上．1秒钟即可完成。

（5）伪造难、破译难

由于指纹识别具有上述特点，识别指纹时必须将真正的手指与指纹采集头接触。因此伪造、假冒、攻击、破译指纹的难度就变得相当大。指纹一直被人们用作\"印章\"使用。2.2指纹的特征

通常用指纹的总体特征和局部特征来进行指纹的验证。总体特征所描述的是指纹的全局纹路结构,是指那些肉眼就可以观察到的特征,包括如下要点:

（1）本纹路图案:分为环型、弓型和螺旋型更3种基本图案。

图1弓型纹路图2螺旋型纹路

（2）模式区:这是指纹包括了总体特征的区域。

（3）核心点:位于指纹纹路的渐进中心,在读取指纹和比对指纹时用作参考点。

（4）三角点:是指从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路汇聚处、孤立点、折转处,三角点提供了指纹纹路的计数和跟踪的开始之处。

（5）式样线:是指包围模式区的纹路线在开始平行的地方所

出现的交叉纹路,式样线通常很短,中断部分后,在其外侧线开始连续延伸。

（6）纹数:指模式区内指纹纹路的数量。

局部特征是指纹上的节点特征。把具有某种特征的节点称为特征点。两枚指纹会具有相同的总体特征,但其局部特征却不尽然。指纹纹路有不连续、中断、分叉或打折特征。而将断点、分叉点和转折点称为节点。节点能够提供指纹唯一性的确认信息。指纹节点中最典型的是终结点和分叉点。终结点指一条纹路某点终结;分叉点指一条纹路在某点分成两条或更多纹路;分歧点指两条平行的纹路在某点分开;孤立点指一条较短的纹路,以至于成为一点;环点指一条纹路分开成为两条之后又合并成为一条,形成的一个小环;短纹指一端较短但不成为一点的纹路。

一般认为,指纹节点朝向确定;用曲率描述纹路方向改变的速度;节点位置通过直角坐标(或绝对的或相对于三角点的坐标)来描述。

2.3指纹识别技术的基本原理

指纹识别技术的基本原理指纹的两个重要特征在十九世纪初的科学研究中就已被发现：一是两个不同手指的指纹纹脊的样式不同，另外一个是指纹纹脊的样式终生不变。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用。指纹图像模式识别是模式识别领域的一项综合性研究。其核心是提炼指纹图像构成要素的组织形式和秩序。这些要素包括纹线的构成、流向、中心点、三角点及细节特征点等。由于采集的指纹或现场指纹受印压的轻重、扭曲、偏转和环境的影响，使指纹图像存在着相对变形、残缺和噪声。造成信息丢失和假特征的出现。因而指纹图像模式识别的关键是寻求适应各种图像环境的图像处理及特征提取方法。寻求相对尺度、平移、旋转、仿射不变的图像拓扑结构模式和计算机视觉不变量。在这一方法的导引下，指纹自动识别的基本处理框架通常包含指纹采集、预处理、特征提取和分类识别四个部分。

指纹图像模式识别的主要研究内容包括：(1)指纹图像的几何、拓扑性质；(2)指纹图像的增强、消噪声、平滑、二值化、细化算法；(3)指纹图像的特征提取方法及特征空间的构成；(4)指纹图像的拓扑分类方法：(5)面向实际应用的指纹自动识别系统等。3、指纹特征的提取与分类识别

对指纹图像模式识别问题,至少有三个用于指纹识别的分支。即结构的方法、句法方法和人工神经网络(ANN)。对结构分支，其总的思路框架是：特征的提取基于指纹图像的细节。特征的表达使用数据结构图。结构的匹配利用特征的拓扑性质。对句法分支而言，典型的近似纹线形成原始的串，然后用产生规则形成潜在的可能串，产生规则根据使用的语法、类型有着较大的异。人工神经网络则是通过相当数目的特征训练集对网络进行训练，经过学习的网络用以进行特征的提取与识别。4、指纹识别技术的开发应用

指纹机的技术在不断研究改进中。起初是以完美按压的指纹作测试，一旦实际运用时才发现，人的指纹会按压得十分完美的几率很低，而且人的手指柔软度不同，干湿度亦不同，都会影响到指纹识别的进行。如今，指纹已达到活体指纹识别的阶段，可以判读每一回不同的按压，按压的角度、压力、（下转第25页）

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知消息，例如，菜单选项、工具栏按钮和加速键等。命令消息的处理和其它消息的处理不同，命令消息可以被更广泛的对象处理，比如，文档、文档模板、应用程序对象、窗口和视图等。如果某条命令直接影响某个特定的对象，就应该让该对象处理这条命令。例如，当应用程序接收到\"文件\"菜单中的\"新建\"命令时，应用程序将调用CWinApp类的成员函数OnFileNew打开新的文档。命令消息的处理过程有用户界面对象、命令ID、命令目标、命令和控键通知的处理函数四个部分。4、消息的处理方法

4.1Windows的消息处理机制

消息与事件紧密相关，事件是相对于Windows的某种操作。事件是原因，消息是结果，事件产生消息，消息对应事件。所谓的事件响应，其实就是消息的响应。在应用程序中，消息有两种途径送出：直接发送和排队等候。某些应用程序通过调用CWnd：：SendMessage()函数来直接发送消息给窗口过程，或通过调用CWnd：：postMessage()函数来把消息发送到消息队列中排队等侯。在应用程序的执行期间，应用程序对象连续不断地杳询消息队列中的消息并进行处理。

在由winMain()函数调用的四个CWinApp函数中，最重要也是最复杂的是CWinApp：：Run()函数，它含有消息循环。在程序的运行过程中，该循环将不断查询用户的输入并将其发送给程序窗口。如果没有对winMain()函数进行重载，那么该循环首先调用CWinApp：：Run()函数，然后再调用CwinThread：：Run()函数。消息的处理过程可以分为：创建消息循环、消息的投递和发送两部分。

4.2创建消息循环

Windows系统为每一个线程自动创建消息队列，如果线程创建了一个或多个窗口，就必须提供从线程消息队列检索消息，并把它们发送到相应窗口过程的消息环。因为Windows系统指挥向应用程序中的某个窗口发送消息，线程就必须在启动它的消息环之前至少要创建一个窗口，多数的Windows应用程序含有一个创建窗口的线程。一个典型的应用程序是在函数Win-Main中注册它所属窗口的窗口类，创建和显示主窗口，然后启动消息循环。

函数GetMessage和DispatchMessage用来创建消息循环，如果应用程序必须从用户得到字符输入，那么在消息循环中应包（上接第26页）

含函数TanslateMessage，该函数把虚拟消息转换为字符消息。4.3消息的投递与发送

使用函数PostMessage把一条消息投递到消息队列中，PostMessage在线程消息队列中的最后放置消息并立即返回，它不等待线程处理这条消息。函数的参数包括窗口句柄、消息标识符和两个消息参数，Windows系统把这些消息拷贝到一个MSG结构体中，填充结构体的time和pt成员，再把这个结构体放人消息队列中。

Windows系统用函数PostMessage所带的句柄来决定哪个线程消息队列接受该消息，如果句柄是HWND_TOPMOST，Windows系统就把这条消息投递到所有顶层窗口的线程消息队列中。函数PostQuit_Message用于退出消息循环，PostQuitMes-sage向当前正在执行的线程发送WM_QUIT消息，如果线程消息环接收到WM_QUIT消息，就结束消息循环并把控制返回给Windows系统。

函数SendMessage用来直接向一个窗口过程发送消息，SendMessage调用一个窗口过程，并等待过程对消息的处理和返回结果。5、结束语

一条消息可以被发送到系统中的任何一个窗口，而仅要求有一个窗口句柄，Window系统用这个句柄区分哪个窗口过程应该接收这条消息。Windows使用函数SendDigltemMessage向控制框发送一条消息，发送该条消息时，要指定控制框的标识和含有这个控制框的对话框窗口的句柄。

参考文献：

1.CharlesPetzold．Windows程序设计[M]．北京：北京大学出版社,20002.黄维通．VisualC++面向对象与可视化程序设计[M]．北京：清华大学出版社,2003

3.张曜，郭立山，戴传智．WindowsApi函数使用手册[M]．北京：冶金工业出版社,2004

4.周金萍，等．Windows系统编程[M]．北京人民邮电出版社2002．7．

5.方可燕主编．VisualC++6．0实战与精通[M]．北京清华大学出版社．2001．5．

6.刘路放编著．VisualC++与面向对象程序设计教程[M]．北京高等教育出

版社

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!手指的湿度也会影响电脑取得指纹影像的条件。

指纹识别技术的评估指标为安全度及使用便利性。理想化的产品是安全度高且便利性强，但在无法以现阶段技术达到时，产品的定位可由安全性高、方便性较低来设计；或以便利性高但安全性较低方向定位。

指纹识别技术高新科技，其开发方向主要是下列两者：1、传统的安全系统：如钥匙、密码、卡片等。

2、创造信息社会中的新需求：如网络安全、电子认证等。5、指纹识别技术的行业应用

（1）指纹技术在电子商务中的应用

互联网的普及，网上购物、网上交易、网上支付，网上娱乐的流行，电子商务中的安全问题已经受到广泛关注，也为指纹识别技术的应用提供了比较好的发展空间。使用指纹识别技术解决电子商务应用中的访问控制问题和身份确认问题，将是下一步指纹识别技术在电子商务系统中应用重点。

（2）指纹技术在银行、证券等金融领域的应用

银行、证券等金融领域一直是安防产品的重点应用行业。在银行内控和内部管理方面，除目前已经使用的银行柜员身份认证系统外，指纹押运系统、指纹二道门控制系统、指纹金库门控制系统将会逐步被认同并获得应用；在面向银行客户的应用方面，指纹识别技术将被逐步应用道储蓄、ATM柜员机取款等环节的用户身份认证；指纹POS机将逐步取代传统的刷卡POS，指纹支付将逐步取代刷卡支付。

（3）指纹技术在电子政务系统、企业内部办公自动化系统中的应用

电子政务系统和企业内部办公自动化系统也将是指纹识别技术应用的重点领域。

诚然,用指纹来确认身份既安全、又方便。也许有一天我们真的可以不用再记开机密码、口令这类繁琐的东西。甚至,连钥匙都可以弃之不用了。一切功能都只能在指纹识别通过之后才可以启用在这个越来越重视个人隐私的年代这种功能在不远的将来一定会逐渐成为移动产品的标准配置。6、结束语

目前，指纹识别主要应用在考勤、门禁、保险箱等领域，相信，随着指纹识别技术的完善，还会广泛应用在更多的领域。

参考文献：

1.张成海，张绎，现代自动识别技术与应用。北京：清华大学出版社2.戴平阳，指纹识别技术研究进展，厦门大学计算机科学系3.MIKEHENDRY，智能卡安全与应用，人民邮电出版社

4.张建梅，指纹识别技术及产品的开发应用，中国科技信息2007年第21期，

5.聂鹏，耿文波，指纹识别技术浅谈，兰州交通大学自动化与电气工程学院，周口师范学院物理与电子工程系6.彭友山，指纹识别及其应用