指纹识别技术漫谈

指纹识别发展简史 应用指纹进行身份认证已经有很长历史了。据考古学家证实：公元前7000年到6000年以前，指纹作为身份鉴别的工具已经在中国和古叙利亚开始应用…… 自动指纹识别技术的应用 随着科学技术的进步，半导体传感器的出现，指纹识别系统的价格也不断下降，使得过去高高在上的指纹识别技术，终于走入了市场广大的普通民用领域，这里有一些AFIS应用的例子……

在我们今天的工作生活中，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，太多太多的场合都需要身份的认证，而传统的基于标志和知识的身份认证技术由于受到证件伪造以及密码破解等的威胁，逐渐表现得有些力不从心。

启发于人的身体特征具有不可复制的特点，人们开始把目光转向了生物识别技术。因为人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，为实现更安全、方便的身份认证提供了物理条件，所以，相应的各种基于人体的生物识别技术研究也就展开了。

相对于其它身份认证技术，自动指纹识别是一种更为理想的身份确认技术，用自动指纹识别不仅具有许多独到的信息安全优点，更重要的是还具有很高的实用性、可行性，具体体现在以下几个方面：

第一，每个人的指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的手指指纹。

第二，每个人的指纹是相当固定的，不会随着人的年龄的增长或身体健康程度的变化而变化，但是人的声音等却存在较大变化的可能。

第三，指纹样本便于获取，易于开发识别系统，实用性强。目前已有标准的指纹样本库，方便了识别系统的软件开发；另外，识别系统中完成指纹采样功能的硬件部分也较易实现。而对视网膜则难于采样，也无标准的视网膜样本库供系统软件开发使用，这就导致视网膜识别系统难以开发，可行性较低。

作者简介

段少雄：工学硕士，从事图像处理、指纹识别等领域研究。

张堂辉：工学博士，现在负责指纹识别软件的研究开发工作，从事过数据库系统的开发，PACS系统开发工作等。感兴趣的领域是图像处理、模式识别、信息安全等。

田捷：中科院自动化所研究员，博士生导师。曾在美国宾州大学（University of Pennsylvania）世界著名的医学图像处理中心从事博士后研究。先后发表论文50多篇，专著四部。现任北京数字指通软件技术有限公司总经理。

第四，一个人的十指指纹皆不相同，这样可以方便地利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性。

第五，指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图，而是由指纹图中提取的关键特征，这样使系统对模板库的存储量较小。另外，对输入的指纹图提取关键特征后，可以大大减少网络传输的负担，便于实现异地确认，支持计算机的网络功能。

指纹识别后面的传感器技术

自动指纹识别系统（AFIS）技术的进步和指纹传感器技术的发展密切相关。过去指纹传感器都是基于光学技术的传感器，这种传感器结构复杂，价格昂贵，体积庞大。因此造成实际系统价格非常昂贵，所以过去指纹识别系统仅仅在公安、银行等特殊部门内应用。随着光电技术的发展，光学传感器的价格和体积也开始大幅度下降，AFIS的应用领域也开始进入普通的民用领域。

90年代中期开始出现半导体的指纹传感器。最初的这类传感器采集的图像质量和光学传感器有较大的差距，但是随着半导体技术的进步，它采集的图像质量也越来越高，现在这两种传感器采集的图像质量差距已经很小了。半导体传感器具有价格低、体积小的优点，特别适合集成在普通的消费电子产品中，大有后来居上、取代光学传感器的趋势。现在这两类指纹传感器在市场上基本是平分天下。

传统的光学传感器，国内的长春光机所等也有自己的产品，但是无论是价格还是性能都和国外差距很大，现在已经被彻底淘汰了。半导体传感器芯片技术被国外所垄断，现在完全依赖进口，国内主要是做代理、二次开发和系统集成等。

指纹识别算法

指纹识别算法是AFIS系统的核心技术，这方面的研究早在19世纪初就开始了，但这方面的深入研究是从20世纪60年代后随着计算机技术的引入而开展起来的。不过，早期的研究都是在高性能计算机上完成的，主要针对脱机的指纹图像进行研究。随着技术的发展，80年代到90年代初才开始进行联机的活体指纹识别算法的研究，这个时期的研究都是针对光学传感器所做的，由于这时候AFIS只在特殊的行业部门使用，所以往往使用了价格比较昂贵的DSP等硬件附加设备来解决指纹识别的实时性问题。90年代末到现在，由于半导体指纹传感器的出现，使得指纹识别的应用领域迅速扩大，在个人电脑上、个人数字助理、掌上电脑、手机等很多领域都开始使用AFIS技术，所以指纹算法的研究重点从光学传感器转移到了半导体传感器，对算法的性能也提出了更高的要求。指纹虽然稳定性很好，但是仍然存在脱皮等问题，这个时候往往对算法性能产生极大的挑战，也是AFIS研究者需要努力克服的问题。

现在国内外指纹识别的技术基本上都是采用基于细节点特征的指纹识别技术，从研究角度来说，国内外的差距并不明显。但是国内对于AFIS主要侧重于研究角度，很长一段时间没有在实际应用中实践，所以这些技术和实际的市场需求间还有不少差距。而实际从事指纹应用的公司没有自己的技术，绝大多数都是使用国外的指纹识别算法。

指纹识别系统性能的评价

AFIS系统的性能的测试和评估也是一直未能解决的问题。对于指纹系统评价的三个重要的指标是：拒识率FRR、误识率FAR、识别速度。市场上指纹公司给出的指纹算法性能指标是没有什么说服力，不同公司的系统性能也没有可比性，而指纹公司出于各自利益问题，往往随意夸大指纹识别系统的技术指标。过去AFIS研究者一般采用美国中央情报局的NIST4、NIST9、NIST14、NIST24等指纹数据库，但该指纹库图像数量并不丰富，而且都是基于油墨按压产生的指纹和光学传感器采集的指纹。2000年国际模式识别协会IAPR（International Association of Pattern Recognition）举办了一次指纹认证竞赛，制定了一套标准的测试标准和FVC2000指纹测试数据库。这套标准的提出，对于AFIS的研究具有很重要的意义。但是对于指纹产业界来说，无论是国内还是国外，至今仍然没有一套公认的测试标准和测试数据库，这和指纹产业迅速发展的状况是很不适应的。

相关软件的标准化问题

AFIS相关软件的标准化，包括重要的算法评估准则（如拒识率、误识率、识别速度等）标准化和指纹识别软件接口的标准化两方面，前一个方面在上面已有详细描述。对于第二个方面，由于市场竞争和安全性的考虑，大部分指纹研发公司对于各自的技术都采取了相应的保密手段，这就给AFIS相关软件的标准化带来了很大的困难。随着AFIS识别技术的广泛使用，系统的通用性问题也越来越突出。国际生物特征工业协会IBIA（International Biometric Industry Association）在2000年5月正式推出了生物特征识别的通用软件接口标准——BioAPI1.0规范，这就为AFIS的广泛应用铺平了道路。但是在这方面同样也传来了不和谐的声音，美国微软公司并没有打算接受该标准，而准备在自己的Windows中使用自己的生物特征识别接口标准。生物特征识别标准将向何处去，也许还需要过几年才能见分晓。

小结

指纹技术是一种比较理想的安全认证技术，由于具有广阔的市场前景，也受到了越来越广泛的重视，国外很多著名的IT厂商、电子厂商都在积极推进AFIS技术的研究工作。

从硬件的角度说，半导体传感器由于具有价格和体积的优势，易于集成的优点，必将取代过去传统的光学传感器，成为市场的绝对主流。

AFIS的识别算法的研究也将主要集中在各种嵌入式系统和互联网的应用上，手持式设备、个人电脑等消费类电子产品将成为AFIS系统最主要的市场。AFIS在未来也将广泛应用在互联网上，网络信息安全、电子商务将为AFIS开辟更广阔的市场空间。

（责任编辑 吴北 jiaoxq@staff.ccidnet.com）

原文转自：http://www.ltesting.net