指纹识别游戏

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指纹特点:

  指纹是指手指正面皮肤上凹凸不平的纹路,由于有这些凹凸纹路的存在,增加皮肤表面的摩擦力,使得我们能够用手方便地抓起重物。纹路中隆起部分是手指真皮向表皮乳突形成的皱痕,又称指纹脊线( ridge );指纹脊线之间的凹陷部分,称为指纹的谷线( furrow )。这种脊线和谷线分布模式是由皮肤表皮细胞死亡、角化,在皮肤表面积累形成的。

  尽管指纹只是人体皮肤的一小部分,但是它却蕴涵了大量的信息。这些手指皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上是各不相同的,在信息处理中我们称之为 “ 特征 ” ,这些特征对每个手指都是不同的。依靠特征唯一性的特点,我们就可以把一个人与他的指纹对应起来,通过将他的指纹特征和预先保存的指纹特征进行比对,就可以验证他的真实身份。而且人的指纹特征是与生俱来的,在出生 6 个月后,指纹即基本形成,此后,指纹的纹线类型、结构、统计特征的总体分布等就不会再明显变化。人们很早就认识到指纹的唯一性,至今还找不出两个指纹完全相同的人,即使是同卵双胞胎的指纹也是很不相同的。其实指纹的纹路不仅在人与人之间存在不同,就是同一个人的十指指纹也有明显的区别。此外,指纹还具有以下特点:

指纹的细节特征点

① 稳定性:指纹的纹型和细节在人的一生中,从出生到死亡始终保持不变,尽管随着年龄的增大,纹线会有所变粗,花纹的面积会有所增大,但是到了成年以后,这些变化不会显著增加,且花纹的类型、结构、细节特征的总体布局和纹线总数等方面,始终没有什么变化。

② 唯一性:据权威估计,两个指纹完全一致的概率几乎为0,也就是说,几乎没有两个指纹是完全一致的。

③ 可分类性:指纹纹线的排列和分布都有一定的规律。

 

  指纹识别技术的原理和其他生物识别技术的原理相似。它是利用人体的指纹特征对个体身份进行区分和鉴定。在所有的生物识别技术中指纹识别技术是目前最为成熟,也被应用最为广泛的生物识别技术。这主要是因为指纹采集的过程对人们来讲非常简单,且指纹识别的准确率非常高。在所有的生物识别技术中,其理论准确率仅次于虹膜识别技术,为百万分之一。

  严格来讲,指纹识别的原理包括指纹采集原理、指纹特征提取原理和指纹特征匹配原理三大部分。指纹采集原理主要是根据指纹的几何特性或生理特性,通过各种传感技术把指纹表现出来,形成数字化表示的指纹图案。

  由于指纹的脊线和谷线的几何特征不同,主要表现为脊线是突起的,谷线是凹下的,所以在接触到光线时,其反射光的强度也就不同。在接触到平面时,其在平面上形成的压力也就不同。另一方面,由于指纹的脊线和谷线的生理特征不同,主要表现为,脊线和谷线的温度不同,其导电性也不同,其对波长的反馈也就不同。通过这些几何、生理特性的不同,可以把人的指纹采集到计算机系统中形成指纹图像。

  指纹特征分析的原理是对指纹图案的整体特征和细节特征进行提取、鉴别的原理。其分析的对象包括纹形特征和特征点的分布、类型,以及一组或多组特征点之间的平面几何关系。特征点的平面几何关系表现为某两个特征点之间的距离,或者某三个或更多特征点之间组成的多边形的几何特性。不论是特征点的单体特征,还是特征点的组合特征,都是指纹特征的组成部分。把这些指纹特征用数字模板的形式表示出来,就实现了一个指纹特征分析的过程。

  指纹特征值匹配原理是对指纹图案的整体特征和细节特征按模式识别的原理进行比对匹配。匹配是在已注册的指纹和当前待验证的指纹之间进行的。匹配运算不是对两个指纹图像进行比较,而是对已形成数字模板的指纹特征值进行匹配。指纹特征值匹配从整体特征和局部特征两个方面进行。整体特征的匹配包括对指纹纹形的分类和判断以及脊线密度的判断等。局部匹配包括每个细节点的类型匹配、坐标匹配、质量匹配、方向匹配等,甚至还包括由一组特征值之间形成的拓扑关系的匹配。

  匹配的时候并不需要对当前指纹图像中的所有的特征值进行匹配。实践证明,只需要匹配 8 个以上的特征点就可以区分出两个手指来。另一方面,匹配过程是多维匹配的过程。既要对整体特征进行匹配,又要对特征点进行匹配。对特征点进行匹配时,还需要对它分不同的维度进行比对。最后需把所有的特征点的匹配结果综合起来,根据事先定义的判定模式和判定标准,判定是否达到预设的阈值。综合判定的过程,可以看作是对各个匹配点的相似度进行类似加权求和的过程。对指纹进行判定就像一个人去识别另一个人,会从身高、胖瘦、脸形、发型、着装风格等各个方面做出综合判别。

  人类使用指纹进行个人身份鉴定已经有很长的历史。人工指纹技术起源于 16 世纪后期,苏格兰医生亨利于 1880 年 10 月 28 日 首次在英国《NATUTE(自然)》上发表论文,阐述了指纹具有唯一性和恒久不变的特点,并将指纹识别技术运用于罪犯鉴定。

  自亨利指纹法提出以来,世界各国都开始在自己的刑侦领域广泛使用这一分类方法。那时指纹的建档是用指纹卡作为存储指纹的载体。随着收集的指纹越来越多,指纹的亚类型越来越丰富, FBI 和其他机构在经过多年实际应用的经验后,扩大了亨利指纹系统,增加了更多的判定数据作为辅助分类的依据。同时考虑到指纹卡存储、检索与管理的方便性, FBI 开发了指纹卡的标准,包括卡片大小、墨水类型、指纹数量、应该收集的指纹名称(拇指等)、指纹按压位置、描述文字所在位置等。

  在当时的环境下,指纹采集均采用指纹卡的形式。在刑侦现场,收集嫌疑人留下的指纹的方法,大多是采用化学显影等方法显现指纹,之后再通过拍照的方式取得现场指纹并保存下来,以备后续进行人工比对。显现指印的具体方法许多,主要归纳为物理附着作用显色、化学反应显色、荧光显现等几大类,但没有任何一种方法是到处都可以适用的“万能方法”。必须因质、因时、因地做具体筛选,否则不会奏效,甚至会破坏现场手印。

  人工指纹比对一般是由专业技术人员根据事先制定的指纹分类方法和指纹细节辨识方法,对从现场采集回来的指纹与指纹库中的指纹卡上的进行人工肉眼辨识。当时的人工比对主要是用于刑事侦破和法院判案,所以保证人工比对的准确性是非常重要的。为了使人工比对结果可信,需要对比对的过程进行规范定义,并要求专业技术人员以此为辨识时的操作准则。比如,要求第一步,先检查指纹的总体特征——指纹纹形,焦点区域(模式区)等。在第一步确认的基础上,进行第二步人工比对。第二步辨识检查细节点的位置、类型、方向,以及部分细节点的组合关系等。虽然人工比对过程繁杂、效率不高,但在当时环境下,指纹还是整个判案过程的“物证之首”。可想而知,进行指纹辨别的专业人员责任之重大自不必言了。

  当然,人工识别在当时历史环境下发挥了重要的作用。随着社会的发展,它已远远满足不了现代社会生活中对指纹鉴定的广泛需求。人工识别需要由一些经过专门训练的专业技术人员和有经验的指纹专家凭经验对指纹逐个查找和比对,其过程不仅工作效率相对较低、查找范围也十分有限。同时由于人眼存在视觉误差,视觉疲劳,以及个人情绪、判断惯性等其他主观因素的影响,鉴定结果的精确性,以及持续准确性,也逐渐难以得到保证。从社会对指纹识别的需求出发,社会需要更高效、准确、自动化的指纹识别系统。

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