指纹解锁、指纹支付......生物特征应用于安全领域早已不是什么新鲜事,目前已应用在保险箱、防盗门、智能手机、犯罪证据等范畴。经过长远的进化后,生物体的皮肤保留了凹凸不平的纹路原本用以增强摩擦力,却“无心插柳柳成荫”,造物主也没料想到这一条条小纹路同时也是人类的个人“身份证”。
指纹由“脊”和“谷”组成,前者指凸起来的条纹,后者指条纹间凹下去部分。指纹具有各生物体互异、终生不变的特点,并且一个人的十指指纹皆不相同,构成多重保险,被称为“物证之首”,安全可靠。由于生物体时时刻刻分泌油脂保护皮肤,因此但凡手指触及之处,均留下指纹。那么,指纹识别的基本原理是什么呢?
指纹识别的过程包括指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配。流程如下图所示:
(1)指纹图像采集
图像采集方法包括光的全反射法、硅晶体电容传感器采集、超声波采集等。其中超声波采集最为理想和先进,皮肤上的脏物和油脂对超声波扫描的图像影响不大(即噪音很小),所以这样的图像是实际脊谷(凹凸)的真实反映。三种方法的对比:
(2)指纹图像处理
刚获得的图像往往含有很有噪音(即指纹不纯粹),所以首先进行图像处理,步骤包括减弱噪音(将杂质和油脂带来的干扰弱化)、图像增强(通过增强算法采取平滑、锐化、灰度修正等手段改善,增加指纹的脊和谷的对比度)、分割、二值化(脊为黑色,沟为白色)和细化处理。因此,图像处理设备的滤镜以及图像阈值的选择至关重要。指纹处理前后对比图如下:
(3)特征提取
人的指纹有两种特征:总体特征和细节特征。总体特征包括基本纹路图案(环形、弓型和螺旋型)、中心点、三角点和纹线数等。细节特征指在指纹拓扑面上的几种有效特征,两人的指纹总体特征可以相同,但细节特征不可能完全相同。
(4)特征值对比
将所采集的指纹特征指与参考特征值对比,判断是否同一指纹,或者与标准指纹库连接搜索,寻找符合同一特征值的指纹。
指纹识别技术广泛应用并不偶然,除了成熟的硬件技术外,目前已有标准的指纹样本库,方便了识别系统的软件开发以及指纹的匹配,这是其它生物特征识别技术所不具备的。安全系数高的指纹识别技术往往同时配备脉搏检测、生物电流检测等技术保障安全(例如防止犯罪分子将他人手指砍下,用以指纹识别)。
世界上会存在两个人的指纹特征相同吗?不会。实际上在人口足够多的情况下,可能存在,时空错开的情况下更为普遍,例如你的指纹可能跟唐朝某人的一样。但在统计学意义上,在同一时间内,存在的几率很小,几乎为零。科学家们推算,地球人口若一直保持在60亿左右,在三百年内都不会有两个相同的指纹出现。