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指纹识别技术的发展

指纹识别技术是通过计算机实现的身份识别手段,也是当今应用最为广泛的生物特征识别技术。在过去主要应用于刑侦系统。近几年来已逐渐走向民用市场。同时,民用市场也对指纹识别技术提出了具有小型化、廉价的指纹采集设备,高速计算平台,更高的识别准确率的要求,以满足各种不同应用的需求。

    1980年后,随着个人计算机和光学指纹采集器的发明,指纹识别技术开始进入了一些非司法领域,如居民身份证等。1990年以后,廉价指纹采集器和计算设备的出现,解决了快速准确的匹配算法问题,使指纹识别技术走向了基于个人的应用。从此,人们对指纹识别技术的研究,对指纹的性质也有了进一步的认识。因此,指纹也就是成为当之无愧的"物证之首选"的应用对象。

    指纹采集器,目前常用的指纹采集设备有三种,光学式、硅芯片式、超声波式。其中,光学指纹采集器是最早的指纹采集器,是使用最为普遍的,也出现了用光栅式镜头替换棱镜和透镜系统的采集器。光电转换的CCD器件有的已经换成了CMOS成像器件,从而省略了图像采集卡直接得到数字图像。

    光学指纹采集器具有使用时间长;对温度等环境因素的适应能力强;分辨率较高的优点。但是由于受光路限制,无畸变型采集器尺寸较大。通常有较严重的光学畸变;采集窗口表面往往有痕迹遗留现象。CCD器件可能因寿命老化,有降低图像质量等缺陷。

    硅芯片式指纹采集器出现于90年代末。大部分硅芯片测量手指表面与芯片表面的直流电容场。这个电容场经A/D转换后成为灰度数字图像。但Authentec公司的芯片可以测量手指真皮层的交流电容。其优点是图像质量较好;尺寸较小,容易集成到其他设备中去。其缺点是耐用性和环境适应性差,尤其在一些较恶劣的环境下,抗静电能力、抗腐蚀能力、抗压力等方面的不足;图像面积小,可能降低识别的准确性,并导致用户使用的不方便。总之,硅芯片采集器现在尚不成熟,但可能是未来的方向。

    超声波式指纹采集器:可能是最准确的指纹采集器。目前,在技术上尚不成熟,这种采集器发射超声波,根据经过手指表面,采集器表面和空气的回波来测量反射距离,从而可以得到手指表面凹凸不平的图像。超声波可以穿透灰尘和汗渍等,从而得到优质的图像。由于该产品尚未大量使用,因此,很难准确评价它的性能。然而一些实验性的应用指出,这种采集器具有优越的性能。它吸收了光学采集器和硅芯片采集器的长处,如图像面积大,使用方便,耐用性好的优点等。

    指纹识别过程:具有登记过程和识别两过程,用户需要先采集指纹,然后计算机系统自动进行特征提取,提取后的特征将作为模板保存在数据库或其他指定的地方。在识别或验证阶段,用户首先要采集指纹,然后计算机系统自动进行特征提取,提取后的待验特征将与数据库中的模板进行比对,并给出比对结果。在很多场合,用户可能要输入其他的一些辅助信息,以帮助系统进行匹配,如帐号、用户名等。这是个通用过程,对所有的生物特征识别技术都适用。

    指纹识别技术的评价标准:主要是拒登率(FTE)、拒识率(FRR)、误识率(FAR)、相等错误率(EER)。尽管不少指纹验证技术的提供厂商,通常宣称他们的产品可以达到的指标为FRR<0.01%,FAR<0.001%。但从公开发表的学术论文和权威性的测试看,这样的指标很难达到。

    2000年8月,公安部一所组织了一次测试,涉及国内外20多家单位参加,测试结果和排名未对外正式公布。汉王的指标为FTE=0.54%,EER=1.82%,位居前列,并获准向其提供指纹识别技术。在技术上达到当时国际先进水平,达到实用化水平。

    行业标准:标准对行业来说至关重要,标准的出现意味着技术的成熟和广泛应用的开始。在美国,FBI和NIST等机构曾制定了大量的指纹技术标准,这些标准包括指纹图像的压缩标准、指纹图像和特征数据的公共交换格式标准等。为广泛开展应用,我国公安部也制定了一系列指纹技术标准,这些标准涵盖了图像压缩、数据交换格式、网络传输规范、采集技术规范等。而这些标准都是针对刑侦系统的。它对民用指纹系统有很好的参考作用,但很难直接应用到身份验证的民用系统中。

    一些国际组织已经开始制定一些标准,以推动指纹技术更广泛的开展应用。典型的如BioAPI Consortium,它已经制定了一些有关的标准(生物特征识别技术的应用开发接口标准,BioAPI),以推动生物特征验证技术在计算机操作系统、网络和电子商务等方面的应用。可能对不同的应用都需要有不同的专业性标准。目前还缺乏完善的标准来支持不同类型的应用。

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