基本介紹
- 中文名：指紋自動識別系統
- 類別：識別系統
- 功能：指紋圖像獲取、處理、特徵提取
- 獲取方式：活體光學式、電容式和壓感式
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定義
指紋識別系統是指運用科學技術對人的指紋進行自動識別的技術構成。人的指紋只有五十億分之一的重複機率，因此，指紋專家稱其為“證據之王”。
由於計算機和信息技術的發展，FBI和法國巴黎警察局於六十年代開始研究開發指紋自動識別系統（AFIS）用於刑事案件偵破。世界各地的警察局已經廣泛採用了指紋自動識別系統。九十年代，用於個人身份鑑定的自動指紋識別系統得到開發和套用。
19世紀70年代早期，美國聯邦調查局聯合美國國家標準局對建立一套自動指紋鑑定程式進行了可行性研究，研究獲得了成功，伴隨計算機的市場化使用，指紋自動識別系統在20世紀成為現實。
我國違法犯罪人員的指紋管理工作經歷了手工管理、計算機半自動管理和全自動管理三個發展階段。全自動管理階段即套用計算機指紋自動識別系統對指紋進行管理的階段，該階段以其存儲量大、比對速度快、效率高、質量好、便於網路套用等諸多優越性，使指紋管理工作發生了質的飛躍。
我國的指紋自動識別系統套用屬於發展階段，同世界先進國家相比，還有一定的差距。在指紋識別技術上，我國的研究水平屬於世界一流。美國、日本等國家早在20世紀70年代末就開始了指紋自動識別系統的研究，指紋自動識別系統已經普及，整體套用水平和破案效益都很高。目前，國際上成熟的指紋自動識別系統主要有日本的NEC、美國的COGENT和法國的Morpho。
指紋
特性
人的皮膚由表皮、真皮和皮下組織三部分組成。指紋就是表皮上突起的紋線。由於人的遺傳特性。雖然指紋人人皆有，但各不相同。伸出你的手，仔細觀察，就可以發現小小的指紋也分好幾種類型：有同心圓或螺旋紋線，看上去像水中漩渦的，叫斗形紋；有的紋線是一邊開口的，就像簸箕似的，叫箕形紋；有的紋形像弓一樣，叫弓線紋。各人的指紋除形狀不同之外，紋形的多少、長短、不同。據說，全世界的五十多億人中，還沒有發現兩個指紋完全相同的人呢。更有趣的是，指紋在胎兒第三四個月便開始產生，到六個月左右就形成了。當嬰兒長大成人，指紋也只不過放大增粗，它的形狀特徵卻固定不變。
分類
紋型是指紋的基本分類，是按中心花紋和三角的基本形態劃分的。紋形從屬於型，以中心線的形狀定名。我國十指紋分析法將指紋分為三大類型，九種形態。一般，指紋自動識別系統將指紋分為弓形紋（弧形紋、帳形紋）、箕形紋（左箕、右箕）、斗形紋和雜形紋等。
用途
你可別小看指紋，它的用途可大啦！指紋由皮膚上許多小顆粒排列組成，這些小顆粒感覺非常敏銳，只要用手觸摸物體，就會立即把感覺到的冷、熱、軟、硬等各種“情報”通報拾大腦這個司令部，然後，大腦根據這些“情報”，發號施令，指揮動作。指紋還具有增強皮膚摩擦的作用，使手指能緊緊地握住東西，不易滑掉。我們平時畫圖、寫字、拿工具、做手工，所以能夠那么得心應手，運用自如，這裡面就有指紋的功勞。
指紋識別技術
由於每次捺印的方位不完全一樣，著力點不同會帶來不同程度的變形，又存在大量模糊指紋，如何正確提取特徵和實現正確匹配，是指紋識別技術的關鍵。
指紋識別技術涉及圖像處理、模式識別、機器學習、計算機視覺、數學形態學、小波分析等眾多學科。
常用技術
3.指紋提取。指紋形態特徵包括中心（上、下）和三角點（左、右）等，指紋的細節特徵點主要包括紋線的起點、終點、結合點和分叉點。
4.指紋比對。可以根據指紋的紋形進行粗匹配，進而利用指紋形態和細節特徵進行精確匹配，給出兩枚指紋的相似性得分。根據套用的不同，對指紋的相似性得分進行排序或給出是否為同一指紋的判決結果。
計算機套用中，包括許多非常機密的檔案保護，大都使用“用戶ID+密碼”的方法來進行用戶的身份認證和訪問控制。但是，如果一旦密碼忘記，或被別人竊取，計算機系統以及檔案的安全問題就受到了威脅。從而大大提高了系統的安全性。
發展歷程
隨著科技的進步，指紋識別技術已經開始慢慢進入計算機世界中。許多公司和研究機構都在指紋識別技術領域取得了很大突破性進展，推出許多指紋識別與傳統IT技術完美結合的套用產品，這些產品已經被越來越多的用戶所認可。指紋識別技術多用於對安全性要求比較高的商務領域，而在商務移動辦公領域頗具建樹的富士通、三星及IBM等國際知名品牌都擁有技術與套用較為成熟的指紋識別系統，下面就對指紋識別系統在筆記本電腦中的套用進行簡單介紹。
眾所周知，在兩年前就有部分品牌的筆記本採用指紋識別技術用於用戶登錄時的身份鑑定，但是，當時推出的指紋系統屬於光學識別系統，按照說法，應該屬於第一代指紋識別技術。光學指紋識別系統由於光不能穿透皮膚表層（死性皮膚層），所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。
在這種情況下，手指表面的乾淨程度，直接影響到識別的效果。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵，可能就會出現識別出錯的情況。並且，如果人們按照手指，做一個指紋手模，也可能通過識別系統，對於用戶而言，使用起來不是很安全和穩定。
發展到今天，富士通和IBM等國際領先品牌的筆記本電腦開始採用第二代指紋識別系統，改變以前指紋識別容易出錯和不穩定的缺點。新一代的指紋系統採用了電容感測器技術，並採用了小信號來創建山脈狀指紋圖像的半導體設備。指紋識別器的電容感測器發出電子信號，電子信號將穿過手指的表面和死性皮膚層，而達到手指皮膚的活體層（真皮層），直接讀取指紋圖案。
指紋自動識別系統
特點
1.高效、準確。
指紋自動識別系統的核心是高效、準確的指紋自動處理與識別的算法。特徵提取與比對的準確性決定了整套系統的品質，高效的處理和查詢決定了系統的性能。
2.實用性和易用性。
系統的實用性體現在系統的工作流程與實際的業務需求以及用戶的管理經驗是否密切結合。系統的易用性體現為系統的自動化程度以及互動操作上是否友好方便。簡潔、實用、功能齊全是一個好的指紋自動識別系統必須具有的特性。
3.最佳化的系統結構。
靈活高效的系統結構應能滿足不斷增長的業務需求，如庫容量、處理和比對速度、網路互聯、與其他業務系統的互聯及工作模式的變化等。同時，最佳化的系統結構具有安全性、可擴展性和良好的性能價格比，可以有效地降低成本，最大限度地保護用戶投資。系統結構最佳化的主要技術包括：面向對象的技術、分部處理、並行處理、客戶機/伺服器結構等。
4.網路化和大庫容量
網路化和大庫容量是信息技術飛速發展的今天，指紋自動識別系統的發展方向，是實現系統之間、地區之間、國家之間、國家之間數據共享，提高系統效率，改變工作模式，充分發揮指紋自動識別系統作用的一條必經之路。
基本構成
1.指紋自動識別系統的硬體結構及其功能
（1）主系統服務。主系統服務由伺服器、存儲設備（如磁碟陣列、大容量磁碟等）、備份設備（如磁帶機）、比對設備（如加速對比器）等組成，其功能是完成所有指紋數據的存儲、指紋查找及整個服務的分配與控制等。
（2）終端系統。它主要由輸入（如掃瞄器攝像機、活體指紋採集儀）、輸出（如印表機）及查詢設備（如PC工作站）等組成，所有十指指紋、現場指紋的輸入、輸出、編輯、修改、查詢、檢視鑑定以及操作員對系統的管理都在此系統上執行。
（3）網路系統。它主要由一些網路設備組成，如集線器HUB、交換機、路由器、網卡、撥號伺服器及通信線路等，該系統主要用於提供網路連線。
（4）供電系統。它主要由UPS、蓄電池等組成，可提供連續穩定的220伏交流電源。
2.指紋自動識別系統的軟體構成及功能
（1）指紋圖像輸入子系統。它通過掃瞄器、攝像機、活體指紋採集儀或其它指紋圖案採集設備把捺印指紋和現場指紋錄入到計算機系統，以二進制圖像方式保存，以便系統自動提取特徵和圖像數據壓縮。根據我國《指紋圖像數據轉換的技術條件》的規定，指紋圖像的每個像素量化成256灰度級；獲取指紋圖像的最低解析度為500DPI；圖像採取面積為32mm*32mm。
（2）指紋圖像處理子系統。它採用多種圖像處理技術，充分借鑑人工處理指紋的經驗和方法，有計算機自動識別指紋的圖像質量，自動抽取指紋特徵等信息。指紋圖像處理是AFIS對捺印指紋（或現場指紋）的特徵進行自動提取的過程。這些特徵通常包括指紋的紋型分類、中心（和中心方向）、下中心（也叫副中心）、三角和細節特徵。有的AFIS還提取了指紋中心和三角之間的紋線數、細節特徵之間的紋線數等信息。這些特徵都是指紋自動比對的依據。
（3）指紋圖像壓縮子系統。為節省資料庫空間，增加指紋存儲量，指紋圖像存儲一般採用數據壓縮技術，對指紋圖像及特徵點進行壓縮，為保證壓縮圖像的質量，圖像壓縮一般不超過20倍。小波變換壓縮方式是經常使用的方法。
（4）指紋比對子系統。它採取先進的計算機方法，充分借鑑指紋專家的理論和經驗，根據計算機自動提取或人工標點的指紋特徵，對特定指紋與指紋資料庫中指紋進行篩選和特徵匹配、逐一進行對比鑑別，提供候選名單，以便專業人員確認。
（5）人機交換子系統。主要包括：指紋輸入、指紋處理、指紋壓縮、人工編輯、指紋提交比對、指紋認定、指紋數據遠程上報和比對結果輸出。人工編輯系統是人機互動系統中一個十分重要的子系統。
（6）資料庫管理子系統。它應具備數據存儲和備份的功能，資料庫的增刪、修改的功能和資料庫查詢和維護的功能。
（7）後台作業管理子系統。它包括系統管理子系統、作業管理子系統。系統管理子系統應可進行系統和網路的設定，資源分配，進行系統狀態監控，故障處理，用戶管理，功能許可權管理，軟體許可管理以及系統日誌管理。作業管理子系統應進行捺印指紋和現場指紋建庫流程的管理，進行比對任務管理，動態均衡分配任務，以及系統作業定時和時間表管理。
基本功能
指紋自動識別系統的基本功能為：指紋圖像輸入——指紋圖像處理——入庫；指紋圖像輸入——指紋圖像處理——比對。對任何指紋自動識別系統而言，捺印指紋自動建庫、指紋比對都是必不可少的基本功能。
套用
據指紋專家介紹，人的指紋有50億分之一的重複機率，幾乎為零。用指紋來認定罪犯，最有說服力，指紋因此被稱為“證據之王”。
作為重要的證據之一，在以前的破案工作中，技術人員需要舉著放大鏡，把現場提取的指紋在幾十萬份指紋檔案中一一核對，有時需要十幾個人連著乾兩個月，才有可能找出相同的指紋。20世紀90年代初，北京市公安局刑事科學技術研究所(以下簡稱刑科所)研製成功了具有國際先進水平、符合我國刑偵部門實際需要的指紋自動識別系統，徹底結束了這種繁重的體力勞動。
用指紋自動識別系統來做同樣的工作，最多只要5分鐘。警方從案發現場提取的指紋，不論模糊、殘缺、變形甚至故意破壞的指紋，經掃描輸入計算機後，可以幾分鐘內對比出同樣的指紋以及這枚指紋的主人情況，或者告知用戶在資料庫中沒有同樣的指紋。在偵破鹿憲洲搶劫運鈔車系列案等重大刑事案件過程中，這套系統立下了汗馬功勞。
這套系統已在全國公安機關中推廣使用，並建立起龐大的前科指紋檔案資料庫，大部分已實現了遠程比對。運用這一系統，北京市在1999年破獲刑事案件117 起，已破案近百起。這套系統在全國推廣以來，已破案1萬餘起，挽回經濟損失達億元以上。
