《指紋細節特徵識別理論》是1889年Henry提出的一個理論。
基本介紹
- 中文名：指紋細節特徵識別理論
- 提出時間：1889年
- 提出者：Henry
- 指紋特徵：指紋在一個平面上的幾何特徵
1889年Henry提出了指紋細節特徵識別理論，奠定了現代指紋學的基礎。
指紋
在手指表面我們可以看到的突起的紋路，一般稱為“嵴”或“嵴線”。嵴線與嵴線之間稱為“峪”。指紋就是許多條“嵴”與“峪”的組合，是嵴線與嵴線之間“或平行”、“或交叉”、“或並籠”而成的幾何圖案。下面圖4為展示了指紋的嵴與峪。
指紋特徵一般是指指紋在一個平面上的幾何特徵，很少考慮它的空間形狀。人們研究指紋特徵實際是研究指紋圖案的幾何特徵。
世界上第一個對指紋進行分類的人是珀金`傑（J`Purkinie）。他於1823年提出按紋形把指紋分為9類。這9類分別是拱、帳拱、左環、右環、左袋、右袋、左螺、右螺、重環。經過長期的觀察與研究，對指紋紋形的分類習慣性的分為三大類六亞型。三大類分別是指拱型指紋、箕型指紋、斗形指紋指紋紋形是人們對指紋特徵的第一層認識。隨著研究者對指紋圖案的細節分析，不斷的從中找出了指紋更為細小的特徵，如核心點、三角點、分叉、終點、嵴與嵴之間的寬度、嵴的走向等幾何特徵。這些特徵形狀被稱為“特徵點（Minutiaes）”，有時稱為“細節點”，統一稱為“特徵點”。
特徵點在不同人的指紋上，甚至同一個人的不同手指上的表現均不相同。要想能夠通過指紋進行個體識別，僅憑指紋紋形的分類並不區別開來，需要從指紋特徵點入手，分析出更多的特徵點信息，來證明兩個指紋之間的不同。
1889年，亨利`福爾茨（Henry.Fauld）在總結前人研究成果的基礎上，首次提出了基於指紋特徵點進行指紋識別的理論。並提出用指紋來確定犯罪嫌疑人身份的構想。1892年英國的弗朗西斯`蓋爾頓（FrancisGalton）對指紋進行了更為廣泛的研究，系統的總結了個體指紋的細節特徵，並撰寫了《Fingerprint》（《指紋》）一書。在該書中較為完整的確認了一套指紋識別的方法――即基於指紋的紋形和特徵點的指紋匹配方法。
要整體的表述一個指紋的特徵，單從指紋的紋形或者單個指紋特徵點是無法完整描述的，也不能與其它指紋作出區分。所以，描述一個指紋的特徵是多維多模的表示方式。既需要它的紋形特徵，又需它足夠多（一般至少在7個以上）的特徵點，甚至需要建立起特徵點之間的拓撲關係，把這些因素結合在一起，才能完整的描述一個指紋不同於另一個指紋的特徵之處。
指紋特徵一般包括指紋的總體特徵和局部特徵。總體特徵包括指紋紋形、核心點（或者稱為中心點）、三角點（或者稱為Delta點）和嵴密度（或者稱為紋密度）。指紋紋形前面已經多次提到，它是指指紋整體走向形成的三大類（斗形、拱形、箕形）六亞型。紋形是指紋分類的重要參數。能夠體現紋形特徵的區域稱為模式區。核心點是指紋紋形的漸進中心點。三角點是模式區的中心點。嵴密度指模式區內指紋紋路的數量。上述核心點和三角點同時被稱為奇異點。有的指紋識別算法是基於奇異點的識別。
指紋的局部特徵是指單個特徵點的特徵描述，一般用類型、水平位置（x）、垂直位置（y）、方向、曲率、質量等六個要素來描述。類型是指紋特徵點的分類。目前比較通用的分法是分為六類，分別是終結點（Ending）、分叉點（Bifurcation）、分歧點（RidgeDivergence）、孤立點（DotorIsland）、環點（Enclosure）和短紋（ShortRidge）。這些點在指紋中的出現機率並不相當，出現機率最大的是短紋60.6%，其次是分叉點，出現機率為22.6%。
“水平位置”是把指紋放在直角坐標系中的水平坐標值。“垂直位置”是把指紋放在直角坐標系中的垂直坐標值。“特徵點方向”是指在特徵點的位置上紋形的走向，可以表示為與X坐標或Y坐標的夾角。“曲率”描述在特徵點位置上紋路方向改變的速度。“質量”也稱為特徵點的噪聲，通常定義為特徵點位置上沿法線方向上的分量的大小。凡是基於特徵點匹配的指紋識別算法都要對這些特徵點進行深入的研究和套用。
指紋的兩大特性
指紋的兩大特性是指紋識別技術的基礎。指紋的兩大特性分別是指（1）“每個人的指紋形狀終身不變”；（2）“每個人的指紋均不相同”。
其中“指紋終身不變”的理論，是由吉森大學講師、人類學家奧克爾（Welker）在1856年提出的。他對自己34歲和75歲時的指紋進行了對比，發現指紋的紋形類型和細節點特徵沒有變化，於是提出這一理論。“指紋終身不變”是指指紋的嵴線形狀在一生之中不會改變。人出生後隨著年齡的增長，嵴線會變粗、紋形面積會增大。但到了成年之後，這些變化就不明顯了。“指紋的終身不變”，還表現在它具有一定的復原性和難以毀滅性。復原性來源於真皮乳頭的再生能力，只要不傷及真皮，即使表皮大面積剝脫也能慢慢恢復起來，而且保持與原來的完全同樣的紋形和結構，以及全部特徵點。
指紋的另外一大特性是“各不相同”。它是由英國人亨利·福爾茨（Henry·Fulds）提出的，也就是第一位撰寫《指紋學》的亨利。他是英國皇家內外科醫師學會會員，教授生物學。他在日本傳教期間，看到許多日本的檔案和中國的檔案一樣，常常按捺手印，就開始大量收集指紋進行研究，並組織日本的學生和醫生進行各種有關指紋的試驗，從而證明了每個人的指紋各不相同。同時他還證明了奧克爾（Welker）提出的“指紋終身不變”的理論。
用數學方法證明指紋各不相同的是法國巴黎大學教授勃太柴。他在1910年證明了此特性。他把指紋特徵點歸為4種：起點、終點、分叉、結合。每個指紋約有100個特徵點，經過組合排列，以4的100次方（4100）計算得出61位數，即4100=1.6*1060種組合，再以當時一個世紀內生存的人口約50億計算，每人十指，共500億（5*1010）枚指紋，所以（1.6*1060）/（5*1010）=3.2*1049此式表示要經過50位數長的世紀才可能出現兩枚重複的指紋。
指紋兩大特性的提出為後來整個指紋學的研究發展奠定了基礎，也為後來把指紋用於判案提供了理論依據。
指紋的第三個特徵是觸物留痕。這個特性在人工採集指紋時期，使用油墨採集指紋的年代非常有用。在目前電子化自動採集時代，又成為需要克服的問題之一，尤其對於光學採集方法，按壓指紋後會留下指紋殘影，影響指紋成像。
