基于细节特征的指纹识别算法分析

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1、武汉理T大学硕士学位论文1．1引言第1章绪论本文的研究工作源于以下课题，并得到了该课题的资助。国家自然科学基金项目：网络簇多吸引子协调切换及多目标流异联想研究(批准号：60774051)随着现代社会的数字化、信息化和网络化进程不断加快，人们之间的信息交流愈加方便快捷，身份的数字化和隐性化趋势日益明显。但是，随之而来的利用身份欺骗而造成公司、个人的机密数据泄露和利益受损的问题也日益严重，这对个人身份鉴别技术提出了重大的挑战。如何自动、快速、准确地鉴别个人身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的关键性社会问题。现代身份

2、鉴别技术不但要求具有极高的安全性和准确性，鉴别过程自动化、易于管理和以人为本也是它应该具备的关键性特征。传统的自动身份鉴别技术可以分为两大类⋯：1)基于知识(Knowledge-based)的鉴别技术；2)基于令牌(Token-based)的鉴别技术。基于知识的方法使用“所知”鉴别个人身份，即待鉴别者通过私有的知识和信息来证明自己的身份，如密码、个人识别码(PIN)、口令等；基于令牌的方法则通过“所有”鉴别个人身份，待鉴别者使用自己的私有物品如护照、身份证、驾驶证、钥匙等来证明个人身份。基于知识和基于令牌的鉴别技术已经

3、被人们使用了千百年，其主要优点是：1)它们都很简单；2)它们能够以较小的代价相对容易地集成到不同的系统中去。然而，这些方法并不是根据待鉴别者的“内在"特征进行身份识别。也就是说，知识或令牌并不和待鉴别者的自身特点紧密联系，这包括两个方面的含义：1)不同的个人可能具有相同的知识或令牌；2)知识或令牌可能被窃取并且容易复制。因此，基于知识和令牌的身份鉴别技术都存在着相当大的缺陷，令牌可能会被窃取、替换、丢失、或者忘记携带，密码PIN则容易遗忘并且难以管理。在大型商业应用中，对密码或PIN的管理一直是一个难题，费用高昂却效果

4、不佳。另外，利用高速计算机对密码和PIN进行自动攻击也J下变得越来越容易。总而言之，传统的自动身武汉理工大学硕士学位论文份鉴别技术在当今数字化信息化社会中已经越来越暴露出其局限性：1)它们形式简单却容易受到攻击；2)它们容易应用却难于管理；3)现在人们不仅追求身份鉴别技术的高安全性，也对它们的可管理性、易用性和以人为本等多个方面提出了更高的要求，而这也正是基于知识和令牌的鉴别技术的致命弱点。不同的时代对身份鉴别技术提出了不同的要求，在身份数字化和隐性化的信息时代，需要更好的自动身份鉴别技术来满足人们不断增长的需求，支撑

5、社会的高效运转。因此人们开始寻找一种认人不认物的可直接认证的方法，这就是现今被人们广泛应用的“人体生物特征识别技术”。生物识别技术是根据每个人自身具有的生物特征来进行身份验证和识别的一种方法。为了确保其准确性与可靠性，要求这些生物特征具有“人各有异"、“终身不变”和“随身携带"三个特点。迄今为止，发现同时兼具这三个特点的人体生物特征有三个：一是指纹，二是虹膜(视网膜毛细血管分布图)，三是人体细胞的遗传基因(DNA结构)。其它还有一些虽然不能完全具备上述三个特点，但也能在一段时间内具有“人各有异”特点的生物特征，如面容、

6、手掌纹、声音、签名等等。在指纹识别、视网膜识别、DNA识别等生物特征识别技术中，指纹识别是一种更为理想的身份确认和识别技术。相对于其它生物识别技术，指纹识别技术具有以下优点昭1：1)唯一性每个人的指纹独一无二，人与人之间不存在相同的手指指纹。据指纹学理论两枚指纹匹配上12个特征的机率为10。50。至今尚找不出两个指纹完全相同的人，即使是相貌酷似的孪生兄弟姐妹，他们的指纹也各不相同。不仅人与人之间如此，就是同一个人的十个手指之间指纹也不尽相同。因此，指纹的这一特点，为指纹用于身份的认证与识别奠定了基础。2)不变性指纹具有

7、很强的相对稳定性。尽管随着年龄的增大，指纹在外型、大小、纹线粗细上会有变化，局部纹线之间也可能出现新的细线特征，但从总体上看，同一指的指纹纹线类型、细节特征的总体布局等始终无明显变化。3)实用性指纹样本便于获取，易于开发识别系统，实用性强，目前已有标准的指纹样本库，方便了识别系统的软件开发；另外，识别系统中完成指纹采样功能的硬件部分(指纹采集仪)也较容易实现。而对于视网膜来说，既难于采样，也2武汉理工人学硕士学位论文无标准的视网膜样本库，这就导致视网膜识别系统难以开发，可行性较差。4)安全性一个人的十指指纹皆不相同，因

8、此，可以方便利用多个指纹构成多重口令，这样，既能提高系统的安全性，也不增加系统的设计负担。表1．1给出了各生物识别技术的比对情况。表1-1各生物识别技术比对类型鉴别可靠可否运用传感器价尺寸度1对1对1对多对格[$US】比指纹很好日10．102非常小疋刁E眼睛很好目102。103歹℃了E疋于手纵好日否102中等疋面部很好目否102小