1、 指纹识别 技术 原理 前言及声明3 目录 一、概述 . 4 1.1 指纹识别技术概述 . 4 二、指纹识别技术原理 . 4 2.1 采集指纹图像 4 2.1.1 主动式电容指纹传感器 6 2.1.2 被动式电容指纹 传感器 6 2.2 提取指纹特征 7 2.3 存储指纹特征 8 2.4 指纹特征匹配 8 4 一 、概述 1.1 指纹 识别 技术 概述 指纹 识别从概念上讲，不 算一个新概念，但它依然是一个正在逐步成熟和普及应用的新 技术。 指纹 识别技术最大的特点无非三个方面：高唯一性、高安全性和高便捷性。而这三个特 点其实正是我们信息安全从业者不懈追求的目标。围绕这三个特点，指纹 识别技术
2、出现两大应用前景最为广阔的区域，一是由其高安全性和唯一性，在有高机密防护需求的国家涉密系统等领域的发展；二是凭借其便捷性和唯一性，在大众社会化领域的智能化应用 。 二 、 指纹 识别 技术原理 2.1 采集 指纹 图像 指纹 图像 的采集 主要 依靠 指纹传感器 。指纹传感器目前主要分为光学指纹传感器和电容式 指纹 传感 器。 光学指纹传感器 主要是利用光的折摄和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹 凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。用棱镜将其投射在电荷耦合器件上 CMOS 或者 CCD 上，进
3、而形成脊线（指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的凹陷部分）呈白色的数字化的、可被指纹设 备 算法 处理的多灰度指纹 图像 。 如图 1 所示 。 5 图 1 光学 指纹 传感器 原理 示意图 电容式 指纹传感器 是 将电容感 测 器 整合于一块芯片中，当指纹按压芯片表面时，内部电容感测器会根据指纹波峰与波谷而产生的电荷差，从而形成指纹影像。如下简图，可以把上面的凹凸认为是指纹的谷和 脊，那么同传感器就会形成不同 的电容差 ，这样传感器就可以根据这些不同的电容差画出指纹的纹理。 如 图 2 所示 。电容传感器又分为主动式和被动式 。 图 2 电容式 指纹 传感器 原理 示
4、意图 6 2.1.1 主 动式 电容 指纹 传感器 主动式 电容 指纹 传感器 主要是通过外加的驱动信号（如 Ring）加载到手指上以增强手指表面的电荷，使底下 的感应阵列接收电场信号并对信号进行放大， 根据指纹凹凸不一致底下芯片感应到的电场也不一致从而重现指纹 。 如 图 3 所示 。 图 3 主动式 电容 指纹 传感器 示意图 2.1.2 被动式 电容 指纹 传感器 被动式 电容 指纹 传感器 是利用手指按在芯片表面时，指纹的波峰波谷对芯片内部电 容上下电极电荷分配的比例影响程度来对指纹进行重现指纹，无需额外增加驱动源，芯片结构非常单纯（如下图），也因为无额外驱动信号，所以模组也无需外置
5、Ring，模组结构也非常简单。 如 图 4、 图 5 所示 。 图 5 被 动式 电容 指纹 传感器 示意图 图 4 被 动式 电容 指纹 传感器 信号 图 7 2.2 提取 指 纹 特征 指纹识别具有六大特征，从普遍意义上来讲，可以定义指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征，总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征。它包括： 1、基本纹型 常见的指纹图案有环型、弓型、螺旋型，其他的指纹图案都基于这三种基本图案，只是一个粗略的分类，仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，但通过分类可以更加便利于在大数据库中搜寻到指纹。 2、模式区 (Pattern Area) 模式区是包含了纹
6、型特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。 3、核心点 (Core Point) 核心点位于指纹纹路的渐进中心，它用于读取指纹和比对指纹时的参考点。 4、三角点 (Delta) 三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计数和跟踪的开始之处。 5、式样线 ( Type Lines) 式样线是在指纹包围模式区的纹路线开始平行的地方所出现的交叉纹路，式样线通常很短就中断了，但它的外侧线开始连续延伸。 6、纹数 ( Ridge Count) 纹数是指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一般先连
7、接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。 图 6 所示 的 即为 指纹 特征 细节 。 8 图 6 指纹 特征 细节 上位机通过不同的通信途径，发送指令驱使指纹模块快速捕获按压在指纹传感器感应区的手指纹路图像，从而获得一幅完整的指纹图像；为了得到比较准确的指纹特征点，指纹图像预处理一般要经过图像增强 (滤波去掉噪声 )、 计算 方向 图 、二值化 和 细化 等 过程 ， 最后 提取 出 指纹 特征 信息 。 2.3 存储 指纹 特征 通过 以上 的 步骤 ，上位机 获得 指纹图像并转 为 数字 特征 ； 根据 不同的需求， 上位机 将 这些 指纹 特征数据以文件 的 格式 或者其他 特定 形式存储在 上位机 中 ； 2.4 指纹 特征 匹配 9 指纹 特征 匹配 ， 即 比较现场提取的某一个指纹特征点集合和原先建立的数据库中的某一个指纹特征点集合的相似程度。通常用代价函数 (或匹配能量 )来表示相似程度 ,取合适的门限将给出该两组指纹特征是否来自同一枚指头的判断。
