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光学应用:指纹识别系统

导读: 指纹识别系统一直作为安全防范技术很重要的项目,全世界各国在指纹识别系统研究领域里投入了非常大的人力和财力,不同程度地取得了一些进展。

  指纹识别系统一直作为安全防范技术很重要的项目,全世界各国在指纹识别系统研究领域里投入了非常大的人力和财力,不同程度地取得了一些进展,例如:通过计算机技术的应用建立信息库,缩短查询和比对时间,以及研制开发出"指纹扫描仪"(图像分辩率现仅为500象素/英寸)等等。但令人遗憾的是仍然没有脱出"比对法"的框框。也就是说没有脱离肉眼"比对"因素而造成的识别误差。据有关报道,美国中央情报局在过去的几年里为指纹识别系统的研究花费了十亿美元,而且没有明显突破。

  为了更清楚地让我们了解指纹识别系统,我们简单地回忆一下各国研究指纹识别系统的历史,很早以前指纹就被用于身份识别,直到19世纪指纹识别技术才有了科学依据。在上个世纪70年代计算机自动搜索被应用到了文件数据库查询,此后在生物测定领域里研究人员开始尝试把指纹识别从法律学领域推广到日常的身份识别。现有的指纹识别确定仍要依赖人的肉眼。这样的过程不但计算量过大,信息的传输与储存都会消耗大量资源,而且误拒率也居高不下。所以有些研究人员又转向如虹膜扫描等其他识别方法的研究。20世纪90年代为克服干燥皮肤对光学探测器的影响,以及为减小体积和降低成本,新的图像探测器被开发出来,但指纹识别的基本模式——GALTON/HENRY分类法和向量空间信号表示法仍然没变,此种方法将动态的图像与静态图像模板比较,主要针对异常点和采样点或用一组参数描述的曲线簇。一些难以判断的现象还必须由人决定。简言之,世界各国对指纹识别系统的研究主要集中在以下三点:

  1、提高识别的准确率;

  2、提高识别速度;

  3、中央信息库(高信息量)的建立与联网。

  据了解,北美一家研究中心进行指纹扫描识别领域的软、硬件开发工作,并已经取得了突破。其中:SR75扫描仪是一种可以自动实时捕捉单个手指平面纹路信息的光学设备。该设备可以通过测量指纹的固有特征将获得的指纹信息编成一个短数字串。当两个指纹特征经处理后有同样的数字串输出时,刚该两个指纹即可判定为“吻合”,为了防止因手指受伤而影响检测结果,他们一般采集左、右食指两个资料。指纹转变数字串是该扫描仪的内置功能,转换器技术是他们的专利技术。SR75是为监控登入系统下的PC主机而设计的,并且可以作为和INTERNET交互的外围设备。做匹配运算需进行指纹图像的存储与传输操作,SR75首次将这些冗繁的过程转变为如同信用卡的确认过程一样简单,数秒钟即可完成。这一研究成果突出解决了中央信息库信息量的储存课题,也解决了计算机联网的课题。

  从上所述的基本原理,可以清楚地看到,SR75是完全区别于传统的产品,通过识别输入指纹固有不变的图像因素,使其可以将其筛选出而量化成为一串固定数字,这一技术已在美国正式申请了专利。SR75处理器不进行两指纹匹配计算,只计算指纹量化信息然后由此判断指纹是否吻合。例如:扫描仪由某指纹产生数字串为“12345678",它实际上假定了相反的映射仍然成立,即如果任何指纹对应的数字是"12345678",则其必然为同一个人的指纹,因为指纹和数字是一对一的关系,而且每个人的指纹都是完全不同的,所以只会有惟一个人的指纹对应数字"12345678"。由于指纹图像已变成数字储存而大大节省了信息库的存储量,我们十几亿人口的大国有必要建立中央信息库,真正实现全国公安联网,以及边检、海关、银行等一切需要核查其实身份的机关、团体、单位的联网。又如:2008年奥运会奥运村可以采用SR75确认其实有效身份,确保奥运会的安全得到有力的保证。同时对杜绝各种伪造证件、对拐卖妇女儿童身份的确认、对各种事故死难者身份的确认,都会是最简捷省力节约开支的方法。比DNA检查既省力又节约费用。

     SR75扫描仪从指纹里提取特征,而后将这些特征用几百K字节长的比特串表示出来。这数字串常常以位图的形式存储并显示为模拟图像。由于手指压力和位置的不同即便对于同样的指纹,每次输入产生的比特串与形状都不会相同。比较器的工作主要依据阈值(THRESHOLD)的设定,以确定是否吻合。由同一指纹产生的数字串与由模板产生的数字串可能相同,也可能不同,存在不确定的因素,通过强制每一个样本指纹落入确定的数字容限内,就不再需要使用以前的1/2或3/4匹配方法进行比较,也不再需要模扳。

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