原理及步骤

4.1.4　指纹提取的方法、原理及步骤

1．指纹图像提取方法

正确提取指纹，首先应选取指纹图像采集设备。目前，图书馆可供选择的指纹提取设备，主要有光学、半导体和超声波等类型的采集器。

超声波指纹采集器:可以透过表皮直接采集到读者的真皮指纹，而不像光学和半导体采集器受读者手指表皮的干、湿、脏、开裂和指纹磨损严重的影响，都能准确、清晰、完整地进行指纹采集。

2．指纹识别的基本原理

（1）光学指纹采集器只需读者将手指放在一块加膜的玻璃制成的台板上，通过CMOS或者CCD的光学器件获得反射光线。光线经玻璃射到皮肤凹陷分部后在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线被反射到CMOS或者CCD，而射向皮肤凸起的光线不发生全反射，而是被皮肤凸起的部分与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在CMOS或者CCD上形成了指纹的图像^[5]，如图4-1所示。

（2）半导体指纹采集器:是通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100 000个电容传感器，其外面是绝缘的表面。传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极，传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同（纹路深浅的存在），导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，测量并记录各点的电容值，就可以获得具有灰度级的指纹图像，如图4-2所示。

图4-1　光学指纹识别模块

图4-2　电容传感器表面

（3）超声波采集器，发出超声波后通过传感器表面到达读者手指表面时会被反射回去。皮肤凹陷的部分会吸收一部分超声波，皮肤凸起反射回去的超声波会比凹陷部分更强，依靠反射波的强弱形成指纹纹理的图像。

为了防止人造指纹、死指纹和残留指纹（皮肤油或其他原因残留）出现在采集窗口上，采集器还需对读者真实的皮肤温度、电阻或电容进行识别。

总之，这几种指纹采集技术都具有它们各自的优势，可以根据实际需要来选择采用哪种技术的指纹采集设备。表4-2列出三种主要技术的比较。

表4-2　三种指纹采集技术比较

3．指纹识别的步骤

指纹识别的步骤如图4-3、图4-4所示。

图4-3　自动指纹识别的流程图

图4-4　指纹图像预处理

（1）将采集到的读者指纹图像数字化。

（2）对取得的原始图像进行预处理。通过滤波、特性增强技术消除干扰，使图像更为清晰，又称为图像增强处理。

（3）对指纹图像进行平滑处理，是为了让整个图像取得均匀一致的明暗效果。

（4）采用指纹识别软件进行图像的二值化处理，图像二值化后，不仅可以大大减少数据量，而且使后面的处理过程少受干扰，大大简化其后的处理。

（5）在二值图的基础上细化指纹图像，以便提高识别率。即去除原纹线上的毛刺、伪交叉点、断点等。将提取能唯一标识读者指纹的特征值保存。

（6）将取得读者的指纹特征值分类鉴别、比对匹配，得出结论。

指纹的匹配是将待识别指纹的有关数据与保存的指纹数据进行对比，比较两者之间存在的细节特征，寻找最相似的指纹模型作为被识别指纹的匹配模式。一般的指纹识别是基于点模式匹配（细节匹配），而不是基于像素匹配或脊线模式匹配。两枚指纹的匹配，主要是解决旋转、平移和形变等问题。如果能准确地找到中心点，则只需解决旋转和形变等问题。

提取读者指纹的数字特征值是一种单方向的转换，即读者指纹图像可以转换成特征数据，但不能将特征数据还原成指纹图像，两枚不同的指纹是不可能产生相同的特征数据的。