指紋對稱在指紋識別中的應(yīng)用

摘 要：主要介紹了指紋對稱的一些對稱特征，并對指紋檢索中的一些檢索方法和檢索策略做了一些比較，最后通過指紋對稱實現(xiàn)了對現(xiàn)有指紋策略的一些改進(jìn)。提出的方法能很好的提高指紋檢索的速度和精度。

關(guān)鍵詞：指紋識別；指紋對稱；指紋檢索

中圖分類號：C14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）06-0350-02

指紋識別技術(shù)是生物特征識別技術(shù)中有效而又快捷的一種方法。指紋識別主要十分兩種：單個指紋的對比（1：1）和指紋庫中查找對比（1：N）。前者需要有對應(yīng)的ID號或者密碼，而后者只需要輸入指紋即可，但是對應(yīng)的響應(yīng)時間就延長了許多。在現(xiàn)實中許多民用和刑偵場合，數(shù)據(jù)庫可能非常的大，這就要求減少響應(yīng)時間。減少響應(yīng)時間一般有兩種方法：減少數(shù)據(jù)庫的指紋數(shù)量和優(yōu)化指紋檢索技術(shù)。

衡量指紋檢索方法性能的參數(shù)之一是系統(tǒng)穿透系數(shù)P：P=CN

其中N為指紋庫的記錄數(shù)，C為匹配次數(shù)。顯然1/N≤P≤1。一般的1：N系統(tǒng)線性地搜索指紋庫，找出匹配效果最好地指紋，因此其系統(tǒng)穿透系數(shù)P＝1。

本文通過指紋對稱對現(xiàn)有的指紋檢索方法做了改進(jìn)，并使需要檢索的指紋數(shù)量減少。

1 指紋分類

目前指紋分類主要是Galton-Henry方案的變種，一般分為5種類別：左環(huán)、右環(huán)、旋渦型、拱形、尖拱型（如圖1）。 

2 指紋對稱

在大量的指紋采集和識別過程中，我們發(fā)現(xiàn)了指紋對稱 ，而在本文中，我們所運用的是指紋左右手對稱。

同一人的指紋在其左右手之間一般表現(xiàn)為多數(shù)指紋紋型的左右對稱，也稱反向?qū)ΨQ或鏡向?qū)ΨQ。在紋線流向上，環(huán)型紋多是旋頭向拇指方向，環(huán)口朝小指方向為對稱（如圖2是左手和右手環(huán)形指紋）；在旋渦型紋的反映上則更多體現(xiàn)在紋線的流向上，左手以順時針方向旋轉(zhuǎn)，右手按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，拱型紋多以中心連線的方向相反來體現(xiàn)。另外還有乳突紋線和犁溝之間的平移對稱、指紋細(xì)節(jié)特征和紋線的對稱、還有特殊指紋的對稱 。

3 指紋檢索

當(dāng)在一個很大的指紋數(shù)據(jù)庫中搜索一個指紋時，就需要有一些檢索方法和檢索策略。在使用檢索技術(shù)的實際場合，通常需要使用不同的檢索策略，一種好的檢索策略應(yīng)該能夠根據(jù)具體應(yīng)用要求（如精度、效率、匹配算法、是否有人工監(jiān)督等）而確定。通常情況下，對于同一個檢索技術(shù)會定義不同的檢索策略 。傳統(tǒng)的檢索策略一般分為3種：假定類別、固定搜索順序、可變搜索順序。

4 指紋對稱對指紋檢索的改進(jìn)

指紋檢索策略中，第一種方法假定類別要求指紋類別的判斷完全正確，但對于現(xiàn)有水平的分類技術(shù)來說這是不大可能的；而第二種方法固定搜索順序，費時又費力；而第三種方法則是根據(jù)指紋類型分布的概率來搜索，同樣的匹配的指紋數(shù)量還是沒有變，響應(yīng)時間還是很長。

通過指紋對稱學(xué)，我們可以把指紋庫相對的變小，從而來提高檢索的速度和精度。按照Galton-Henry分類，據(jù)統(tǒng)計表明環(huán)形、漩渦形、拱形的指紋分布概率分別是65.5％、27.9％、6.4％，另外還有0.2％的雜紋。而通過指紋對稱學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)了指紋環(huán)形對稱，即左手左旋、右手右旋，而且占總指紋數(shù)的2/3，分別是33.8％和31.7％。本文提出的方法就是通過左、右手的選擇來減少訪問次數(shù)和改變指紋庫的分類。

從上面我們已經(jīng)得到了傳統(tǒng)的Galton-Henry分類方案的穿透系數(shù)P＝0.149329，而通過指紋對稱之后，我們可以把穿透系數(shù)改成PL和PR，由公式（1）和（2）

可以得出：

我們可以看出穿透系數(shù)分別比原來較少了34％和38.8％。也就是說這種分類方法比原來的效率提高了1/3多。

同時這種方法減少了指紋所需要的匹配次數(shù)，如：當(dāng)一個左手指紋需要匹配時，右旋指紋庫就可以不去匹配，這就相對的使指紋庫減少了1/3，響應(yīng)時間也就快了1/3。當(dāng)n個指紋同時檢索的時候響應(yīng)時間也就是原來的

(2/3)n，這樣指紋識別系統(tǒng)的響應(yīng)速度將大大提高，這也就為指紋識別系統(tǒng)大規(guī)模運用提高了實用性。

5 小結(jié)

本文是通過指紋對稱學(xué)對現(xiàn)有的指紋識別系統(tǒng)和指紋庫的一種可行性改進(jìn)：在指紋檢索之前加入了左、右手選擇，這不僅減少了要求匹配的指紋個數(shù)而且指紋檢索時間和精度都有了很大的改善，提高了檢索的效率和速度，也就增加了指紋識別系統(tǒng)的實用性和廣泛性。

參考文獻(xiàn)

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”