盡管指紋識別技術已經進入了民用領域，但是其工作原理其實還是比較復雜的。與人工處理不同，生物識別技術公司不直接存儲指紋的圖像。多年來，各生物識別技術公司及其研究機構研究了許多指紋識別算法（美國有關法律認為，指紋圖像屬于個人隱私，因此不能直接存儲指紋圖像）。但各種識別算法最終都歸結為在指紋圖像上找到并比對指紋的特征。這就是指紋識別技術的基本原理，即采集指紋圖像并進行比對指紋特征。

指紋的特征

從普遍意義上來講，可以定義指紋的兩類特征來進行指紋的驗證：總體特征和局部特征。

總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。它包括：

1、基本紋型

常見的指紋圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型，其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案，只是一個粗略的分類，僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠遠不夠的，但通過分類可以更加便利于在大數據庫中搜尋到指紋。

2、模式區(qū)（Pattern Area）

模式區(qū)是包含了紋型特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。

3、核心點（Core Point）

核心點位于指紋紋路的漸進中心，它用于讀取指紋和比對指紋時的參考點。

4、三角點（Delta）

三角點位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉處，或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數和跟蹤的開始之處。

5、式樣線（ Type Lines）

式樣線是在指紋包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側線開始連續(xù)延伸。

6、紋數（ Ridge Count）

紋數是指模式區(qū)內指紋紋路的數量。在計算指紋的紋數時，一般先連接核心點和三角點，這條連線與指紋紋路相交的數量即可認為是指紋的紋數。

局部特征是指指紋上的節(jié)點。兩枚指紋經常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。局部特征點有如下的類型：

1）節(jié)點：指紋紋路并不是連續(xù)、平滑筆直的，而是經常出現中斷、分叉或彎折的。這些斷點、分叉點和轉折點就稱為“節(jié)點”。就是這些節(jié)點提供了指紋唯一性的確認信息。

2）端點：一條紋線終止的地方；

3）分叉點：一條紋線分裂成兩條的地方；

4）中心點：指紋的幾何中心，這是紋線產生最大曲率的地方；

5）三角點：三種不同方向的紋線匯聚的地方；

6）交叉：兩條紋線產生交叉的地方；

7）小島：一條很短小的紋線；

8）汗腺孔：脊線上的小孔，系汗腺。以上這些特征被用來區(qū)分不同的指紋。其中：

1.端點和分叉點是最為常用的特征。通常的算法都要記錄它們的位置和方向。

2. 中心點和三角點在刑偵系統(tǒng)中普遍使用，而在民用系統(tǒng)中并不常用。因為這些應用中所使用的采集器往往面積較小，較難完整地采集到中心點和三角點。

3.交叉和小島由于計算上的困難，在實際的系統(tǒng)中往往不予采用。

4.有人曾提出用汗腺孔來進行指紋識別，但這種方法要求指紋采集設備要具有非常高的分辨率。所以在實際的系統(tǒng)中沒有采用。

指紋識別的過程

指紋識別由兩個過程組成，即登記過程和識別過程。其原理如圖1 所示：

圖1 指紋識別的過程

在登記過程中，用戶需要先采集指紋，然后計算機系統(tǒng)將自動進行特征提取，提取后的特征將作為模板保存在數據庫或其他指定的地方。在識別或驗證階段，用戶首先要采集指紋，然后經系統(tǒng)自動進行指紋庫模板比對，然后給出比對結果。

在很多場合，用戶可能還要輸入其他的一些輔助信息，以幫助系統(tǒng)進行匹配，如帳號、用戶名等。此過程是一個通用的過程，對所有的生物特征識別技術都適用。

指紋采集的方式

目前市場上常用的指紋采集設備有三種：光學式、硅芯片式、超聲波式。這三種形式的采集技術性能對比見表1：

表1 光學、電容與超聲波采集技術的性能比較

1、光學式

光學指紋采集器是最早的指紋采集器，也是目前使用最為普遍的。它有如下優(yōu)點：

1 使用時間最長，經受了實際使用的檢驗；

2對溫度等環(huán)境因素的適應能力好；

3 價格比較低廉，分辨率較高，可以達到500 dpi 以上。

目前，也已出現了用光柵式鏡頭替換掉棱鏡和透鏡系統(tǒng)的采集器，光電轉換的CCD 器件也已經換成了CMOS 成像器件，從而省略了圖像采集卡，直接得到數字圖像。

2、硅芯片式

硅芯片的指紋采集器出現于90 年代末，大部分硅芯片測量的是手指表面與芯片表面的直流電容場，這個電容場經A/D 轉換后成為灰度數字圖像。

3、超聲波式

超聲波指紋采集器可能是最準確的指紋采集器，但目前并不成熟，尚沒有大規(guī)模應用。