指纹对称在指纹识别中的应用

摘 要：主要介绍了指纹对称的一些对称特征,并对指纹检索中的一些检索方法和检索策略做了一些比较，最后通过指纹对称实现了对现有指纹策略的一些改进。提出的方法能很好的提高指纹检索的速度和精度。

关键词：指纹识别；指纹对称；指纹检索

中图分类号：C14 文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）06-0350-02

指纹识别技术是生物特征识别技术中有效而又快捷的一种方法。指纹识别主要十分两种：单个指纹的对比（1：1）和指纹库中查找对比（1：N）。前者需要有对应的ID号或者密码，而后者只需要输入指纹即可，但是对应的响应时间就延长了许多。在现实中许多民用和刑侦场合，数据库可能非常的大，这就要求减少响应时间。减少响应时间一般有两种方法：减少数据库的指纹数量和优化指纹检索技术。

衡量指纹检索方法性能的参数之一是系统穿透系数P：P=CN

其中N为指纹库的记录数，C为匹配次数。显然1/N≤P≤1。一般的1：N系统线性地搜索指纹库，找出匹配效果最好地指纹，因此其系统穿透系数P＝1。

本文通过指纹对称对现有的指纹检索方法做了改进，并使需要检索的指纹数量减少。

1 指纹分类

目前指纹分类主要是Galton-Henry方案的变种，一般分为5种类别：左环、右环、旋涡型、拱形、尖拱型（如图1）。

2 指纹对称

在大量的指纹采集和识别过程中，我们发现了指纹对称 ，而在本文中，我们所运用的是指纹左右手对称。

同一人的指纹在其左右手之间一般表现为多数指纹纹型的左右对称，也称反向对称或镜向对称。在纹线流向上，环型纹多是旋头向拇指方向，环口朝小指方向为对称（如图2是左手和右手环形指纹）；在旋涡型纹的反映上则更多体现在纹线的流向上，左手以顺时针方向旋转，右手按逆时针方向旋转，拱型纹多以中心连线的方向相反来体现。另外还有乳突纹线和犁沟之间的平移对称、指纹细节特征和纹线的对称、还有特殊指纹的对称 。

3 指纹检索

当在一个很大的指纹数据库中搜索一个指纹时，就需要有一些检索方法和检索策略。在使用检索技术的实际场合，通常需要使用不同的检索策略，一种好的检索策略应该能够根据具体应用要求（如精度、效率、匹配算法、是否有人工监督等）而确定。通常情况下，对于同一个检索技术会定义不同的检索策略 。传统的检索策略一般分为3种：假定类别、固定搜索顺序、可变搜索顺序。

4 指纹对称对指纹检索的改进

指纹检索策略中，第一种方法假定类别要求指纹类别的判断完全正确，但对于现有水平的分类技术来说这是不大可能的；而第二种方法固定搜索顺序，费时又费力；而第三种方法则是根据指纹类型分布的概率来搜索，同样的匹配的指纹数量还是没有变，响应时间还是很长。

通过指纹对称学，我们可以把指纹库相对的变小，从而来提高检索的速度和精度。按照Galton-Henry分类，据统计表明环形、漩涡形、拱形的指纹分布概率分别是65.5％、27.9％、6.4％，另外还有0.2％的杂纹。而通过指纹对称学，我们发现了指纹环形对称，即左手左旋、右手右旋，而且占总指纹数的2/3，分别是33.8％和31.7％。本文提出的方法就是通过左、右手的选择来减少访问次数和改变指纹库的分类。

从上面我们已经得到了传统的Galton-Henry分类方案的穿透系数P＝0.149329，而通过指纹对称之后，我们可以把穿透系数改成PL和PR,由公式（1）和（2）

可以得出：

我们可以看出穿透系数分别比原来较少了34％和38.8％。也就是说这种分类方法比原来的效率提高了1/3多。

同时这种方法减少了指纹所需要的匹配次数，如：当一个左手指纹需要匹配时，右旋指纹库就可以不去匹配，这就相对的使指纹库减少了1/3，响应时间也就快了1/3。当n个指纹同时检索的时候响应时间也就是原来的

(2/3)n，这样指纹识别系统的响应速度将大大提高，这也就为指纹识别系统大规模运用提高了实用性。

5 小结

本文是通过指纹对称学对现有的指纹识别系统和指纹库的一种可行性改进：在指纹检索之前加入了左、右手选择，这不仅减少了要求匹配的指纹个数而且指纹检索时间和精度都有了很大的改善，提高了检索的效率和速度，也就增加了指纹识别系统的实用性和广泛性。

参考文献

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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”