摘要:指紋采集儀是指紋識別系統(tǒng)的輸入裝置,可廣泛應用于指紋鎖、考勤系統(tǒng)、電子商務、銀行儲蓄、社會保險、PC和手機中,也可用于公安系統(tǒng)指紋比對采集作業(yè)。目前,常用的指紋采集儀有三種:光學式、電容/電感式、生物射頻式。其中,光學指紋采集器是最早出現(xiàn)的指紋采集器,也因其使用時間長、性能可靠、價格便宜成為現(xiàn)階段使用最為普遍的指紋采集器,然而,光學成像采集原理易受欺騙的缺點,使其在金融系統(tǒng),尤其是金庫門這種場所的使用是不安全的。為了克服這種易受欺騙的缺點,本文重點介紹了光學指紋采集儀在防止指紋欺騙方面的兩種新型技術手段。
一、采集原理
光學指紋采集儀采集指紋表層紋理圖像,手指接觸棱鏡表面,光源光線照射到壓有指紋的棱鏡表面形成反射光線,由于指紋的嵴和峪凹凸不同,形成反射光線的量也就不同, 反射光線再經(jīng)過透鏡聚焦后由光電圖像傳感器去捕獲成像。根據(jù)采集原理的不同,可以分為亮背景指紋采集儀和暗背景指紋采集儀:暗背景指紋采集儀采用漫反射的原理,指紋的脊線與采集棱鏡緊密接觸,照射在脊線上的光束發(fā)生漫反射,透鏡組將指紋脊線接觸部位漫反射的光成像到成像裝置上,顯示為亮線,谷線不接觸,光線仍舊透射出采集棱鏡,所以谷線在成像裝置上顯示為暗線,從而得到暗背景的圖像;亮背景指紋采集儀采用全反射的原理,指紋的脊線與采集棱鏡緊密接觸,破壞了全反射條件,一部分入射光被手指吸收,余下部分光發(fā)生漫反射,透鏡組將該反射光束成像到成像裝置上,脊線吸收了部分全反射光線,顯示為暗線;谷線不與采集面接觸,全反射依舊成立,顯示為亮線,從而形成亮背景的指紋圖像。
二、欺騙方法
由于光學成像采集方式是對指紋脊線谷線和光學棱鏡表面接觸程度的差異進行采集,其防假指紋欺騙的方面,要弱于其他類型(如電、熱、壓)的傳感器。對光學成像采集方式的欺騙方法主要來源于,通過對殘留的指紋進行欺騙。其原因是:由于手指上的皮脂或者污染物影響,會在指紋識別設備上留下一個殘留圖像(指紋殘留),如果利用外界光照射傳感器;或者,利用顯影粉就有可能檢測到該指紋殘留。在刑偵工作中,這是提取犯罪指紋的重要手段,但對于指紋識別系統(tǒng)來說,卻提供了一個偽裝合法用戶指紋的機會,特別是在無人值守的應用中,合法用戶留下的指紋殘留如果被采集為數(shù)字圖像就有可能通過匹配,導致非法用戶利用該殘留指紋通過識別認證,從而對指紋識別系統(tǒng)的安全性構成威脅。
三、抗欺騙技術
通過活體識別和雙模式采集的方式可以有效的區(qū)分指紋殘留和手指。
活體識別的方式,通過電容式接近傳感器,利用電容感應原理,感應極板是導電材料制成的板狀電極,可被視為一個或一組電容,附近出現(xiàn)或經(jīng)過的導電體和電介質(zhì)改變極板系統(tǒng)中的介電常數(shù),影響靜電場分布,從而改變感應極板的電容。當手指靠近或者接觸感應極板時,感應極板電容增加;當手指遠離或離開感應極板時,感應極板電容將減小。感應測量電路用于測量感應極板的電容變化,從而判定是否有手指的存在。具體做法是在光學指紋采集裝置中增加電容式接近傳感器,且將電容式接近傳感器感應電極放置在采集棱鏡下方。當指紋采集模塊使用面光源,且面光源位于采集棱鏡下方時,感應電極置于面光源下方;當指紋采集模塊使用點光源時,感應電極可置于采集棱鏡下方。
該做法的優(yōu)點在于:首先,由于該采集儀的感應電極貫穿能力和抗干擾能力強,可以不直接與手指接觸,避免了感應電極暴露在外,容易被擊穿導致毀壞和易受到外界非手指的其他物體干擾的缺點,即使玻璃介質(zhì)面板被水濺濕,也不會影響識別手指靠近或接觸信號;其次,由于采集棱鏡的玻璃材質(zhì)為強電介質(zhì),感應電極與人體手指之間隔著一定厚度的玻璃介質(zhì)仍能準確識別手指靠近或接觸信號。
另一種是雙模式采集的方式,即在同一款采集儀中同時設置暗背景(漫反射)和亮背景(全反射)的采集模式。采集棱鏡包括兩個入射面,光源包括亮背景光源和暗背景光源,二者用擋板隔開,防止光線相互干擾,由于指紋殘留造成的反射光吸收率遠小于指紋接觸,因此殘留圖像通過暗背景的采集方式能夠采集到較為清晰的圖像,而亮背景采集方式中卻不能得到圖像或得到的圖像非常模糊,因此通過比較兩種模式下采集圖像的清晰程度,便可很容易的判定是否是指紋殘留。
四、總結(jié)
光學指紋采集器是最早出現(xiàn)的指紋采集器,也因其使用時間長、價格便宜成為現(xiàn)階段使用最為普遍的指紋采集器。但是,由于光學成像采集原理易受欺騙的缺點,使它的使用存在一定的不安全因素。這種缺點雖然可以通過算法軟件的方式加以彌補,但指紋采集儀的多樣性必然會致使算法的混亂。因此,只有不斷地增進和提高采集儀本身的性能,從圖像采集的伊始就將易受欺騙的缺點克服,才能實現(xiàn)指紋識別系統(tǒng)的規(guī)范應用和長遠發(fā)展。