在指纹识别系统中对指纹图像加密及识别的方法

摘要

本发明涉及在指纹识别系统中对指纹图像加密及识别的方法，其中加密方法之一包括：输入步骤：由供体按其选定的成像角度在所述系统的指纹采集装置上输入特征指纹图像；提取步骤：对上述生成的特征指纹图像进行计算，提取计算后的特征数据；存储步骤：将上述特征数据以数据模块的形式加以存储，从而完成指纹图像的加密。本发明通过改变指纹输入系统时的成像角度来改变现有个体指纹特征的数据信息，达成对指纹图像的加密，从而避免因个体指纹客观的开放性而造成其指纹图像被窃后所留下的不利后果。本发明在确保主动型指纹识别系统现有“拒假”误判率的前提下，消除安全隐患，以保障指纹供体或供体代表方的安全利益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物特征鉴定技术，尤其指在指纹识别系统中对指纹图像的加密及识别的方法。

背景技术

就指纹的供体相对于指纹的识别系统而言，可以分成两个大类：一是被动型，即供体提供的或被采集的指纹，都用以满足他方的某种需求，比如疑犯对于刑侦；其二则是主动型，即供体自主要求识别系统排斥未经许可的他方通过该系统，以保障供体或供体代表方的安全性。

随着现代科技的迅速发展，上述的被动型指纹识别系统已经有了长足的进步，无论在其比对的数量和精准度方面，如美国入境口岸的指纹识别和存储系统已经采用了供体的十指纹系统。但是，当今主动型指纹识别系统的设计者却仅仅满足于单指纹拒假的理论失误率为“百万分之一”，而对于现有技术实际存在的安全漏洞却无所作为。由日本横滨国立大学Tsulomu Matsumoto等人于2002年5月14日发表在英特网上的《“胶糖”假手指对于指纹系统的冲击》论文可见，已经有采用不同的材料，如廉价的胶糖、凝胶及硅胶等，利用残留的指纹的方式制作“假手指”，来挑战配置有电容及硬度传感器的指纹识别系统，结果都获得了成功。

显而易见，现有技术的指纹系统对于指纹的主动供体而言，存在着重大的安全隐患。这是因为在现实生活中任何个人的指纹图像，从某种程度上来说，都是显露而开放着的，是一个未经加密保护的隐私图像。

而现有的商用识别系统中针对上述安全漏洞的事实并无有力的避免措施和相应的配置。

尽管目前一些厂商已经意识到未经指纹图像加密的指纹识别系统存有“假手指”入侵的安全漏洞，并且推出了所谓的“双保险”产品，即除了指纹图像外还加上了数字口令。显然，“双保险”产品的出现，也就等于宣告现有技术的主动型供体的指纹识别系统已经走到了尽头。事实上即便加上了数字口令，也并未因此带来预期的“保险”：这是因为常规的数字密码面对即使是袖珍型的解码器较低的运算速度来说，也至多只能维持一两分钟的短暂生命而已。

因此，如何通过对指纹图像的加密真正起到指纹识别系统的“双保险”作用，并且能够切实地锁定单指纹识别系统“拒假”的误判率为百万分之一以下则是本申请人致力研究的问题之一。

发明内容

本发明旨在提供一种在指纹识别系统中对指纹图像的加密及识别的方法，以避免因个体指纹客观的开放性而造成其指纹图像被窃后所留下的不利后果，从而在确保主动型指纹识别系统现有“拒假”误判率的前提下，消除安全隐患。

本发明所提供的一种在指纹识别系统中对指纹图像的加密方法，包括：输入步骤：由供体按其选定的成像角度在所述系统的指纹采集装置上输入特征指纹图像；提取步骤：对上述生成的特征指纹图像进行计算，提取计算后的特征数据；存储步骤：将上述特征数据以数据模块的形式加以存储，从而完成指纹图像的加密。又：

针对上述加密方法本发明提出了与之对应的识别方法，该方法包括：输入步骤：由供体按目测成像的角度输入特征指纹图像；提取步骤：对上述生成的特征指纹图像进行计算，以提取指纹的特征数据；判断步骤：将上述提取的特征数据同已存储的数据模块进行模糊比对，以鉴别真伪。

本发明还提供了一种在指纹识别系统中对指纹图像的加密方法，包括：输入步骤：供体按其选定的成像角度向所述系统的指纹采集装置输入特征指纹图像；确定和显示步骤：所述系统对上述特征指纹成像的实际角度数据进行确定并加以显示；提取步骤：对上述的特征指纹图像进行计算，以提取特征数据；存储步骤：存储角度成像的指纹特征数据作为数据模块，从而完成指纹图像的加密。且：

针对上述加密方法本发明也提出了与之对应的识别方法，该方法包括：初步比对步骤：根据供体按目测成像角度输入的特征指纹图像所提取的特征数据，将其与系统储存的特征指纹图像的数据模块进行初步的模糊比对；提示输入步骤：若比对结果基本相符，则系统提示输入指纹成像的角度数据；确认和判断步骤：待供体确认输入的数据并经系统认定正确后，系统则自动将已输入的指纹图像按照角度数据指令精确地旋转成所需的角度，然后再次提取指纹图像的特征数据并同储存的数据模块进行模糊比对，以精准地判定其真伪。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过改变指纹输入系统时的成像角度来改变现有个体指纹特征的数据信息，达成对指纹图像的加密，从而避免因个体指纹客观的开放性而造成其指纹图像被窃后所留下的不利后果。本发明在确保主动型指纹识别系统现有“拒假”误判率的前提下，消除安全隐患，以保障指纹供体或供体代表方的安全利益。

具体实施方式

在本发明的构思源自于如下思想：

人们对于指纹图像，其个体特征的确定历来都固有一个定式，即以指端向上或朝前时的方位——或者说在两维空间里手指处于y轴上、指端向上或朝前且指纹核心处于原点的位置，来判定的，如指纹的走向、开口，左斗纹和右箕纹的分辨等等。现行设计的指纹识别系统也是如此，似乎每一个人的指纹特征就是这么固定不变的。

事实却并非如此。作为几何图形的指纹图像应该带有其固有的几何属性：如果改变指纹在两维空间里的成像角度，那么同一的指纹就获得了截然不同的特征数据，甚至原有的左右和上下的方位都被颠倒了过来；因此人们在无意中偏转了一定角度的真手指，面对现有技术的识别系统也会遭遇“拒真”不认的尴尬。其实这就蕴含着，能够以最简单的却是涉及本质的几何方式来对指纹图像进行加密，或者说还原指纹图像原本具有的几何属性，即随机地以一定角度输入的指纹图像所提取的特征数据作为系统用以比对的数据模块，用以构成真正意义上的“指纹密码”。

如此，即使是乱真的“假手指”，甚而至于获得了构成指纹密码要素的“真手指”，也并不等于因此就获悉了“指纹密码”。这就好比人们同样拥有数字密码的构成要素，如0、1、2、3……9这么几个数字，但却无从知晓他方随机编写的数字密码一样。何况，由于指纹图像采用的均系单一方向的数字转化技术，因而生成并存储的模块特征数据无法逆向再现原始的指纹图像。所以面对指纹密码，现有的解码器便束手无策。因为它根本无从解读是哪一位供体、又是哪一个或哪几个指纹被加密进入了识别系统。毫无疑问，运用几何方式加密指纹图像，则根本性地提高了现有识别系统的安全性能。

为此，本发明的指纹加密图像则可采用如下的两种方式。

本发明之一，目测法加密

目测法加密，是由供体在指纹识别系统的指纹采集装置上目测选择一定的成像角度而生成的特征指纹图像，经系统计算后获得的特征数据被存储作为系统的数据模块——即指纹密码的加密方法。

本发明之二，目测法加密的识别

当要求系统检测时，则须目测按照指纹密码的成像角度予以输入，对生成的特征指纹图像进行计算，以提取指纹的特征数据，并将该特征数据同已存储的数据模块进行比对，以鉴别真伪。否则即使是真手指，也不能获得通过。

目测法加密之所以能够予以实施，是因为指纹特征数据的提取与比对均采用模糊的计算方法，因此在指纹输入系统时允许有一定的偏转和平移误差。实际上现有技术的指纹输入无一例外地全部采用了目测法。如果把现有技术的目测输入的角度放在两维空间来认识的话，应该是在90°上下。因此一家美国公司在其指纹锁的说明文字中已经明确告示，允许有15°的偏转公差和±3mm的平移公差。

本发明之三，数据法加密

数据法加密是由供体以任意角度输入特征指纹图像，待系统对该特征指纹成像的实际角度数据进行确定后加以显示，并对特征指纹图像经系统计算后获得的特征数据被存储作为系统的数据模块，即构成了供体的指纹密码。这种在输入过程中出现指纹成像数据的加密方法则称为数据法。

本发明之四，数据法加密的识别

当需要通过系统识别时，供体必须首先目测按照指纹密码的成像角度输入特征指纹图像，系统提取特征数据，将其与系统储存的特征指纹图像的数据模块进行初步比对，若比对结果基本相符，则系统提示输入指纹成像的角度数据。该数据则兼作系统的准入口令和系统的操作指令。待供体确认输入的数据并经系统认定正确后，系统则自动将已输入的指纹图像按照角度数据指令精确地旋转成所需的角度，然后再次提取指纹图像的特征数据并同储存的数据模块进行更多数据的模糊比对，以精准地判定其真伪。

由于本发明改变了现有技术以固定的角度输入指纹图像的方法，因此原有的指纹数据的分类算法也应该相应地予以更新。在诸多的算法中，更宜采用把方向信息和指纹节点的坐标相结合的算法，用以精确落实作为指纹的唯一性特征在两维空间中的不同角度和不同位置所显现出的不同数据。不言而喻，由于供体指纹成像角度的主观变化，指纹的唯一性特征的数据信息也将随之呈现一系列的客观变化，这一事实则为指纹图像的几何方式加密法奠定了坚实的科学依据。

上述两种加密法，可以根据识别系统的安全等级之需求，均可采用单指纹或多指纹的方式予以选择。

采用本发明方式加密时，指纹采集装置的窗口应改现有技术的椭圆形、矩形为圆形，以便指纹供体全方位地输入完整的指纹图像；同时也屏蔽了处于或接近45°、135°、225°和315°的位置时指纹下端多余的图像信息，以利提高系统的处理效率。并且，在圆周线上适当标点一定的角度以供参照，方便供体在0°→360°之间的范围内进行输入的简单操作。

综上所述，本发明的安全而可靠的特性在于：即使不法分子获得了构成指纹密码要素的“真手指”，也并不等同获悉了“指纹密码”，还必须同时具备供体选定的成像角度的数据信息。因此，本发明相对于未经加密保护的主动型供体的指纹信息进入现有技术的识别系统，其安全性能则无法同本发明采用指纹图像加密方法的系统相提并论。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。