光学指纹采集仪的抗欺骗方法

光学指纹采集仪的抗欺骗方法

摘要：指纹采集仪是指纹识别系统的输入装置，可广泛应用于指纹锁、考勤系统、电子商务、银行储蓄、社会保险、PC和手机中，也可用于公安系统指纹比对采集作业。目前，常用的指纹采集仪有三种：光学式、电容/电感式、生物射频式。其中，光学指纹采集器是最早出现的指纹采集器，也因其使用时间长、性能可靠、价格便宜成为现阶段使用最为普遍的指纹采集器，然而，光学成像采集原理易受欺骗的缺点，使其在金融系统，尤其是金库门这种场所的使用是不安全的。为了克服这种易受欺骗的缺点，本文重点介绍了光学指纹采集仪在防止指纹欺骗方面的两种新型技术手段。

一、采集原理

光学指纹采集仪采集指纹表层纹理图像，手指接触棱镜表面，光源光线照射到压有指纹的棱镜表面形成反射光线，由于指纹的嵴和峪凹凸不同，形成反射光线的量也就不同, 反射光线再经过透镜聚焦后由光电图像传感器去捕获成像。根据采集原理的不同，可以分为亮背景指纹采集仪和暗背景指纹采集仪：暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，照射在脊线上的光束发生漫反射，透镜组将指纹脊线接触部位漫反射的光成像到成像装置上，显示为亮线，谷线不接触，光线仍旧透射出采集棱镜，所以谷线在成像装置上显示为暗线，从而得到暗背景的图像；亮背景指纹采集仪采用全反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，破坏了全反射条件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光发生漫反射，透镜组将该反射光束成像到成像装置上，脊线吸收了部分全反射光线，显示为暗线；谷线不与采集面接触，全反射依旧成立，显示为亮线，从而形成亮背景的指纹图像。

二、欺骗方法

由于光学成像采集方式是对指纹脊线谷线和光学棱镜表面接触程度的差异进行采集，其防假指纹欺骗的方面，要弱于其他类型（如电、热、压）的传感器。对光学成像采集方式的欺骗方法主要来源于，通过对残留的指纹进行欺骗。其原因是：由于手指上的皮脂或者污染物影响，会在指纹识别设备上留下一个残留图像（指纹残留），如果利用外界光照射传感器；或者，利用显影粉就有可能检测到该指纹残留。在刑侦工作中，这是提取犯罪指纹的重要手段，但对于指纹识别系统来说，却提供了一个伪装合法用户指纹的机会，特别是在无人值守的应用中，合法用户留下的指纹残留如果被采集为数字图像就有可能通过匹配，导致非法用户利用该残留指纹通过识别认证，从而对指纹识别系统的安全性构成威胁。

三、抗欺骗技术

通过活体识别和双模式采集的方式可以有效的区分指纹残留和手指。

活体识别的方式，通过电容式接近传感器，利用电容感应原理，感应极板是导电材料制成的板状电极，可被视为一个或一组电容，附近出现或经过的导电体和电介质改变极板系统中的介电常数，影响静电场分布，从而改变感应极板的电容。当手指靠近或者接触感应极板时，感应极板电容增加；当手指远离或离开感应极板时，感应极板电容将减小。感应测量电路用于测量感应极板的电容变化，从而判定是否有手指的存在。具体做法是在光学指纹采集装置中增加电容式接近传感器，且将电容式接近传感器感应电极放置在采集棱镜下方。当指

纹采集模块使用面光源，且面光源位于采集棱镜下方时，感应电极置于面光源下方；当指纹采集模块使用点光源时，感应电极可置于采集棱镜下方。

该做法的优点在于：首先，由于该采集仪的感应电极贯穿能力和抗干扰能力强，可以不直接与手指接触，避免了感应电极暴露在外，容易被击穿导致毁坏和易受到外界非手指的其他物体干扰的缺点，即使玻璃介质面板被水溅湿，也不会影响识别手指靠近或接触信号；其次，由于采集棱镜的玻璃材质为强电介质，感应电极与人体手指之间隔着一定厚度的玻璃介质仍能准确识别手指靠近或接触信号。

另一种是双模式采集的方式，即在同一款采集仪中同时设置暗背景（漫反射）和亮背景（全反射）的采集模式。采集棱镜包括两个入射面，光源包括亮背景光源和暗背景光源，二者用挡板隔开，防止光线相互干扰，由于指纹残留造成的反射光吸收率远小于指纹接触，因此残留图像通过暗背景的采集方式能够采集到较为清晰的图像，而亮背景采集方式中却不能得到图像或得到的图像非常模糊，因此通过比较两种模式下采集图像的清晰程度，便可很容易的判定是否是指纹残留。

四、总结

光学指纹采集器是最早出现的指纹采集器，也因其使用时间长、价格便宜成为现阶段使用最为普遍的指纹采集器。但是，由于光学成像采集原理易受欺骗的缺点，使它的使用存在一定的不安全因素。这种缺点虽然可以通过算法软件的方式加以弥补，但指纹采集仪的多样性必然会致使算法的混乱。因此，只有不断地增进和提高采集仪本身的性能，从图像采集的伊始就将易受欺骗的缺点克服，才能实现指纹识别系统的规范应用和长远发展。