基于指纹识别的一卡通手机研究

　　引言

　　手机支付是指用户使用内置现场支付账户的RFID手机，在安装了支持手机支付帐户POS机具的商家，通过形如刷卡的近距离通信方式(RFID)完成支付交易的业务类型。在目前国内三大运营商的鼎力推动下，手机一卡通自2009年以来呈现快速发展的态势。作为一种现场支付的手段，可以使运营商实现“后台金融”——“远程线上支付”—— “手机刷卡线下支付”的一体化方案。目前，很多大学推行了校园手机一卡通，用一卡通即可实现考勤、借书、打饭等校园内的身份认证和消费的活动。然而，如果一卡通一旦丢失，且未能及时挂失，就可能会使卡内的余额被他人消费，造成不必要的麻烦。

　　本文从手机一卡通的安全性角度考虑，提出一种基于指纹识别的一卡通手机，在一定程度上提高了一卡通手机的安全性。

　　一、指纹识别技术

　　个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现唯一性且终生不变。据此，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证它的真实身份，这就是指纹识别技术。

　　为了实现较高的安全性，使用复杂的密码是流行的选择，而如果我们在打饭、坐公交车时都要先输入密码才能下一步操作，那是很不方便也不现实的。所以考虑发展利用人的生理特征，是目前最为方便与安全的识别系统。

　　二、一卡通手机指纹识别

　　2．1指纹图像的采集

　　作为生物识别技术中发展最成熟、应用最广泛的一种，指纹识别技术应用具体涉及指纹图像采集、图像处理、特征提取、特征比对与匹配等。显然，其最基础、最重要环节是高质量指纹图像的采集。指纹的表面积相对较小，日常生活中手指常常会受到磨损，所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。 ．

　　指纹传感器是指纹图像的自动采集和生成部分，是指纹识别产品的数据输入端。绝大多数指纹传感器通过光学扫描、半导体热敏、半导体电容等三种主要传感技术采集指纹图像。采集到的指纹是点位图，一般来说，每一点用[0，255]的一个灰度值表示[l]。衡量一个指纹传感器的性能好坏，主要看成像质量、对不同类型手指的适用能力、对气候环境的适应性、图像采集速度、电气特性、硬件接口、应用程序接口(SDK)、使用寿命、可装配性及附加功能。

　　2．2指纹图像处理

　　指纹图像处理过程包括指纹图像的预处理、特征提取、与指纹数据库进行比对。

　　2．2．1指纹图像预处理

　　预处理在指纹特别技术中有着非常重要的地位，是整个指纹识别工作的基础，由于污渍、扭曲、压力等各种噪声的存在，预处理直接影响着指纹识别系统的可行性和准确性。预处理的目的就是去除指纹图像的噪声，增强嵴和谷的对比度，把它变成一幅清晰的点线图。以便于提取正确的指纹特征。图像的预处理可以在空间域内实现，也可以在频域内实现。目前已有很多成熟的预处理方法。

　　指纹识别的预处理的一一般过程：由于指纹原始图像在预处理时计算量大、耗时多，所以需要将采集到的原始灰度图进行分割，将分割后的图像锐化，得到增强灰度图。将增强灰度图二值化得到二值黑白图，即将灰度图像转换为0．1的黑白图像，这样就使图像的灰度层次由原来的256级降为2级，提高了对比度。最后进行细化处理，细化的主要作用是去除指纹图像中不必要的信息，提取出图像的细节点，得到点线指纹图。

　　2．2．2特征提取

　　对于特征点的提取，不同的系统有不同的处理方式。有的直接保存指纹图像，处理的时候从图像提取指纹特征。这种方式可以比较完整地保存指纹的所有信息，但是需要较多存储空间和信息处理时间。而对于一般的指纹匹配来讲，只需要使用指纹的特征点来进行匹配。因此，保存指纹图像的意义不大，只需要保存足够多个指纹特征点就可以完全满足匹配要求 。指纹图像的特征，包括指纹的纹形(拱型、箕型、斗形)、指纹的核心点、三角点、分叉点、终点、嵴与嵴之间的宽度、嵴的走向等。只要能够提取出足够的特征，就可以用来进行指纹匹配。一般情况下，7个匹配的特征点就可以基本确定两个指纹来自同一个手指 ]。对于手机指纹识别系统而言，7个特征点足以确定手机持有者的身份。常用的特征提取算法有两种：基于二值化的特征提取算法和基于直接灰度图的特征提取算法。对于本系统，由于用户数有限，需要的特征点不多，所以考虑采用基于二值化的特征提取算法。

　　2．2．3指纹数据库

　　手机的指纹识别系统，对于一个手机而言，其用户数是比较少的，绝大多数都是一个用户使用一部手机，所以匹配时所需要的指纹特征不多。因此，本系统考虑采用如下方案：对采集到的指纹图像进行特征提取，即用户在购买手机后，将自己的指纹图像存人系统的指纹数据库内，主用户可以授权其他用户操作，将本手机的其他用户的指纹信息也存人手机的指纹数据库内。当需要手机支付时，使用者只需将手指放到手机上，由指纹传感器采集指纹信息，系统将指纹图像进行处理，处理后的图像与数据库中的图像进行比对，如果一致，则发出付款指令，如果不一致，则不进行任何操作，返回到待机状态。

　　三、结语

　　指纹识别技术利用每个人的指纹特征独一无二而且终生不变的特点，可以替代密码识别个人身份，并且具有比密码方便，保密性高的特点。由于指纹识别生物特征的不可复制性，利用指纹人类自身生理特征进行身份认证的生物识别技术是最可靠的身份鉴别方式。将指纹识别技术应用于一卡通手机上，将使手机支付更具安全性。