指纹中的秘密

指纹中的秘密（共6篇）

指纹中的秘密 篇1

0 引言

随着社会的发展和信息时代的到来, 生物识别技术已经成为身份识别的热门技术。生物识别技术主要是指在进行身份识别时采用人的生物特征 (如指纹、掌纹、脸形、视网膜、声音) 进行验证。由于常见的密码、钥匙、智能IC卡等存在着被盗用、克隆、遗忘、遗失等风险, 而人的生物特征无法被遗忘、克隆和盗用, 因此, 采用生物识别技术是身份识别和信息安全的未来发展趋势。指纹识别技术是众多生物识别技术中的一种, 因指纹识别技术具有快速、可靠、安全、便捷等许多优点, 将指纹识别技术应用于移动购物中的身份识别, 可以快捷有效地解决身份识别中存在的安全性问题。而指纹识别技术在移动购物中的应用和推广, 将进一步推动信息安全的进步和发展。

1 指纹的特点

指纹是人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路, 是人类进化过程式中自然形成的。指纹很早就引起了人们的兴趣, 在古代人们把指纹当作“图章”, 印在公文上。据史书记载, 远在3 000年前的西周, 中国人已利用指纹来签文书、立契约了。中非洲的一些土著部落在1000年前也会运用指纹订立契约。目前尚未发现有不同的人拥有相同的指纹, 所以把它应用在身份识别上具有以下特点:

(1) 唯一性。根据指纹学的相关理论, 地球上没有指纹完全相同的人。不但人和人之间, 就是同一个人的不同手指的指纹也是不相同的。指纹的唯一性特征, 为指纹应用于身份识别提供了依据。

(2) 稳定性强。人的指纹具有比较强的相对稳定性, 在一生中很难发生比较大的变化, 这一特征可以保证客户信息安全的长期性和有效性。

(3) 可靠性高。每一个人的指纹都是独特的, 将使用者的手指和指纹识别头进行直接接触是读取人体生物特征最可靠的一种方法。

(4) 识别高效、使用简易。指纹识别终端识别指纹的速度快、使用方便、识别准确率高, 有利于指纹特征信息的获取和指纹识别系统的开发, 指纹识别设备也比较容易实现。

(5) 设备易于小型化、集成化、成本低。目前, 指纹识别头有向小型化和集成化方向发展的趋势, 随着电子技术的发展, 指纹识别头的价格变得越来越便宜。

2 指纹识别技术基本原理

指纹识别技术使用指纹的总体特征如纹形、三角点等进行分类, 再用局部特征如位置和方向等来识别用户身份。首先从获取的指纹图像上找到“特征点” (minutiae) , 然后根据特征点的特性建立用户活体指纹的数字表示———指纹特征数据 (一种单向的转换, 可以从指纹图像转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹图像) 。由于两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据, 所以通过对所采集到的指纹图像的特征数据和存放在数据库中的指纹特征数据进行模式匹配, 计算出它们的相似程度, 最终得到两个指纹的匹配结果, 根据匹配结果来鉴别用户身份。由指纹识别的基本原理可知, 指纹识别技术主要经过以下4个步骤:指纹图像获取、指纹图像预处理、指纹特征提取和指纹特征匹配。

(1) 指纹图像的获取技术主要有4种类型:光学扫描设备、温差感应式指纹传感器、半导体指纹传感器、超声波指纹扫描。现在专业的指纹采集仪可以采集活体指纹图像, 对于分辨率和采集面积等技术指标, 公安行业已经形成了国际和国内标准, 但在其它方面还缺少统一标准。

(2) 指纹识别预处理的目的是使指纹图像更清晰, 边缘更明显, 以便于提取指纹的特征点进行识别。指纹图像的预处理阶段尤为重要, 该阶段对图像处理的好坏直接关系到后面两个阶段的工作开展。

(3) 指纹特征的提取是使用指纹辨识软件建立指纹的数字表示———特征数据, 一种单方向的转换, 可以从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹, 而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。

(4) 指纹特征匹配是当指纹图像被提取出来以后, 就可以按照特征值和数据库中存储的指纹图像特征进行比对和匹配, 利用模糊匹配算法对两个指纹的模板进行比较, 计算出它们的相似程度, 最终得到两个指纹的匹配结果。

3 指纹识别技术在移动购物中的应用

3.1 指纹识别技术在移动购物中的应用前景

据中国电子商务研究中心监测数据显示, 截至2013年第一季度, 中国智能手机用户规模已经超过4亿, 年底预期突破5亿。截至2013年6月, 中国移动电子商务市场交易规模达到532亿元, 同比增长44.1%, 且依然保持快速增长的趋势。从以上数据可看出, 我国电子商务正在快速发展。2013年12月4日下午, 工业和信息化部向中国联通、中国电信、中国移动正式发放了第四代移动通信业务牌照 (即4G牌照) , 此举标志着中国电信产业正式进入了4G时代, 移动电子商务将进入快速发展阶段。

通过移动电子商务购物时, 使用手机号码与银行帐户绑定的快捷支付安全性不高, 如能在支付时附加用户指纹识别验证, 则用户的资金安全性会进一步提高。如:2013年9月, 苹果新推出的iPhone 5s手机用上了指纹识别技术, 用户通过指纹登陆iTunes商店, 不必每次购买应用都输入密码, 直接扫描指纹就能完成购物。随着各大厂家指纹识别软件在手机上的开发和应用, 相当于一部智能手机是一台指纹识别输入终端, 加快了指纹识别技术在移动购物中的应用和推广。

3.2 指纹识别技术在移动购物中的实现

要实现指纹购物的商业应用, 应由国家政府和公安部建立全国指纹认证中心, 由公安部把全国公民的指纹特征逐步录入全国指纹数据库中。当公民有使用指纹支付的需求时, 先去当地公安部门把个人指纹信息录入保存至全国指纹数据库中, 然后再去银行申请开通相应的指纹支付应用。银行提取需开通指纹支付的公民指纹信息, 为了个人隐私安全, 公民指纹信息不保存在银行系统中, 直接加密后从专用网络传给公安部指纹认证中心验证, 确定指纹是否是公民本人后开通指纹支付业务。如用户想进一步加强资金的安全性, 可以选择“指纹+密码”共用的支付方式。

公民开通指纹支付后的购物流程如下:1公民在网络或手机上选择需购买的商品并结算;2选择支付的银行;3选择支付方式, 确认跳转至银行付款接口;4如选择指纹支付方式, 公民手指在指纹识别终端上扫描生成特征码, 经银行的公匙加密后上传至银行服务器;5银行确认上传信息的公民是否已开通指纹支付, 如已开通指纹支付, 则把特征码加密后上传至公安部指纹认证中心验证, 否则弹出未开通指纹支付的错误窗口;6指纹认证中心把银行上传的公民指纹信息与全国指纹数据库公民本人的指纹进行对比, 确认银行上传的公民指纹是否为本人, 返回匹配成功或失败的信息给银行;7如指纹匹配成功, 银行进行支付业务, 确认支付成功, 否则弹出匹配错误信息。

国家公安部应利用此商业前景, 建设全国公民的指纹认证中心。随着指纹数据库的建立和完善, 进一步威慑了犯罪分子, 减少了全国犯罪率, 提高了公安系统的破案率。并且随着银行指纹认证的广泛应用, 信用卡套现和盗刷等违法行为将得到有效防止。

4 结语

随着指纹识别技术的快速发展, 指纹门锁、指纹门禁、指纹考勤等一系列指纹产品不断出现在人们的日常生活中, 指纹识别技术还广泛应用于公安、海关、银行等需要进行身份认证的领域。指纹识别技术可应用于各类授权及身份识别的认证系统中, 其卓越特性将为我国安全技术、防伪技术、身份识别技术等带来重要革新, 对国民经济有极大的带动作用, 具有很好的市场前景和产业化前景。

摘要：随着信息时代的来临, 生物识别技术已经成为身份识别的热门技术。指纹识别技术具有快速、可靠、安全、便捷等许多优点。介绍了指纹特点和指纹识别技术的基本原理, 对指纹识别技术在移动购物中的应用进行了探讨。研究表明, 将指纹识别技术应用于移动购物中的身份识别, 可以快捷有效地解决身份识别中存在的安全性问题。

关键词：指纹识别技术,指纹购物,移动购物

参考文献

[1]石声波.电子商务安全[M].北京:清华大学出版社, 2011.

[2]庞辽军, 裴庆祺, 李慧贤.信息安全工程[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2010.

[3]张铎.生物识别技术基础[M].武汉:武汉大学出版社, 2009.

[4]卢智慧.指纹识别技术在电子商务中的应用研究[J].电子技术, 2013.

[5]孙云龙.我国正式发放4G牌照[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/info/2013-12/04/c_132940715.htm, 2013.

小指纹大秘密 篇2

为什么能用指纹来破案呢？因为罪犯在作案时总会用手，所以难免都会留下指纹；再有呢，每个人的指纹都不一样，纹理的形状、条数都不相同，并且指纹终生不变，即使因为意外，手指被刀割或者化学物质腐蚀，伤口愈合后，指纹也还是不变，具有稳定性。我先来带你们破个简单的小案子吧！

金店的失窃案

镇上的金店失窃了。店主惊慌失措地给迪特探长打来电话，请求帮忙，希望能尽快抓到窃贼！迪特带着助手来到金店，仔细检查了每个角落，他们收集到了一个可疑的指纹，接下来警方也拘捕了几个嫌疑人。迪特侦探把可疑的指纹与嫌疑人的指纹进行了对比。你能找出谁是真正的窃贼吗？

地铁扒手案

地铁站里人来人往，这可是扒手们最愿意光顾的地方。一个下午，这里就发生了好几起乘客失窃案件。有个太太丢了钱包，有个年轻的女士丢了手机，还有一个男子丢了信用卡。警方经过调查，找到了几个嫌疑人。以下是他们的指纹，你能分辨出谁偷了什么赃物吗？

迪特工具箱

一般来说，采集到指纹后，如何显示指纹也是有学问的。

化学方法

你可以做简单的实验：在白纸上用手按一下，这时看不出指纹，可是把少量的碘酒倒在金属瓶盖里慢慢加热，靠近白纸，碘蒸气一熏，白纸上就会出现清晰的棕色指纹。

物理方法

指纹上常沾有灰尘，会吸收光线，借助逆光也能够显出指纹，现代一般要借助激光仪器。

上期《狡猾的纵火犯》答案：

指纹中的秘密 篇3

中药指纹图谱是指某种 (或某产地) 中药材经适当处理后, 采用一定的分析手段得到的能够标示该中药材或中成药特性的某类或数类成分的色谱或光谱图谱[1]。指纹图谱是一种综合的、可量化的鉴别模式, 与中药的“整体性”“模糊性”两大特性完美地契合, 可有效对中药及其产品的真实性、质量的一致性及稳定性进行检测和控制。

1 薄层色谱指纹图谱

薄层色谱具有分析速度快、操作简便、经济、结果直观、色彩参数明确、应用范围广、可同时鉴别多个样品等优点。近年来, 各种扫描、数码成像和数据处理技术应用到薄层色谱的处理中, 加大了信息量, 提高了其综合分析能力, 被广泛应用于中药指纹图谱研究中。夏玉英等[1]应用薄层色谱方法建立了穿心莲药材的高效薄层色谱指纹图谱, 并应用该指纹图谱对比了产自广东、广西穿心莲药材的品质, 结果显示此方法操作简便、快速且具有较高的专属性。肖宏华等[2]建立了升麻的薄层色谱指纹图谱, 从对谱图数据的处理中发现, 升麻正品和非正品之间存在明显的差异, 而不同来源的正品之间差异并不明显, 表明可以应用薄层色谱指纹图谱来鉴定升麻品质的真伪。赵翡翠等[3]采集了新疆乌头属植物的薄层色谱图, 并应用相关数据分析方法对其相似度、亲缘性进行了分析、评价, 进而建立了新疆乌头属植物的薄层色谱 指纹图谱。 丁平等[4]采用高效 薄层色谱 (HPTLC) 指纹图谱的方法将市售几种灵芝的化学成分进行了比较, 结果显示该方法可以为灵芝药材的真伪进行有效的鉴别。该方法简单易操作, 普通实验室均可完成该实验。石洋等[5]应用TLC方法对贵州产首乌质量异同性进行了评价, 其研究结果显示可以应用TLC指纹图谱的方法对贵州产首乌的质量进行有效评价。

2 气相色谱指纹图谱

很多中药都含有挥发油类成分, 且该类成分在一定程度上决定了某些中药材的品质, 但由于挥发性成分往往组成复杂, 常由十几种乃至上百种化学成分组成, 要评价其品质, 普通分析方法显得有些乏力。气相色谱 (GC) 的应用解决了这一难题。目前, 气相色谱-质谱 (GC-MS) 联用技术在含有挥发性成分的中药 质量控制 中起着举 足轻重的 作用。刘洪玲等[6]建立了川芎挥发油的GC-MS指纹图谱, 该谱图具有较好的重复性、精密度和稳定性, 可对川芎挥发油成分进行质量评价。张艳等[7]应用GC-MS结合中药色谱指纹图谱相似度评价系统 (2004A) 建立了山苍子油的GC-MS指纹图谱, 该谱图能较完整地展现山苍子油化学成分的基本信息, 对山苍子油的质量评价做出了一定的贡献。耿放等[8]采用GC-MS指纹图谱方法对不同批次的五加生化胶囊的质量进行研究, 结果显示五加生化胶囊的GC-MS指纹图谱特征性及专属性强, 可作为五加生化胶囊挥发性成分质量控制的稳定方法。

3 液相色谱指纹图谱的应用

高效液相色谱 (HPLC) 因其具有如下优点而在中药指纹图谱中得到非常广泛的应用:分辨率高、速度快、重复性高、可自动化操作、分析精确度高、可检测的化合物种类广泛。特别是MS与HPLC联用技术的广泛应用, 不仅可以采集并建立中药的指纹图谱, 还可以进一步通过MS来确定中药中主要成分的化学结构, 为阐释中药关键化学成分提供有效依据。鞠建明等[9]应用HPLC-DAD (二极管阵列检测器) 方法建立了不同树龄的邳州银杏叶在不同采收期的指纹图谱, 为邳州银杏叶的最佳采集时间提供了参考, 同时, 为银杏叶的质量标准建立提供了依据。刘云飞等[10]采用HPLC-TOF-MS技术, 建立了续断的指纹图谱, 并采用高分辨质谱鉴定了续断中的15个化学成分, 使指纹图谱的特征性更强, 为续断的质量控制提供了一个准确可靠的方法。邓仕任等[11]应用HPLC-DAD方法建立不同批次芫花药材的HPLC指纹图谱, 并用HPLC-ESI-MS技术对指纹图谱中的部分共有峰进行了归属, 初步确定其中10个共有峰的化学成分, 为芫花的质量控制提供了科学依据。

4 其他指纹图谱的应用

4.1 毛细管电泳

近年来, 以电场为驱动力的毛细管电泳技术 (PCE) 几乎能够对分析化学中所有的分离对象———小到无机离子, 大到蛋白质和高分子聚合物进行分析[12]。其分离原理是毛细管为分离通道, 依据样品中各组分淌度和分配行为上的差异而实现分离。其具有所需样品量少、溶剂消耗少、抗污染能力强、可直接分析水溶液等优点。许靖等[13]建立了金钱白花蛇药材的毛细管电泳指纹图谱, 确定9个共有峰。根据其HPCE指纹图谱可将金钱白花蛇与蕲蛇和乌梢蛇区别开来, 可以作为其质量控制的方法。吴浩等[14]应用高效毛细管电泳的方法建立了续断的指纹图谱, 确认了14个共有峰, 并应用聚类分析、相似度分析方法对所得指纹图谱进行分析, 结果显示高效毛细管电泳指纹图谱可对续断的品质进行初步判断。

4.2 红外光谱

由于红外光谱的高度专属性, 在药品检验中, 红外光谱法常与其他理化方法联合使用, 用作有机药品重要的鉴别方法。基于红外光谱法的优点, 其在中药材质量控制方面也有较好的应用前景。其图谱能给出样品中所有化学成分的结构信息, 且能与特定中药材一一对应, 成为中药材质量控制的有效方法。同时, 该方法还具有检测速度快、操作简单、适宜过程控制等优点。李超等[15]建立了通关藤的傅里叶变换红外光谱指纹图谱, 并应用不同分析方法对该指纹图谱进行相关分析, 建立了快速鉴别不同产地通关藤的方法。徐海星等[16]利用傅立叶红外光谱技术建立了不同产地10批次苍耳子药材的红外光谱指纹图谱, 并应用化学模式识别及相似度计算对所得指纹图谱进行分析, 为苍耳子药材的质量控制了提供一定的科学依据。张桂芝等[17]建立了姜科中药材挥发油成分的红外光谱指纹图谱。该方法操作简便, 灵敏度高, 专属性强, 重复性好, 可对姜科药材的质量进行评价。

4.3 核磁共振 (NMR)

随着NMR技术在代谢组学中的应用越来越成熟, 其高度的重现性、特征性、易于解析和进一步研究的特性被越来越多的国内外中药及分析化学家所重视。NMR方法由于具有需要样品量少、样品预处理简单、提供信息量大等优点, 适合于研 究化学成 分复杂的 中药材。杨应 文等[18]利用1 H-NMR技术建立了不同生长期当归的指纹图谱, 并用主成分分析对所得谱图进行分析, 找到了当归在生长过程中变化较为明显的活性成分, 为确定当归的最佳采收时机提供了一定的科学依据。沈莉等[19]应用1 H-NMR指纹图谱-模式识别方法建立了不同品种升麻的鉴别方法。该方法吸取了1 H-NMR在代谢组学中的主要优点, 能快速对不同品种升麻样品进行鉴别, 是一种很有前景的控制中药材质量的方法。姜苗苗等[20]建立了银翘解毒液1 H-NMR指纹图谱, 该图谱专属性、重现性强, 操作简便, 能全面、快速、客观地反映银翘解毒液的质量, 是一种有效的银翘解毒口服液类中药复方制剂的质量评价方法。

5 讨论

目前中药指纹图谱的研究主要侧重于化学成分及其比例, 而对于不同来源、化学成分存在差异的同一药材的药理作用差异性研究还较少。如将此两项研究结合起来, 对于评价中药材的品质将会起到很大的积极作用, 这也是中药现代化必需克服的一大难题。

摘要：中药要推向现代化、国际化, 需解决中药质量控制这一关键问题。中药指纹图谱是现阶段公认的评价中药品质最重要的方法之一。简述近年来几种主要指纹图谱方法在中药质量控制中的应用。

指纹识别技术在司法鉴定中的运用 篇4

一、指纹识别的基本原理

对于不同的个体来讲, 指纹都是不相同的。在手指的末端, 指纹都会表现出特定的纹路特征。从科学角度看, 两个人拥有相同指纹的概率极低, 因此几乎是不存在的[1]。指纹识别利用了人类指纹的差异性特征, 在此基础上通过判断指纹特征来辨认当事人。通常情况下, 指纹识别技术包含了模式识别、图像处理和光电技术等多学科的技术。技术人员通过采集指纹, 就可以经过全方位的对比和判断来辨别身份。进入新时期后, 指纹识别的相关技术手段都得到了改进, 与之相应的指纹识别设备和仪器也正在翻新。在技术推动下, 指纹识别更加适合用于司法鉴定。

指纹识别包含了很多步骤, 这些技术流程具有系统性的特征。从识别模式来看, 指纹识别具体包含了辨别和验证的两种模式。在这其中, 指纹验证指的是对比库存的指纹和现有的指纹, 在此基础上归纳得到指纹的特性。司法鉴定人员在查办案情的过程中, 通常都会面对残缺不全或者模糊的犯罪现场。在这时, 只要能够搜集现场留下来的指纹, 那么就可以扫描得出相应的匹配信息, 从而迅速破获案件。由此可见, 司法鉴定不能够缺少指纹识别, 指纹识别在鉴定各类案件的过程中都表现出显著的价值。

二、具体的技术运用

近些年来, 经济正在快速进步。面对新的形势, 司法鉴定也发生了较大转变, 与此同时提出了更高的鉴定要求。在鉴定过程中, 司法鉴定人员有必要建立全方位的指纹信息库, 也就是数据库。采集现场指纹后, 鉴定人员需要把数据库中的指纹与现场指纹放在一起, 通过对比得出二者的异同点。截至目前, 司法鉴定中的指纹识别仍属于很重要的一类辨别方式, 司法人员通常都是通过搜集指纹的方式来判定嫌疑人[2]。具体而言, 司法鉴定中的指纹识别包含了如下的技术要点:

(一) 采集指纹

指纹来源于活体, 在采集指纹时, 司法鉴定人员有必要遵照正确的流程来搜集现场的指纹。通常情况下, 犯罪现场留下来的多数指纹并不清晰, 表现出模糊的特征。采集指纹的相关人员需要借助特定的仪器来做好采集工作, 同时需要格外谨慎和小心, 不要破坏现场原有的指纹特征。在拍摄指纹过程中, 如果光线昏暗或者周边环境不良, 那么指纹图片就表现出模糊性, 有待通过后期的图像处理来呈现清晰的指纹特征。

(二) 对比和匹配

指纹对比指的是提取指纹的某些特征点, 然后经过数据库的对比来寻找指纹的匹配点。手指末端具有凹凸的纹路, 这些纹路组合构成了特殊的指纹图案。因此在对比时, 先要判断中心区的指纹形态, 然后再去判断指纹的某些局部特征。指纹对比和指纹匹配的要点在于判断指纹的分岔和断裂处, 这些技术要点都属于应当注意的细节[3]。通过运用自动化的指纹识别系统, 司法鉴定人员就可以获得50个左右的指纹特征点, 在此基础上生成优质的指纹图像。

(三) 处理指纹图像

经过指纹提取和全面对比后, 就应当进入后期的图像处理。针对指纹图像, 技术人员需要予以详细编辑和处理。在这个步骤中, 图像处理的关键点就在于标定指纹特征, 然后经过反复的核验来确保指纹图像的精准性。技术人员通常是借助微机来处理指纹图像, 图像处理的专用软件能够迅速进行全方位的指纹处理, 这种处理过程耗时不长并且精确性较高, 因而可以推广采用。

三、结论

指纹证据本身就具有很强的说服力, 因而近些年来被广泛用于司法鉴定。相比于其他类型的生物技术, 指纹识别具备了显著的技术优势。在各个领域中, 指纹识别都逐渐受到人们的认可和接受。从本质上看, 指纹识别技术也符合了司法鉴定的基本特征。未来的实践中, 司法鉴定的技术人员还需要不断摸索技术经验, 从而服务于指纹识别工作的整体质量提高。

摘要：从司法鉴定的角度来讲, 指纹识别占有很重要的位置。通过识别指纹的方式, 司法人员就可以迅速判定嫌疑人的特征, 有助于获得证据。在各类证据中, 指纹证据相比来看具有很强的证据效力, 这是由于每个人指纹都不会重复。然而, 指纹识别需要经过很多的鉴定步骤和流程, 在各个步骤中都需要谨慎予以操作。针对司法鉴定, 有必要探析指纹识别的基本内容以及技术特征;结合司法鉴定的真实状况, 探求指纹识别在鉴定过程中的具体运用。

关键词：指纹识别技术,司法鉴定,具体运用

参考文献

[1]张帆.浅谈指纹识别技术在司法鉴定中的运用[J].信息系统工程, 2014 (12) :75.

[2]司歌, 张学.试析指纹识别技术在司法鉴定中的应用[J].中国市场, 2015 (41) :56-57.

方向图在指纹识别系统中的应用 篇5

指纹图像的纹理有一定的方向性,可被看作有确定纹理的流状模型,通过计算方向场作为它的方向图,方向图反映了指纹图像纹理结构的本质,要使噪化的指纹图像预处理后能获得清晰、稳定的脊线特征图,必须准确地提取指纹图像的方向图。方向图实际上描述了指纹图像中每一个像素点所在脊和谷在该点的切线方向。

指纹分割是指纹识别系统预处理中的关键一步。指纹图像分为前景和背景两部分,前景是指图像中清晰的指纹部分,而背景指的是采集区域中无纹线和纹线非常模糊的部分,采集到的指纹图像总是不可避免地存在着背景区域,利用方向图信息对指纹图像进行分割处理能够有效地区分指纹的前景区和背景区,保留脊线的主要信息,去除背景、边界噪声。这样不仅可以大大减少指纹后续处理的时间,加速后续算法的处理速度。

利用方向图信息对分割后的指纹图像进行滤波平滑处理,低通滤波器的选取仍然依照方向图,所以方向图的计算至关重要。Mehtre[1]提出了基于邻域内模板不同方向上灰度值的变化,求取点方向,进而统计出块方向图的方法,该方法对噪声的鲁棒性较好,而且算法简单;一种改进的指纹块方向图算法[2],在计算方向图时采用块重叠的方式,即在求某一小块的方向时,先以此小块为中心扩大块的范围并计算该大块的方向,然后将此大块方向作为小块方向。由于引进了相邻块的相关性,所得的块方向图更连续、更准确。

针对指纹图像的方向性,本文利用方向图先对其进行分割,进而提出了一种提取指纹图像方向信息的方法,并用一低通滤波器对求得的各块指纹图像方向信息进行了平滑,修正不准确的方向信息,对修正的方向信息与预定方向逼近,使得每块图像的方向为连续角,更准确地表示出纹路真实的方向信息。

2 方向图法分割指纹图像

2.1 方向图法的思想简介

指纹纹线排列具有一定的规律性。一般来说,指纹纹线排列是平行的,且方向变化平缓。因而,指纹数据间存在着大量的冗余,有可能用指纹的方向图来表征指纹纹线的大致走向和结构,去除周围不用的信息[3]。

把局部的小块指纹看成是由固定方向和固定宽度的黑白条纹按等宽间隔所组成的图案。这种分割方法的效果依赖于所求点方向的可靠性,而对图像对比度的高低并不敏感,因此对对比度虽然很低但方向性强的指纹分割效果很好。

2.2 方向图算法的描述

具体算法描述如下:

(1)将采集到的整幅图像分块。对于300×300个像素点大小的图像,分成20×20个块,每块的大小为15×15个像素点;

(2)对分块图像内各点进行是否前景点的计算。

(3)选择8个量化方向,为了计算机编程的需要采用9×9矩阵表示,如图1所示,八方向是以图中c点为中心点,将穿越中心点c点的各个对角线数字1连线,则将180度的方向分成如图2所示的八个量化方向,再进行掩膜计算。

(4)当点C满足下述判断条件时,判断为处于脊线上的前景点,否则判断为背景点。见式1所示:

式中:Si——第i个矢量方向上灰度的和值;Smin——最小和值;Smax——最大和值。

(5)若块中满足被判为前景点的C点数量超过一定的数值,则此块置为前景块;否则置为背景块。

2.3 方向图法分割的实验结果

对FVC2000 DB1 102_1图像做实验后的实验结果如图3所示。

3 利用方向图对指纹图像进行滤波平滑处理

3.1 方向信息的提取

指纹方向信息提取的算法简述如下:

第一步:把采集到的指纹图像(本文为300×300象素大小)分成w×w的方块(本文w取15象素大小)。

第二步:计算指纹图像每一个象素点的一阶偏导数,本文采用sobel算子[5]作为离散卷积的模板,模板尺寸为3×3大小。

第三步:计算每一个图像子块的方向:

第四步:由于输入指纹图像噪声的存在,所以以上求出的方向信息有一定的误差,根据指纹的特点,除个别地区外,在局部小块区域内,指纹纹路的走向变化一般都是比较缓慢的,用一低通滤波器对各块指纹图像的方向信息进行块水平的平滑,修正不准确的计算结果。具体方法为先计算θ(x,y)在x轴和y轴上的投影分量:

低通滤波表示为:

其中H(u,v)为二维低通滤波器,wl×wl为5×5滤波器尺寸,w为图像子块尺寸(本文取w=1 5个象素大小)。

块平滑后的方向为θ(x,y),如下所示:

第五步:为使求得的方向图对适度的旋转有一定的鲁棒性,用周围八个块的方向对当前块的方向进行规整,具体方法是利用当前块的3×3邻域八个块的方向和的平均值作为当前块的方向。

3.2 利用方向图滤波的实验结果

图4是对FVC2000DB1中的指纹利用本文方法得到的方向图进行滤波处理后的实验结果。

4 实验结果分析

本文描述的指纹图像分割和滤波方法使用公开数据集----指纹图像库F V C 2 0 0 0 D B 1和F V C 2 0 0 2D B 3作为测试对象,与一般的方差分割方法进行了对比实验,并对数据库中各种质量的指纹进行了滤波比对实验。

本算法的性能采用以下指标评价:

方向图法的分割结果如表1所示:

从直观的视觉鉴别和考察后续处理中特征提取的准确率及预处理时间等可以说明方向图法对各种指纹图像的滤波结果都很理想。

5 结束语

实验结果表明,用方向图法分割指纹图像,利用了指纹的方向信息,分割的效果很理想,而且适合于各种指纹图像。

利用本文提出的指纹方向信息,可以对指纹图像进行平滑处理。实验结果表明,该方法能较好地求出指纹的方向信息,对后续的指纹图像滤波提供了较好的前提条件。

指纹有一定的方向性,所以方向图在指纹自动识别系统中起着至关重要的作用。

摘要：本文提出了一种用方向图法分割指纹图像的方法,并给出了提取指纹图像方向信息的有效方法,用低通滤波器对求得的方向进行平滑,对平滑后的指纹方向信息与预定方向逼近,使得求到的指纹方向信息更准确,更接近实际。实验结果表明,本文给出的方向图法能较好地分割指纹图像,所得方向图能准确地反映指纹纹线的走向。

关键词：指纹图像,方向图,分割

参考文献

[1]MEHTRE,B.M,CHATTERJEE,Segmentation offingerprint image—a composite method[J],PatternRecognition,1989,22(4):381-385

[2]李建华,马小妹,郭成安.基于方向图的动态阈值指纹图像二值化方法.大连理工大学学报[J],2002,42(5):626-628

指纹中的秘密 篇6

1 中药色谱指纹图谱概念与分类

中药色谱指纹图谱是指采用色谱方法及其他联用技术, 建立同种中药材、中药饮片或制剂共有组分群体的特征图谱或图像, 包括TLC、HPLC、GC和高效毛细管电泳指纹图谱[1]。中药色谱指纹图谱对中药材、中药饮片及其制剂的定性和定量研究进行中药质量评价和控制, 也是目前公认的中药质量控制模式。

2 中药色谱指纹图谱在中药炮制研究中的应用

2.1 薄层色谱 (TLC) 指纹图谱

中药材及其炮制品以其化学成分的多样性和模糊性为特点, 以薄层色谱指纹图谱为基础进行分析, 具有快速、操作简便、分析成本低、结果形象直观等优点。采用PCA把薄层色谱指纹图谱作为一个整体, 避免以单纯某指标或某几个指标分析的不确定性, 反映总化学特征。TCL指纹图谱多用于中药饮片各种成分的定性鉴别。徐腊英等[2]采用薄层鉴别方法研究苍术麸炒前后的化学成分变化, 该法操作简便, 斑点明显, 分离度和重现性好, 可用于苍术药材定性鉴别和辅料的研究。高晓霞等[3]运用薄层色谱指纹图谱方法对10份不同采集地制何首乌样品进行研究, 该方法可快速有效鉴别制何首乌, 并为其质量评价及品种整理提供新的证据。王彦青[4]采用薄层指纹图谱对延胡索的醋烘、醋煮、醋炙、酒炙炮制品进行鉴别研究, 为醋元胡临床用药安全性奠定了基础。

2.2 高效液相色谱 (HPLC) 指纹图谱

HPLC适用于成分复杂而不易分离的分析对象, 具有分离效能高、灵敏度高、分析速度快、检测手段多等优点, 因此在中药饮片产地加工、净制、切制、炮炙及炮制辅料的质量控制方面均有广泛运用。仇立志[5]通过HPLC法建立不同产地怀牛膝饮片及最佳工艺硫磺熏蒸鲜牛膝饮片的指纹图谱, 筛选硫磺熏蒸怀牛膝最佳炮制工艺, 并为怀牛膝饮片的质量评价及安全使用提供依据。马晓静等[6]采用相似度计算结合聚类分析法对19批金银花进行比较分析, 建立硫磺熏蒸前后金银花HPLC指纹图谱, 为评价硫磺熏蒸前后金银花样品的质量优劣提供依据。王莉等[7]利用HPLC法建立净制前后湖北贝母的指纹图谱, 该方法可有效控制湖北贝母饮片的质量, 为进一步研究贝母炮制机理提供参考。刘艳芳等[8]运用多指标定量结合指纹图谱分析方法对远志根皮、根及木心的化学成分进行定性和定量分析, 该研究为制定远志科学炮制加工方法提供一定的参考。张洪利等[9]通过正交试验设计, HPLC指纹图谱技术结合抑菌药效试验优选姜黄连饮片最佳工艺。曹建军等[10]利用HPLC指纹图谱技术, 确定了熟地黄炮制终点。肖二等[11]采用HPLC-UV分别对榼藤子生品和炮制品的指纹图谱进行研究, 该方法全面反映榼藤子炮制前后化学成分的差异, 可用于控制生品和炮制品的内在质量。何晓燕等[12]采用HPLC指纹图谱对槟榔炒制过程物质基础变化进行研究, 为揭示槟榔炮制原理提供依据。王荣[13]对四川、浙江、陕西三个产地炮制方法不同的制延胡索和鲜延胡索进行分析, 确定延胡索鲜品和炮制品指纹图谱中有效成分种类、含量的差异。孔繁瑶等[14]采用高效液相指纹图谱方法对豨莶草生品及炮制一至九制品进行研究, 为豨莶草炮制过程中化学成分变化规律和进一步阐明其疗效改变奠定基础。耿媛媛等[15]采用HPLC法建立二神丸不同提取部位的指纹图谱, 并采用灰关联分析法建立其谱效关系, 为二神丸的质量评价提供参考, 也为进一步研究二神丸的炮制机制奠定基础。张丽等[16]对生姜榨汁、生姜煮汁、干姜煮汁三种不同制法所得炮制辅料姜汁进行RP-HPLC指纹图谱比较研究, 较全面反映不同制法姜汁含量的差异。

2.3 气相色谱 (GC) 指纹图谱

GC具有高效、高选择性、进样量少及分析速度快等优点, 主要运用于含挥发性成分中药饮片及其制剂中挥发油的鉴别与比较。在具体应用中, 为解决图谱中多数色谱峰的归属, 常与质谱检测器 (MS) 联用。刘沁[17]采用气相色谱-质谱联用技术, 分析炮制前后的斑蝥脂肪油并分离鉴定出10种脂肪酸成分, 结果显示炮制对斑蝥脂肪酸组成影响不大。吴国清等[18]运用毛细管气相色谱法对薏苡仁生品及炮制品提取物进行分析, 该研究全面反映薏苡仁挥发性化学成分, 为薏苡仁生品及炮制品的质量控制提供有效手段。耿媛媛等[19]采用GC-MS分析二神丸中补骨脂和肉豆蔻的炮制对其4种组合挥发性成分的影响, 研究证实补骨脂和肉豆蔻炮制后入药可降低毒性。王加等[20]利用GC-MS联用技术鉴别生川乌和制川乌挥发性成分, 为川乌的进一步研究提供科学依据。戴建业等[21]通过血清代谢组学方法, 运用GC-MS技术分析大鼠体内代谢物质及代谢通路, 从整体代谢角度观测给药后大鼠存在的代谢差异, 评价和探讨醋炙柴胡与生柴胡对于机体代谢的影响。

2.4 高效毛细管电泳指纹图谱

高效毛细管电泳 (HPCE) 具有分离效率高、灵敏、快速等特点, 是近年来发展的一种新的分离技术, 为电泳技术和层析技术结合的产物。目前, HPCE在中药炮制品成分分析与比较研究中也有一定的应用, 为饮片鉴别及质量评价提供更加全面可靠的依据。李俊松等[22]建立以9个共有峰为特征指纹信息的山茱萸饮片高效毛细管电泳指纹图谱, 可作为控制山茱萸饮片内在质量的有效手段。施婧妮等[23]运用毛细管区带电泳法, 建立10批生鳖甲和10批醋鳖甲有效物质部位的指纹图谱, 并进行比较研究, 结果显示鳖甲炮制前后化学成分及其含量发生变化, 且炮制后产生一些新的有效成分。张英等[24]运用高效毛细管电泳法对杜仲炮制前后绿原酸的含量进行分析, 该研究为杜仲的炮制提供参考依据。

2.5 色谱联用技术指纹图谱

随着科学的不断发展, 色谱光谱联用指纹图谱技术也逐渐运用于中药炮制研究。冯慧萍等[25]运用HPLC-DAD-MS法建立厚朴及其炮制品的色谱指纹图谱, 该方法全面反映厚朴化学成分及其炮制前后的差异。李文涛等[26]采用超高效液相色谱-飞行时间质谱联用技术 (UPLC/Q-TOF-MS) 进行蜜炙前后槐角成分分析与比较, 通过散点图 (S-ploting) 中的VIP值分析槐角蜜炙前后指纹图谱的差异, 得到潜在差异最明显的化学标记物, 为从化学成分角度阐释槐角蜜炙后增效机理提供依据。王增绘等[27]运用超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱检测补骨脂炮制前后成分变化, 得到潜在的化学标记物。该研究成果对于研究补骨脂盐炙的炮制原理具有重要意义, 同时也为阐明补骨脂盐炙品药效物质基础提供重要依据。李凤玲等[28]采用HPLC-ESI-MS联用技术, 对多批次不同温度炮制的山楂炭甲醇提取物进行分析, 建立山楂炭的特征图谱, 为山楂炭质量控制标准提供参考。

3 结语

综上所述, 中药色谱指纹图谱在中药炮制中产地加工、净制、切制、炮炙的全过程及炮制辅料质量控制方面有着广泛的应用, 有利于从化学成分角度阐述炮制的科学性, 还有利于科学化、系统化地控制饮片质量, 为提高和保证临床疗效提供依据。在中药炮制研究中, 应根据药物成分的基本性质选择适当的色谱指纹图谱研究方法, 为今后实现中药现代化及国际化发挥更重要的作用。

摘要：查阅中药色谱指纹图谱在中药炮制研究中的应用相关资料, 分析整理, 以期为提高炮制品质量和临床疗效提供参考依据。其中色谱指纹图谱中以HPLC指纹图谱在中药炮制研究中应用最为广泛, 薄层色谱指纹图谱等其他方法也有一定的应用。