指紋辨識器-科學人雜誌
科技解剖室

指紋辨識器

2003/04/01 菲謝蒂(Mark Fischetti)
指紋是最可靠的加密工具,指紋辨識器的發展也就格外令人矚目了。

重點提要

每個人的指紋獨一無二,真人的手指也幾乎不可能偽造,因此指紋將是最可靠的加密工具,指紋辨識器的發展也就格外令人矚目了。

密碼是控制電腦存取、網路及線上交易的簡單工具,卻可能被壞人盜取或猜出。指紋辨識器比較安全,因為真人的手指幾乎不可能偽造。


近幾年來,有兩種價格低廉的辨識器已經快速成長。最早採用的是光學掃描器,使用許多電荷耦合器件(CCD)組成的陣列來採集指尖的數位影像。所謂的矽晶(固態)辨識器,則是利用微小的電容器來感測指尖的指紋圖形。以上兩種裝置要決定允許或拒絕存取,都必須利用軟體分析指紋特徵點的幾何圖案,例如每根手指特有的脊紋與溝紋,然後再與合法使用者登錄的指紋模式進行比對。


技術的進步使得指紋辨識器的錯誤率減少、成本也已降低,因而提高了辨識器的吸引力。美國加州森尼維耳市維瑞迪康公司的總裁札法說,好一點的辨識器錯誤接受率(FAR)已達到百萬分之25以下,而錯誤拒絕率(FRR)通常小於3%。一台精確的指紋辨識器如今售價不到150美元。(執法機構和車輛監理處使用的指紋辨識器造價大約5000~10000美元,準確度接近完美。)


提供相關技術與諮詢服務的紐約市「國際生物辨識集團」資深顧問瓦德華說,由於軟體與常見的作業系統容易整合,接受度也因此逐漸提高,但除非這幾十家廠商加上電腦業者彼此之間能達到交互操作的標準,這項技術才可能快速推廣。其他方面的應用可能再擴大這個市場,例如公司和監獄的門禁控制,或是使用指紋當做電子商務的數位簽署。


目前要克服的最大障礙,也許是隱私的考量;人們會擔心自己的指印可能遭人複製或盜用。科技的發展會降低這種可能性,但正如透過網際網路傳送你的信用卡資訊一樣,公眾的信心終究要仰賴妥善規劃的政策與實務。


你知道嗎?

◆手指一點,現金就來︰如果人們肯讓自己的手指透過電子方式連結到銀行帳戶或信用卡,指紋辨識器的市場就可能會大幅成長。那麼,想要從自動櫃員機提款,只要用手指對螢幕上的掃描器輕輕一按就行了。用餐、加油,或是買日用品的時候,也可以用同樣的方法結帳。美國賓州有幾個學區已經在測試一種掃描器,讓學生點一下手指就能買午餐。


◆虹膜的虹彩虹膜上微小細絲構成的複雜形態,甚至比指紋更有特色。擷取這種幾何形態的辨識系統可達到極低的錯誤率。然而,採用這種系統的機構非常少,因為虹膜掃描器的造價約是指紋辨識器的兩倍,而且使用者覺得盯著攝影鏡頭怪怪的。不過,維珍航空和英國航空正在倫敦希斯洛機場實驗一種虹膜身份識別系統,常搭飛機的旅客可以直接走到海關的掃描器,不必再排隊查驗身份證件。


◆有味道的識別證︰生物辨識工程師能用某些不太尋常的特點來鑑別你的身份,像是你的臉部(鼻子底部到上唇的距離、前額的角度)、聲音(頻率、抑揚頓挫)、耳朵(外耳特徵的幾何形態)、步態(走路時身體各部位之間角度的變化),甚至你的氣味(毛孔散發的水氣)。


指紋辨識器種類︰
1)光學掃描器︰利用數千個電荷耦合器件組成的陣列,取得手指上脊紋與溝紋的數位灰階影像。


2)矽晶掃描器︰將陣列上的數千個電容器充電到一個已知的值。手指的脊紋與溝紋會吸掉微量的電荷,這個量的大小取決於各個特徵和某個特定電容器距離多遠(D1、D2、D3)。電路系統會感測被吸掉的電荷,並由各個值解譯出距離。軟體會將距離的陣列轉換成指紋圖。


擷取特徵、辨識模板

掃描器會將指紋處理成一個解析度高達500 dpi的數位灰階影像。軟體通常會記錄指紋上10~40個特徵點(右圖紅色方塊內),然後計算主要特徵點之間的距離和角度(例如藍色直線所繪),定義出一個「模板」。再利用演算法將幾何關係轉換成一組獨特的數字,用來識別指紋,也因此識別這個人。一旦將模板登錄在記憶體內,軟體就會抹去實際的指紋,以避免遭人複製或盜用。日後,這個人將手指放到掃描器上的時候,系統只會再次計算他的模板,然後與原先儲存的模板進行比對,判斷兩者是否符合。


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2003年第14期4月號】


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