人的指纹是不是人的二维码?
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2024-07-07 00:41:33
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李后强(四川省社会科学院教授)

这是一个很有趣的问题。我们经常在使用自己的指纹和应用商品的二维码,但不知道二者之间有无关系。指纹与二维码都具有唯一性和可读性,在某些方面有相似之处,但它们的本质和用途有很大的不同。

人的指纹是什么?指纹是人手指皮肤上的独特纹路,由一系列的脊线和沟壑组成,具有高度的个体特异性。每个人的指纹都是独一无二的,即便是同卵双胞胎的指纹也会有所不同。指纹的形成主要由遗传因素决定,并且在胎儿时期就已经形成,出生后基本保持不变,除非遭受严重的物理损伤。指纹用于生物识别,常用于身份验证,如解锁手机、电脑,或是作为门禁系统的一部分。因此有人说,指纹是父母留给子女的密码,是父母给孩子特制的二维码,只是没有破译,包含的神秘信息很多。

二维码是什么?二维码是一种矩阵式条码,能够存储大量的信息,如网址、文本、图像等数据。二维码的生成和读取依赖于特定的编码规则,通过软件算法生成和解析。二维码不是生物特征,任何人都可以生成和使用,没有个人身份的独特联系,除非其中编码了个人身份信息。以后的身份证,都有个人的基因信息和指纹密码,比二维码更厉害,相当于“三维码”。

指纹与二维码之间有什么关系?尽管指纹具有类似二维码的唯一性,但它们的功能和应用场景不同。指纹主要用于生物识别,而二维码更多用于信息存储和传递。有人提出过将指纹信息转换为二维码,以方便在数字环境中使用。然而,这种做法存在安全风险,因为一旦指纹信息被截获,就可能被永久滥用。指纹是不可更改的生物特征,一旦泄漏,无法像密码那样重置。可见,虽然指纹和二维码都能用于身份识别,但指纹是一种生物特征,而二维码是一种信息载体。直接将指纹称为“人的二维码”并不准确,它们之间并没有直接的等价关系。指纹的唯一性是其生物特征属性,而二维码的唯一性是通过编码实现的。

指纹与拓扑学有什么关系?拓扑学就是“橡皮几何”或者“胶泥几何”,是数学的一个分支,研究的是空间属性在连续变换下保持不变的性质,与大小、长短、粗细、高低无关。指纹识别技术结合拓扑学原理主要是为了更有效地分析和匹配指纹的特征。在指纹识别领域,拓扑学的应用可以体现在对指纹模式的抽象化和特征点的识别上。指纹的拓扑结构主要包括纹线的开始、结束、分叉和汇合点,这些被称为奇异点或特征点。在指纹识别中,这些点的位置和它们之间的关系为我们提供了重要的线索信息,用于构建指纹的拓扑模型。具体来说,拓扑学原理在指纹识别技术中应用的方式包括:

一是特征点检测——使用拓扑学原理来识别指纹中的特征点,如终点(end points)、分叉点(bifurcations)和三角点(triangles),这些点构成了指纹的骨架。

二是方向场分析——分析指纹方向场的连续性和拓扑结构,帮助确定指纹的主方向和模式,例如回纹、弓纹和环纹。

三是指纹模式分类——基于拓扑特征对指纹进行分类,比如根据纹线的走向和分布,将指纹归类为不同的模式。

四是匹配算法——在匹配过程中,拓扑关系被用来比较两个指纹的相似度。例如,GQ算法(一种基于点集拓扑学理论的指纹识别算法)可能利用拓扑不变性来识别和比较指纹的局部和全局结构。

五是指纹细化——在指纹图像预处理阶段,使用拓扑学原理细化指纹纹线,去除噪声并增强纹线的连贯性。

六是模板生成——创建指纹模板时,拓扑特征被编码进一个紧凑的表示形式,用于后续的快速匹配。

总之,指纹识别中的拓扑分析可以帮助算法更好地理解指纹的内在结构,即使在图像变形或部分缺失的情况下也能进行有效地识别。这种方法提高了识别的鲁棒性和准确性,尤其是在处理低质量或部分遮挡的指纹图像时,尤为重要。需要注意的是,实际的指纹识别算法会结合多种技术和方法,包括图像处理、机器学习和模式识别,而拓扑学原理是其中的一个重要组成部分。(2024年7月4日)

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