人的指纹是不是人的二维码?

李后强

这是一个很有趣的问题。我们经常在使用自己的指纹和运用商品的二维码,但不知二者之间有无关系。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。

《闻香》中国画 吴越 作(图源:四川日报)

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,一旦泄露,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。

《爱在心底》剪纸 王渠 作(图源:传文达艺)

指纹与拓扑学有什么关系?拓扑学就是“橡皮几何”或“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。

《小鸟白头》中国画 陈滞冬 作( 图源:四川日报)

总之,指纹识别中的拓扑分析,可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日于成都

来源:四川省地方志工作办公室

文/图:李后强(中共四川省委四川省人民政府决策咨询委员会副主任,成都市社科联主席,四川省社会科学院二级教授、博士生导师)