基于施克纳伯格机理的指纹样态形成的新型反应-扩散 PDE 模型

指纹分析和指纹识别是最广泛使用的人类识别工具。迄今为止，已提出各种模型来解释指纹是如何形成的， ranging 从关注细胞-胶原相互作用的纤维芯细胞模型，到薄层屈曲模型，均取得了显著结果。在本工作中，我们提出了一种施克纳伯格（Schnakenberg）类型的反应-扩散模型，特点是具有各向异性扩散矩阵，遵循其他传统指纹生成模型提供的脊列方向，值得注意的是，该模型允许 minutiae——即嵌入指纹中的特征微结构——出现。对随机生成的指纹集合中 minutiae 分布的统计分析与真实指纹中的观察结果一致。该模型在数值上可生成与四种基本分类——拱形、掌状环、径向环和螺旋——相对应的指纹样态，以及多种派生形式。所生成的图案在凸域上出现，该几何形状模拟了指尖的几何形状，显示出指纹识别中通常分析的各种类型的 minutiae，并与人类指纹中观察到的结果表现出强烈一致性。该模型还提供了关于基于 minutiae 位置实现人类识别确定性水平的见解。所有算法均实现于一个开源软件中，名为 GenCHSin。