前言導讀
OCT 指紋識別技術
生物特徵由於一般具有永久性，並且對每個生物個體都是獨一無二的，也不會丟失或被盜，因此，依靠生物特徵識別的認證技術已廣泛應用於各種高安全性要求的應用中。
在各種生物特徵中， 指紋具有顯著的準確性和極大的檢測便捷性，接受程度十分廣泛。然而，外部特徵容易通過修改或偽造來欺騙識別系統，因此，探索新的指紋內部特徵提取技術已成為生物特徵識別的重要趨勢。
光學相幹斷層掃描（OCT）作為一種無損、高解析度的活體成像技術已被應用於指尖部位的生物特徵採集。它以 3D 體積數據或斷層切面圖像的形式測量皮膚指尖上和皮膚下方的訊息，其中包含內部指紋（真皮層）、汗毛孔和腺體等，這些內部數據不受外部皮膚狀況影響，因而具有很強的穩健性，並能鑑別偽造的假指紋。
OCT的核心是邁克爾遜干涉儀，基於低相幹干涉測量法（LCI）生成深度輪廓圖。如下圖所示，來自低相幹光源的入射光被分成兩束部分相幹光，即參考光束和樣品光束（探頭光束）。樣品光束沿軸向穿透樣品，參考光束準直到參考鏡後反射。來自樣品的散射光攜帶內部微觀結構的資訊從原路返回，與參考鏡反射的光發生干涉，由探測器記錄並經過後續訊號處理解析，完成深度掃描和橫向掃描（透過振鏡實現）。這些數據以灰色或偽彩色呈現，然後再對其進行處理以獲得生物特徵訊號。
OCT 指紋識別技術
生物特徵由於一般具有永久性，並且對每個生物個體都是獨一無二的，也不會丟失或被盜，因此，依靠 生物特徵識別的認證技術已廣泛應用於各種高安全性要求的應用中。
在各種生物特徵中， 指紋具有顯著的準確性和極大的檢測便捷性，接受程度十分廣泛。然而，外部特徵容易通過修改或偽造來欺騙識別系統，因此， 探索新的指紋內部特徵提取技術已成為生物特徵識別的重要趨勢。
光學相幹斷層掃描（OCT） 作為一種 無損、高解析度的活體成像技術 已被應用於指尖部位的生物特徵採集。它以 3D 體積數據或斷層切面圖像的形式測量皮膚指尖上和皮膚下方的訊息，其中包含 內部指紋（真皮層）、汗毛孔和腺體等，這些內部數據不受外部皮膚狀況影響，因而具有很強的穩健性，並能鑑別偽造的假指紋。
OCT 指紋多維度特徵提取
生物學研究表明，皮膚主要由三層結構組成：分別是表皮層、真皮層和皮下組織。表皮層是惰性的外層。真皮層含有毛細血管，而皮下組織含有脂肪細胞
OCT技術能够從活體組織中捕獲體內皮下圖像。對於指尖，如下圖所示，表皮頂部有角質層，其輪廓代表表面指紋。角質層和表皮之間有一層活性的表皮連接層，代表 內部指紋。內部指紋作為表面指紋的母板，確保表面淺切和其他輕微損傷後仍然可再生恢復。
下圖顯示了一些表面指紋和內部指紋對比例子，測試結果表明，即使表面指紋被磨損或污染，但內部指紋依然很好地保留了褶皺的峰谷訊息。
內部汗毛孔和腺體也是訊息豐富的指尖生物識別技術。汗腺通常可檢測為螺旋狀或橢圓形結，皮膚表面汗腺的開口則是汗孔，單個腺體的直徑範圍為30至40um。透過提取汗腺特徵，可以證明汗腺資訊與指紋紋理特徵結合，提高指紋識別的精確性。
OCT 指紋識別的靜態與動態防偽
指紋識別在現代數位化社會中被廣泛使用，並已成為可靠的個人身份識別的代名詞。雖然每個人的指紋都是獨一無二的，但利用3D列印/刻蝕指紋模型等方法可以很容易地製造假指紋。例如，可以使用乳膠、膠水和明膠製造人工指紋。由於傳統的指紋掃描方法只能對手指表面進行2D圖像採集，因此很難區分真實指紋和人工指紋。而透過OCT-B掃描圖像，如下圖 (c) 所示，可以輕鬆實現指紋的靜態防偽，有效區分人工指紋膠體和真實的人體組織。
除了靜態防偽外，還有 結合OCT血流成像技術的動態防偽技術。因為在手指表皮下的真皮層含有毛細血管，血流僅存在於活體內，因此基於血流的血管成像為活體檢測提供了一種方法。
血管影像學的研究主要集中在生物醫學領域，主流研究方法有兩種：多普勒OCT（DOCT） 和 光學顯微血管造影（OMAG）。如今 OCTA血流成像技術（Optical Coherence Tomography Angiography）不斷發展，指尖表皮下獲取真皮層的血流訊息也越來越成熟，為OCT動態防偽提供一種有效的解決方法。
OCT 膠帶下潛藏指紋成像
除了直接的指紋提取，OCT技術也廣泛用於物體粘接遺留的指紋訊息檢測，可以作為一種法醫刑事技術手段。比如在重大的刑事案件中，嫌疑人常常會用到膠帶，用於捆綁受害者、製造簡易爆炸裝置或包裝非法物品時，嫌疑人往往會在膠帶材料的粘性面留下潛在的指紋。
然而，在犯罪現場發現的膠帶通常是粘在一起或附著在特定的基材上，因此指紋可能隱藏在膠帶下面。目前檢測隱藏在膠帶下的潛在指紋的方法需要先將膠帶剝離，然後用物理或化學方法顯影，過程複雜，會影響潛在指紋的原始狀態。
光學相幹層析成像(OCT) 可作為一種新型的刑事/法醫學應用技術，具有非破壞性侵入性、原位性、高解析度、高成像速度的即時性等優點。研究實踐已表明，OCT可以在不改變原始狀態的情況下快速檢測和3D重建隱藏在膠帶下的高品質潛在指紋圖像，保持證據的完整性，對於識別犯罪嫌疑人非常關鍵。
光學相幹層析成像技術透過測量後向散射或後向反射光，可對各種材料和生物組織的內部微觀結構進行高解析度、橫切面層析成像。OCT類似於超音波成像，只不過它使用近紅外光而不是聲波，也不需要耦合劑或者直接接觸。OCT的優勢在於可以即時提供微米尺度的原位樣品結構的橫截面圖，作為光學活檢技術，也不會對樣本造成損傷。因此，該技術是可用於取證目的的強大工具。
來自清華大學與公安部的研究者為此進行了測試，以展示OCT強大的穿透成像能力。如下圖為樣品準備，選擇了三種最常用的膠帶，即電氣膠帶、封箱膠帶和Scotch膠帶，並準備了9個樣品來獲取內部指紋。採用手持探頭的光譜域OCT (SD-OCT)系統，實現~6μm的解析度和即時二維(2D)橫截面成像速度。指紋在粘性面，OCT檢測光入射到膠帶的非粘性側。
結果表明，SD-OCT技術可以清楚地觀察到膠帶下方潛在的指紋紋理細節，證明OCT技術可以快速檢測和恢復隱藏在膠帶下的潛在指紋的精確圖像，同時保持樣品的原始物理和化學狀態，具有無損和快速檢測的特點。
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