指纹识别技术及其在学校考试管理中的运用

饶子正

一引言

对于个人身份鉴别的问题可根据其内在的复杂‘睦分为两个问题：确认和其中确认(即鉴定)是指接受还是拒绝一个人对自己身份的声明(即我是否是我声称的人)，而i／qKIJ(即我是谁)是指建立一个鉴别的主题。在日常享务中，可靠的个人身份鉴别是非常重要的。例如：在物理设备的使用和计算机权限管理中入口身份鉴别控制可有效地防止对设备和权限的滥用。现在：廉价的、可靠的身份鉴别技术在城市移民商业金融中的应用已引起了人们广泛的兴趣。

典型隋况下，一个人可以基于以下两点而被确定：(1)此人所有(即止k人所拥有的东西)。例如：只拥有一间屋子钥匙的人才能进该屋子。(2)止队所知的一部分信息(即你知道的信息)。例如；只有拥有用户名及密码的人才能进入系统。另外，还有一种实际的鉴别途径就是基于—个人物理特征。其中特征可以是一个人的生理学特性，如：指纹、手型。也可以是他／她的行为特征，如声音、签名等。这中通过—个、人的生理特性或行为特性来鉴别一个人的身份的方法被称为生物测定学。由于这中生物特征不会被遗忘或丢失(口令)，也不会轻易共享和放错地方(喙钥匙)，所以它逐渐被认为是一中更有效的解决个人身份鉴别的方法。

1。生物测定学中的指纹识别

肺胃掌纹是指位于手掌上的由交互的波峰(背脊)和波谷(背沟)组成的平滑的流线形图案。它的形成主要依赖于胚胎生长的初始条件位于纹络末端的密集处则称为指纹。现今人们认为对于每个人的每个手指来说指纹都是不同的，即使是同胞兄弟也不例外。

目前指纹识别技术已是—种成熟的生物测定技术。在全世界指纹已成为合法的法庭证据，因而它已被广泛用于全世界的犯罪调查。最近，逐渐增长的城市人口和越来越多的商业事务正在呼唤进—步的推进基于指纹识别的身份鉴SIJ技术在这些领域中的应用。

2。指纹特征

可以用指纹的两类特征来进行指纹验证；总体特征和局部特征。总体特征尉指用人目阿以观察到的特征，包括纹形、模式区、核心点、三角点、纹数。局部特征是指指纹上的节点的特征，这些具有特征的节点称为特征点。两枚指纹经常具有相同的总体特征，但它们的局部特征特征点却不相同。特征点包括终结点、分叉点、分歧点、孤立点、环点、短纹、方向、曲率、位置。

3。指纹特征提取

特征提取算法将首先从输入图像中定位出纹络的末梢和交叉。如果一个输入指纹图像可以很好的定位纹络，那么指纹特征提取算法将是—件轻松平常的工作。但实际工作中，得到一幅清晰的指纹纹络图是十分困难的。而当前现有的指纹特征提取算法又十分依赖于输入指纺图像的质量。指纹图像往往因为一些原因(表皮损伤，特殊标记等)而难以有很艮好的纹络结构。在一个依栅指纹技术进行身份鉴定的系统中，特征提取算法的可靠性，以及性能是要求较高的。—个典型的特征提取算法。它主要包括三个部分：方向场估计、纹络提取禾p特征提取和后处理。

4。图像增强

图像匹配算法的性能主要依赖于指纹图像的质量。在实践中，大量获取的图像中有很多是{陨量的(根据经验大约为1O%)。低质量的指纹图像的波峰结构总是难以很好地定义，因而也就难以被正确测定。这主要是因为：(1)存在大量虚假的花纹12)大量真实的花纹被忽略(3)花纹方向场的定义存在大量错误。为了通过提高图像质量以提鬲指纹特征提取算法的性能,我们需要使用图像增强算法来提高花纹结构的清晰度。—般的，指纹增强都是使用频域计算技术。在局部区域内，指纹波峰和波谷近近似地形成—个二维正弦波，该正弦沿着与局部方向场垂直的方向，这样，有着较好的局部频谱特征和局部方向场特征的指纹波峰和波谷就形成了。一种常用的指纹增强力法是利用带通滤波器，它可以模拟高品质特征的指纹图像的频域特征。低品质图像通过使用这种滤波器来过滤外来噪声同时也调整滤波器的特征参数以使其适应该图像的花纹特征。这种力怯的—个显著特征是它将图像分割成块宽度大于内部波峰间宽

度平均值的多个块．使用一组方向滤波器，每个滤波器对应—个预先定义好的指纹波峰方向：滤波后给定的块的波峰特征各产生一个显著的方向特征。这样结果方向特征将更精确：更可靠．因为一个单一的块方向并不自真实地代表波峰的方向并且容易引入滤波噪声。

5。指纺匹配

给定两个(输入和模版)来源于两个不同指纹的特征集合，则指纹匹配系统的目标是确定这两个特征集代表的指纹是否表示着同一个手指。指纹匹配可从不同的策略进行指纹匹配，如基于图像的、基于波峰漠型的、基于点模型(小块)以及基于图表设计的等等。每种策略各有千秋。基于图像的匹配可能无法处理指纹波峰结构的大规模的非线形失真。而严格地依赖于波峰提取或者波峰的连通眭信息的匹配器可能随着输入指纹质量的退化而导致强烈的执行退化。因此，我们认为：当支持小模板格式时，点模式匹配(小块匹配)方法有利于设计—个适应，性强的，简单的，而且较陕的校验算法。

传统的考试身份识别主要依据是相片。考生进入考场持身份证和准考证：身份证是公安机关昕发，准考证是考试组织部门所发，在考试时监考员先将身份证上的相片与准考证上的相片对比，然后将身份证上的相片与考生相貌对比，如果相符确定考生是他本人，否则认为是代考。然而每年请人代考的考生屡见不鲜这种识别身份方法太不可靠，因为根据相片是很难识别—个人，首先一个人不同时期相片有不同，其次是相貌相似的两个人也不好g腚，而在短短的时间内找出证据证明止队不是考生本人更不容易。

在考试识别中应用指纹系统很大的可靠性和实用性。首先每个人的指纹独一无二，并且每个人的指纹相对固定，不会随年龄的增长和身体健康状况的变化而变化其次指纹样本便于获取，目前已有标难的指纹样本库，易于开发识别系统，系统完成指纹采样功能的硬件部分也较易实坝最后指纹识识别中使用的模板荆》是指纹图，而是由指纹图中提取的关键特征，这样使系统样板库的存储量较小。

在考生身份识别系统中禾佣指纹识别技术可采用两种方法，即嵌入式系统和连接的桌面应用系统。嵌入式系统是一个相对独立的完整系统，它不需要连接其他设备或计算机就可以独立完成其设计的功能：先由活体指纹机利用扫描将考生的指纹转化为可视的计算机图形文件，再对之进行数据化，与考生的姓名、性别、年龄等其它信息一并置入iC卡中，并对主讲行加密。以取代纸质或采用—船文字字符PIN码。同时在计算机：网络系统保留另一本，在考试时通过轻便灵活的手提或台式读写器，读写器对卡中的指纹特征和持卡考生的指纹进行对比，以脱机方式实现考生身份的有效鉴别而连接的桌面应用系统具有灵活的系统结构，并且可以多个系统共享指纹识别设备，可以建立大型的数据库应用，可以对考生各方面信信进行管理，建立大型的管理信息系统。在传统的管理中那先进技术，将会使我们的工作事半功倍，会给我们的管理工作带来意想不到的效果。由于最近指纹感应技术的进展以及指纹匹配算法在准确性和匹配速度方面的提高，对于传统确认的方怯，基于指纹的自动个人身份确认正成为—个具有吸引力的替代方法0

当生物技术成熟时，在生物测定市场，生物测定技术和身份识别应用之间将出现不断增长的交互作用。产生的交互作用可以技术、人们的敏感，以及服务商的可信度所影响。现在要预测在哪里、怎样、以及哪一项生物技术会得到发展、会和哪一种应用相结合都为时过早。但是可以肯定：基于生物物测定的身份识别将会对我们的日常事务产生意义深远的影响。同样，也可以肯定：随着时间的推移，作为最成熟以及广泛理解的生物测定学，指纹将保持作为首选的基于生物测定的身份识别解决方案的—个完整的部分。