【正文】 警用指紋識別技術(shù)研究及軟件實現(xiàn)趙 燕摘 要:隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，法制建設的逐漸健全以及人們法律意識的不斷增強，對公安工作提出了更高的要求。只有將傳統(tǒng)偵查手段與科技相結(jié)合，才能更有效地打擊犯罪維護社會治安。指紋識別技術(shù)作為當今應用最為廣泛的生物特征識別技術(shù)，是刑事偵查的重要信息資源。本文從生物識別技術(shù)出發(fā)，指出指紋識別的優(yōu)越性和意義。在此基礎(chǔ)上介紹指紋識別系統(tǒng)的四部分組成，指紋圖像采集、指紋圖像處理、指紋特征值提取、指紋比對。文章著重研究指紋匹配算法，分析指紋三大匹配算法：基于圖形的匹配算法、基于結(jié)構(gòu)匹配算法和點模式匹配算法，比較算法之間的優(yōu)劣，重點介紹基于中心點的指紋匹配算法和基于遺傳算法的指紋匹配算法。在研究的基礎(chǔ)上提出一種基于相對距離的方法進行匹配的算法，將點模式的優(yōu)點和基于結(jié)構(gòu)的特征點之間的相對距離不變性、特征點類型不變性很好結(jié)合起來。關(guān)鍵詞：指紋識別；比對Police Fingerprint Identification technology research and software realizingAbstract: With social rapid development of economy and munications day by day, and the consciousness of legal construction gradually enhanced, have put forward higher demand to the public security work. Only bine the traditional investigation and science and technology, could attack the crime and safeguard the social security more effectively. Fingerprint identification is nowadays using the most extensive biological characteristic identification, and it is the criminal important information resources that investigate and play an extremely great role in public security work.This program proceeds from biological characteristic identification, point out the superiority and meaning of fingerprint identification. Fingerprint identification system make up of four parts, fingerprint picture gathering，fingerprint pattern process，fingerprint characteristic selecting, fingerprint matching.The program studies the fingerprint matching algorithm emphatically, it is analysed that fingerprint matches algorithms is divided into three parts: algorithm of match based on figure, matching algorithms based on structure and matching algorithms based on minutia points. Introduce the development of the algorithm, the quality between the parative algorithms, introduce the algorithm of fingerprint matching based on central point and algorithm of fingerprint matching based on hereditary algorithm the basis of studying，the program put forward propose matching algorithms based on structure and minutia matching algorithms bine the advantage of matching algorithms based on structure and minutia points together. It is based on changeless structure and changeless distance of Minutia Points.Keyword: Fingerprint Identification。matching1　緒論　生物識別技術(shù)概述研究和經(jīng)驗表明，人的指紋、面孔、發(fā)音、虹膜、視網(wǎng)膜等都具有唯一性和穩(wěn)定性的特征，因此可以據(jù)此識別出人的身份。此外還有一些生物特征亦可用于身份識別，如掌紋、耳形、手形、氣味、視網(wǎng)膜等?；谶@些特征，人們發(fā)展了指紋識別、面部識別、發(fā)音識別等多種生物識別技術(shù)，目前許多技術(shù)都己經(jīng)成熟并得以應用，其中的指紋識別技術(shù)更是生物識別技術(shù)的熱點。下面給出各種生物特征綜合性能的定性比較（）。 生物特征比較表生物特征唯一性穩(wěn)定性準確性普遍性方便性防偽性可接受性指 紋高高高中中高中聲 紋低低低中中低高DNA高高高高低低低面 像低中低高高低高虹 膜高高高高中高低筆 跡中中中中高中中掌 紋中中中高中高中耳 形中高中中中中高手 形中中中中高中中氣 味高高低高低低中視網(wǎng)膜高中高高低高低生物特征具有以下特性，可以據(jù)此識別出人的身份。（1）唯一性。生物特征唯一性是保證識別技術(shù)科學性基礎(chǔ)。如果識別所依據(jù)“生物特征”不具有唯一性，意味著生物識別具有或然性，其科學性必然大大降低。研究表明：指紋、聲紋、面像、虹膜等具有唯一性特點。以目前應用最廣泛的指紋識別身份為例，手指表面皮膚凸凹不平形成各式各樣紋路。唯一性表現(xiàn)為兩個手指的指紋紋路圖案、斷點、交叉點等各不相同。早在1892年英國科學家高爾頓就預言地球上所有活著的人不會有兩枚指紋完全一樣，后來巴黎大學的教授用數(shù)學方法證實了這點。（2）穩(wěn)定性。生物特征穩(wěn)定性是保證識別技術(shù)科學性前提。也只有穩(wěn)定的特征才能保證識別技術(shù)科學性，而非偶然性。研究表明：指紋、聲紋、面像、虹膜等具有穩(wěn)定性特點。雖然可能有些變化，但仍維持相對穩(wěn)定，完全滿足身份識別的要求。以指紋識別為例，從胎兒6個月時指紋形成到死亡，指紋的紋線類型、結(jié)構(gòu)、統(tǒng)計特征的總體分布等始終沒有明顯變化。盡管隨年齡增大，指紋外形大小、紋線粗細會發(fā)生一些變化，局部紋線也可能出現(xiàn)新的特征，但從總體看，指紋是相對穩(wěn)定的。其他生物特征亦然。生物識別系統(tǒng)主要性能指標包括特征擁有者被系統(tǒng)拒絕的拒識率FRR和將非法用戶識別為合法用戶的誤識率FAR。對理想系統(tǒng)而言，二者均為零。實際應用時，F(xiàn)RR和FAR是相關(guān)的。ROC（Receiver Operating Curve）曲線準確反映了這種關(guān)系（）。該曲線表明給定匹配閾值時的FRR、FAR，閾值應根據(jù)具體應用確定。刑事應用時，要把可能的嫌疑人都找出來，應盡量減小FRR；保密應用時，誤判將造成很大損失，應盡量減小FAR。[1]（Receiver Operating Curve）曲線當然，每種生物特征都有其優(yōu)缺點和應用范圍，目前尚沒有一種生物特征能在任何情況下滿足身份識別的所有要求。鑒于此，開始探索融多種生物特征實現(xiàn)高精度識別的可行性。數(shù)據(jù)融合就是一種通過集成多知識源的信息和不同專家的意見以產(chǎn)生相應決策方法，將它應用于身份識別，結(jié)合多種生理和行為特征進行身份識別，能有效提高識別準確性?！≌n題研究的目的和意義　課題來源在上述多種生物識別技術(shù)中，由于指紋具有高穩(wěn)定性、惟一性、高可靠性、易采集性、偽造難、破譯難等突出特點，使得指紋識別技術(shù)成為生物識別技術(shù)的熱點。而指紋作為刑事偵查的重要信息資源，在刑偵界早已形成共識。最初的指紋識別采用手工方法，即將指紋卡片存放在指紋庫中，需要時在指紋庫中人工查找由指紋專家比對指紋卡。20世紀六十年代后，人們利用計算機代替了效率低、投入高的手工方式來處理指紋，指紋圖像識別技術(shù)發(fā)展取得長足的進步。相對于其它生物特征鑒定技術(shù)例如語音識別及視網(wǎng)膜識別，指紋識別是一種更為理想的身份確認技術(shù)。（1）每個人的指紋是獨一無二，兩人之間不存在著相同的手指指紋。19世紀末，英國學者亨利寫出了專著，將指紋的特征及識別原理加以分析歸納，科學地提出了人的指紋各不相同，并提出了基于指紋特征進行識別的原理和方法，以后衍生出的各種識別方法都是基于該理論。按亨利的理論，一般人的指紋在出生后9個月得以成型并終身不變；每個指紋一般都有70150個基本特征點。從概率學的角度，在兩枚指紋中只要有1213個特征點吻合，即可認定為同一指紋。按現(xiàn)有人口計算，上述概率120年才可出現(xiàn)兩枚完全相同的指紋。[2]（2）每個人的指紋是相當固定的，很難發(fā)生變化。例如，指紋不會隨著人的年齡的增長、或身體健康程度的變化而變化。人的聲音卻有著較大的變化.（3）便于獲取指紋樣本，易于開發(fā)識別系統(tǒng)，實用性強。目前已有標準的指紋樣本庫，方便了識別系統(tǒng)的軟件開發(fā)；另外，識別系統(tǒng)中完成指紋采樣功能的硬件部分（即指紋采集儀）也較易實現(xiàn)。而對視網(wǎng)膜則難于采樣，也無標準的視網(wǎng)膜樣本庫供系統(tǒng)軟件開發(fā)使用，這就導致視網(wǎng)膜識別系統(tǒng)難以開發(fā)，可行性較低.（4）一個人的十指指紋皆不相同，這樣，可以方便地利用多個指紋構(gòu)成多重口令，提高系統(tǒng)的安全性。同時，并不增加系統(tǒng)的設計負擔。（5）指紋識別中使用的模板并非最初的指紋圖，而是由指紋圖中提取的關(guān)鍵特征，這樣使系統(tǒng)對模板庫的存儲量較小。另外，對輸入的指紋圖提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡傳輸?shù)呢摀阌趯崿F(xiàn)異地確認，支持計算機的網(wǎng)絡功能。從以上的分析可以看到，用自動指紋識別相對于其它方法不僅具有許多獨到的信息安全角度的優(yōu)點，更重要的是還具有很高的實用實用性、可行性。　研究范圍和目的本文主要研究了警用指紋識別技術(shù)實現(xiàn)及初步實現(xiàn)，主要工作如下：（1）研究指紋識別系統(tǒng)基本組成，了解指紋識別基本流程。（2）了解指紋三大匹配算法：基于圖形的匹配算法、基于結(jié)構(gòu)匹配算法和點模式匹配算法。介紹算法的發(fā)展，比較算法之間的優(yōu)劣。（3）重點掌握最新的指紋匹配算法，自己提出一種指紋匹配算法（4）自行開發(fā)了警用指紋識別系統(tǒng)，并對其性能進行了初步測試?！⊙芯恳饬x研究警用指紋識別技術(shù)對于公安工作意義重大，這是因為計算機指紋識別具有方便、快捷、多向、聯(lián)網(wǎng)等特點和功能，與手工管理和使用相比，具有以下優(yōu)點：（1）改善指紋工作者的工作環(huán)境手工管理和使用指紋檔案時，指紋工作者容易被感染上某些犯罪嫌疑人攜帶的傳染性疾病。應用指紋識別系統(tǒng)后，指紋工作者的工作環(huán)境得到了徹底的改善。（2）指紋破案工作發(fā)生了質(zhì)的飛躍，提高打擊犯罪的速度手工進行指紋查檔，工作量大、速度慢、效率低。利用計算機指紋識別系統(tǒng)后，指紋偵破案件產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，提高打擊犯罪的速度。（3）拓展指紋的應用范圍，提供有力的現(xiàn)代化手段和工具指紋識別系統(tǒng)建成后，被查詢?nèi)诵畔⒁荒苛巳?。此外根?jù)公安工作的實際需要，系統(tǒng)還提供了指紋抓逃、網(wǎng)上復核認定等拓展功能，為打擊刑事犯罪提供更加有力的現(xiàn)代化手段和工具。（4）實現(xiàn)指紋的信息共享，聯(lián)網(wǎng)作戰(zhàn)拓展打擊犯罪的廣度隨著指紋識別系統(tǒng)的廣泛應用和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，指紋自動識別系統(tǒng)已經(jīng)從單機版發(fā)展成網(wǎng)絡版，實現(xiàn)了指紋的遠程實時查詢，為快速、有力地打擊各種犯罪提供了有效工作基礎(chǔ)和實戰(zhàn)環(huán)境。（5）提高指紋工作者的總體業(yè)務素質(zhì)指紋工作者逐步適應了高科技的操作規(guī)范和使用標準，自身的業(yè)務素質(zhì)不斷提高，這是整個指紋痕跡檢驗工作總體水平的提高和飛躍。2　指紋識別系統(tǒng)概述　系統(tǒng)構(gòu)成自動指紋識別系統(tǒng)（Automatic Fingerprint Identification System，簡稱AFIS）是運用模糊數(shù)學原理，以指紋數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過計算機對數(shù)據(jù)庫的處理和操作，實現(xiàn)指紋資料數(shù)字化，從而達到自動篩選和匹配指紋特征，尋找相同或相似指紋，快速完成指紋比對查詢，最終為刑偵工作提供破案信息。指紋識別系統(tǒng)主要涉及四個功能：指紋圖像采集、指紋圖像處理、指紋特征值提取、指紋比對。識別算法流程見（）?！≈讣y圖像采集取像設備分成兩類：光學、硅晶體傳感器和其他。光學取像設備有最悠久的歷史，可以追溯