指纹识别系统在计算机等级考试中的应用.doc

指纹识别系统在计算机等级考试中的应用第22卷第2期2005年6月阜阳师范学院自然科学版)JournalofFuyangTeachersCollege(NaturalScience)Vo1.22.NO.2June2005指纹识别系统在计算机等级考试中的应用王峰(安徽阜阳师范学院计算机系,安徽阜阳236041)摘要:从当前的各种形式考试的作弊手段分析入手,介绍了一种基于指纹身份验证系统的考试系统在计算机等级考试中的应用方法,并分析了该系统的设计原理,设计思想和方法.该系统的应用能有效提高考生身份认证的准确性,防止替考现象的发生.关键词:计算机等级考试I指纹识别I指纹验证中圈分类号:文献标识码:A文章编号:10044329(2005)020053031问题的提出雇枪手替考这是当前计算机等级考试中最严重的作弊形式.为了对付作弊,各地考试部门出台花样翻新的新举措.如一些省市采取不提前发准考证的办法,不给作弊者雇佣枪手的时间;有些地方采用进场先签字,坐在贴有本人照片的座位上;更有一些地方,采取电子摄像的手段,以确定考生身份之真伪.然而,道高一尺,魔高一丈.为了对付电子摄像,竟有人走通关系,在开始摄像时就让枪手顶替,待替考完毕再将有关证据换掉;也有人用现代计算机技术修改照片,使其像枪手,又像本人,令监考人员难辨真伪,无法核对准考证;更有人则干脆请制证贩子制作假身份证,供枪手使用.如何识考生真伪,是近几年困扰计算机考试组织者的一个难题,利用指纹识别技术可以较好的解决这个难题.生物识别技术是依靠人体的生物特征来进行身份验证的技术.人体的生物特征包括指纹,声音,面孔,虹膜,掌纹等.由于人体特征这一生物密钥无法复制,失窃或被遗忘,因而生初识别技被认为是网络安全和身份识别的未来方向,目前正在成为热点,并将逐渐发展成为一个产业.指纹识别是一种先进可靠的生物识别技术,利用指纹特征可以方便,快捷,可靠地识别一个人的身份.科学研究表明:任何两个不同手指的指纹特征模式(ridgepattern)是不同的,而且一个人的指纹特征模式终生不变.使用计算机来处理指纹图像,从而产生了自动指纹识别系统.它能实时有效地完成其识别过程,包括对指纹图像采集,指纹图像特征提取,特征值的比对与匹配等过程.使用指纹识别方式的优点在于其安全,可靠,方便以及易于被接受.2指纹识别系统原理2.1指纹的特征指纹有两个重要特性:一是一个人的指纹是终生不变的f-是两个指纹完全相同的概率极小,可以认为世界上没有两个人会有相同的指纹.人的指纹有以下两类特征:全局特征和局部特征.其中全局特征包括:基本纹线图案(BasicRidgePattern),核心区(Corearea),模式区(Patternarea),三角点(Delta)和纹线数(RidgeCount)等等.中心点在读取指纹和比对指纹时作为参考点,从三角点开始连接三角点和中心点之间的连线与指纹纹路相交的纹线数量称为纹线数,可用手比对指纹.要区分任意两枚指纹仅依靠全局特征是不够的,还需要通过局部(细节)特征的位置,敬目,类型和方向才能唯一地确定.纹路并不是连续的,而是经常出现中断,分叉或打折.这些断点,分叉点和转折收稿日期:20050225基金项目:安|_t省教育厅科研项目(2005KJ089)!J/-I范学院自然科学基金项目(2004y104)作者简介:王峰(1973.),男,工学硕士,讲师,主要从事计算,ltl象处理研究.阜阳师范学院(自然科学版)第22卷点就称为细节特征点,包括纹线的起点,终点,分叉点,汇合点,纹线构成的小眼和桥等.一般在自动指纹识别技术中只使用两种细节特征:纹线端点和分叉点.纹线端点指的是纹线突然结束的位置,而纹线分叉点则是纹线突然一分为二的位置.大量统计结果和实际应用证明,这两类特征点在指纹中出现的机会最多,最稳定,而且比较容易获取.更重要的是,使用这两类特征点足以描述指纹的唯一性.通过算法检浏指纹中这两类特征点的数量以及每个特征点的类型,位置和所在区域的纹线方向是特征提取算法的任务.2.2图像的预处理与特征提取.指纹图像预处理和特征提取的主要步骤包括:方向图计算,图像增强,二值化,细化,提取特征和后处理.预处理的目的是改善输入指纹图像的质量,以提高特征提取的准确性.预处理常基于方向图.方向图是指纹图像的近似描述,方向图的每一元素代表指纹图像中某个给定区域的纹理方向.原始指纹图像一般有很多噪声,断纹或纹线模糊等,需要进行图像增强(使用滤波技术)以改善质量.由于指纹的特征仅包含在纹线的形状结构中,所以,通过二值化和细化把深浅不一,宽度不同的纹线变成灰度相同的单像素宽的细纹线,以便于特征提取.经预处理后的指纹图像通过相应的处理算法自动提取指纹的全局特征和细节特征.自动指纹识别系统中一般把指纹的类型分为弓,左箕,右箕,斗,杂和不可分六类.细节特征主要由其位置和方向确定,因此细节特征一般只考虑纹线的端点和分叉点(包括汇合点),眼和桥等也用相应的分叉点表示,不再特殊区分,在有的系统中,还将细节特征与中心之间,或细节特征之间的纹线数提取并记录下来.提取后的特征还需要进行后处理以去掉假特征.2.3数据库技术提取的指纹存储在数据库中.指纹识别系统中数据的存放方式不仅需要象一般数据库中的数据一样,保障其安全性和一致性,还应能以高速读取,以满足高速查询比对的需要.大型指纹识别系统的数据库很大,并行分布式数据库和指纹分类技术可以减少检索时间.建立指纹数据库,一般要采集同一枚指纹的35个样本,分别对这些样本进行预处理和特征抽取,从所有样本图像中找出权值大于一给定阀值的特征点,以这些特征为模板建立指纹数据库样本.2.4比对待识别的指纹被提取特征之后,系统自动将其与数据库中的指纹特征进行比对.指纹比对利用细节特征来完成.比对分两个阶段:校正和匹配.因为输入指纹特征存在不同程度的扭曲,变形,需要校正才能与数据库中的特征进行匹配.指纹的分类信息可以用来限制在特征数据库中的查找范围,待识别的指纹仅同数据库中相同类别的指纹进行比较,以节省比对的时间.3设计原理与方法3.1设计原理本系统通过事先采集每个考生的指纹,并存储在指纹数据库中,而且与考生的姓名和序号建立联系.当进行上机考试时,学生必须在指纹识别机上输入其标识和指纹.系统通过验证其标识,然后,利用现场采集的指纹与已注册的指纹比对来证明考生的身份与其序号和准考证号是否吻合,以此证明考生的身份是否合法.当认证指纹一致时系统发出确认信号,当认证指纹不一致时系统发出警告信号,通过指纹认证的学生可以进入机房上机,系统同时开始计时.从而免去了人工监考需要逐个核对考生照片,身份证和准考证的工作量,而且消除了代替考试的隐患.为了减少指纹数据的存储量和提高指纹的比对速度,实际上存储和匹配的是指纹的特征值.因此,指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图,而是由指纹图中提取的关键特征,这样使指纹模板库的存储量较小.,匹配的速度较快.另外,对输入的指纹图提取关键特征后,可以大大减少网络传输的负担,便于实现远程确认,支持计算机的网络功能.3.2设计方法3.2.1.工作原理从逻辑上说,一个利用生物识别技术的通用身份认证系统可以分为注册模块和识别模块.用户在要求享受一定的访问权限时,首先在注册阶段送上自己的生物特征,即通过传感器扫描自己的指纹以获得特征的数字化描述.为了加快匹配速度和缩小存储空间,数字描述将由特征提取程序进一步处理以生成压缩但有表达能力的描述(这种描述即称为模板).(见图1圈一区圃一区一l特征值提取ll模板库lr._1r1图1身份注册原理框图用户注册了以后,若想得到相应的进入考场考第2期王峰:指纹识别系统在计算机等级考试中的应用试的权力,在识别阶段就再次通过传感器捕获自己的指纹特征值,将提取后的指纹特征值与模板中的指纹特征值进行比较,以确定用户身份是否合法(见图2).囝2身份验证原理框囝由此可见,指纹识别设计原理包含两个过程:指纹登录过程和指纹匹配过程.在指纹登录过程中,模块通过指纹传感器,对每一枚指纹录入若干次,对每次录入的图像进行处理,再对处理后的图像进行特征提取,之后对若干次特征数据进行处理,得到最能体现该指纹特征的一组数据,作为该枚指纹的模板,作为指纹匹配的依据.指纹匹配时,模块通过指纹传感器,录入要验证的指纹图像,对录入的图像处理后提取特征,再用该特征数据与指纹登录时生成的模板进行模糊匹配比较,如果系统判定两枚指纹一致,则通过;反之,系统判定两枚指纹不是同一个指纹.3.2.2指纹识别系统工作流程在每年的计算机等级考试报名的时候,使用人工+机器的方法,启用指纹识别系统建立指纹摸板库.报名时严格执行采集照片程序,同时进行指纹采集(注意提醒考生手指要干净,以保证采集到的指纹图像的良好性,降低误识率和误拒率),生成一个有效的考生指纹库.当考试开始的时候,仅查验准考证和身份证,而且要利用指纹特征查验考生身份.核查证实身份无误后,方可进入考场;否则,不得考试.这种双保险的措施.可以有效地拒绝枪手,净化国家考试的环境,提高国家考试的规范严肃性和权威性.囝3指纹识别系统工作流程4结束语生物识别有着广阔的市场应用前景.指纹识别作为生物识别的一种优秀的身份识别方_i失,将逐步应用于网络身份认证等其他领域.计算机等级考试中运用指纹认证方法,可有效杜绝代考现象的发生.目前越来越多的网上考试系统,自学考试,电子商务,网上银行等都加入了指纹识别,希望利用生物识别技术实现可靠认证.可以预计:指纹识别技术将是未来生物识别技术发展的主流.参考文献llJ郑南宁.计算机视觉与模式识别M.北京:国防工业出版社,1998E2J朱建新,杨小虎.基于指纹的网络身份认证D.计算机应用研究,2001,(12):14173林坤辉.许晓毅,林锡来,等.机房指纹身份鉴别系统的研制J.厦门大学(自然科学版)2001?40(4).ApplicationofFingerprintIdentificationTechnologytoComputerGradeExamWANGFeng(DepartmentofComputerScienceandEngineering,FuyangTeachersCollege,Fuyang236041China)Abstract:Fromanalysisofthecurrentkindsofexaminatorialcheatmeans,thearticleintroducedstl:eapplicationoffingerprintidentificationtechnologytothecomputergra