论文摘要:指纹技术与dna技术同属个人识别技术,两者相比各有优势。dna技术有着明确的误差估计,结论较为客观,准确率较有保障,而且所需检材来源广泛、量微,易于获得。指纹技术有着更强的个体识别能力,对个体不具有侵害性,更易于接受,是目前最便捷且应用最广泛的个人识别技术。因此,这两种识别技术都是当今司法办案不可缺少的,都应得到高度重视。
dna技术自1985年问世以来,由于其所具有的独特优势,在司法办案中发挥着越来越突出的作用。因此,有人对它倍加推崇,认为它比指纹技术更优越,可以用它取代指纹识别技术。对此观点,笔者不敢苟同,遂抛出拙见,欲与同仁共同探讨。
一、指纹技术与dna技术简介
指纹是人的手指表面皮肤上的乳突纹线,于胎儿3、4个月时开始出现,到6个月时完全形成,此后在个体的一生中基本保持不变,具有很强的稳定性。而且当手接触物体时会在物体表面留下这些乳突花纹的印迹。许多 科学 家已证明世界上存在两个指纹相同的人的几率非常小,几乎是不可能的[1],即指纹具有高度的个体差异性。因此指纹学家们利用指纹来识别个人。具体地说,就是分析比对两枚指纹中乳突纹线的细节特征,如果它们的数量、种类、形态、大小、位置关系等都一致,则认定它们是同一枚指纹,或是有着同一来源,为同一根手指所留。
指纹技术应用已有100多年的 历史 了。1892年阿根廷法庭首次正式认可了指纹的证据地位,接着各国警方和法庭也陆续采用了指纹技术鉴别现场犯罪手印的遗留人。美国指纹专家认为指纹是“标准的法庭证据”[2],前苏联犯罪对策学家认为,“由于指纹术的 发展 ,犯罪对策学才立于巩固的基础上”[3]。至今,指纹作为识别人身的手段,不仅在司法界有着“证据之首”的美誉,而且已为全世界的安全、科研、 金融 、医疗、 旅游 、 教育 等各行各业所广泛应用。
dna是deoxyribonucleic acid的缩略形式,意为脱氧核糖核酸,它是细胞的基本遗传物质,存在于人体细胞内部。dna分子是由四种碱基按一定顺序连接起来的两条长链。对于每个人,四种碱基的排列顺序都不相同。根据这一特点,科学家利用一种能够识别碱基排列顺序,并在该位置将dna长链切断的“限制性内切酶”将dna切成一个个片段。由于每个dna中的碱基排列顺序和重复数目都不一样,用同样的限制性内切酶切出的每一个dna片段的长度都不相同。利用电泳法把这些dna片段按长短进行排序,并进行染色或放射显影,使排列出的片段具有可视性,就得到了具有高度的个体特异性的可辨别图像[4]。正因它具有非常强的不同个体间的差异性和同一个体内的一致性,能够被用于识别个人,而且是一种人眼可见的图像,所以这项技术的发明人英国的jeffereys教授称其为“dna指纹”[5]。这种制作dna图谱的技术被称为限制片段长度多样性技术(restrictionfragmentlengthpolymorphisms),简称为rflp技术或dna指纹技术。随后,dna鉴定技术在此基础上又增添了vntr-pcr法、str-pcr法、mvr-pcr法、pcr测序法等[6]。
自从发现指纹以来, dna技术称得上是在法庭科学和证据学方面最具有突破性的技术。1985年jeffereys发明了dna技术,并成功地完成一项亲子鉴定。以后,对dna技术的研究与应用迅速蓬勃发展起来。现在,它可以利用血液(斑)、精液(斑)、唾液(斑)、毛发、骨骼、指甲、牙齿、组织和器官、烟头等物品进行个体识别、亲子鉴定、性别鉴定、血型鉴定、种属鉴定、单亲亲权鉴定等[6]。dna技术使亲权鉴定和个人识别由过去的只能否定不能肯定,变成现在的既能否定也能肯定,解决了现实中很多过去无法解决的问题。指纹技术和dna技术在当今社会都发挥着不可缺少的重要作用。
二、dna技术的优势
(一) dna鉴定在个人识别方面有着明确的误差估计和较高的准确率,因而更可靠。 现代 生物识别技术有很多种,如指纹识别、声纹鉴定、dna鉴定、视网膜识别、虹膜识别、面部识别、唇纹识别等,应用较多的是指纹识别和dna识别。其中dna技术应是最重要的识别方法,因为dna是决定一个人的人体特征和行为特征的最根本的因素[7]。因此,从理论上说dna技术所能实现的个人识别率应当是很高的。而且dna技术能明确 计算 出鉴定结论的误差估计值,因而能减少由鉴定人的主观臆断导致的失误,非常客观。如在jeffreys首次用dna技术所做的亲子鉴定中,鉴定结论出错的概率是7×10-22,可以说dna鉴定结论的准确率几乎为100%[8]。
相反,指纹鉴定因不能量化说明结果的误差率,而显得不够客观,再加上近来由鉴定失误导致的错案的接连出现,使人不禁为其准确性和可靠性担忧[9]。目前对指纹技术的误差率的研究都是零星的、局部的。如对3000枚随机抽取的指纹进行观察,发现两枚指纹的中心、三角部位或系统等局部区域细节特征相似的情况较常见,其中三个特征相似的有5对,四个特征相似的有4对,五个特征相似的有2对,甚至七、八、十个特征相似的也有[10]。美国指纹专家曾在大会发言中说:“我们在指纹比对中发现来自于两个人的指纹有四个特征点匹配是常有的事”[11]。到目前为止,还没有系统的统计学方面的研究能充分说明两个人具备共有某一数量偶合点的指纹的可能性究竟有多大。因为这样的研究涉及的因素、指标和统计方法都非常复杂,样本量又很庞大,比如要考虑到如何全面包括选取对象的种族、民族、部落、地区等因素,所有细节特征的种类、形态、位置、大小等因素,使用哪种数据统计模型,样本要多大才具备代表性等等,所以至今还没有人进行。而只有经过全面系统地研究的结果才能被用做评估指纹鉴定结论客观性的统计学基础。缺少这种统计数据基础给相似指纹和变形或模糊指纹的鉴定带来较多麻烦,增大了鉴定失误的可能性。所以,有人把dna技术看作目前最可靠的个人识别技术。
(二)dna技术所需检材来源广泛、量微,易于获得。凡是人体细胞,只要含有一定量的大分子dna,都可用于dna分析。如血液(斑)、血痕、毛发、肌肉、骨髓、精液(斑)、牙髓及精液与阴道分泌物形成的混合斑、唾液(斑)等,甚至陈旧的、发霉长菌的、经其他方法处理失败的生物斑痕或组织,都可提出dna用于分析。而且,由于能应用pcr技术将检材中的dna片段无限扩增,所以dna技术只需微量检材就能解决问题,有时甚至只需几个人体细胞。上述两方面情况就意味着要获得dna鉴定所需的检材是比较容易的。
这一优势恰恰是包括指纹技术在内的其他任何生物识别技术所不可比拟的。从现场发现和提取的指纹常常是残缺、模糊、变形或重叠的指纹。由于这些指纹中的纹线特征不够稳定、可靠,甚至无法辨别,对它们的比对分析将难以进行,即便得出结论,也不够可靠、准确。事实上指纹鉴定的失误大多出现在此类情况下。
另外,人们还针对指纹识别技术鉴定潜在指纹的适当性问题提出了质疑,即从现场提取到的指纹图像与遗留人的真实指纹图像的相似性问题难以科学地解决。现场上的指纹大多是不易发现的潜在指纹,需要进行染色显现和胶粘、吸附等转印处理。“在指纹的转印过程中,沉积物(附着物)、变形和色素的综合作用影响了独特的摩擦嵴纹被完全地可靠地转印的能力,手印显现操作的技术水平也可能影响指纹的反映质量,损害指纹的独特性”。“在显现潜在指纹的过程中,压力、变形、染色剂、物屑和操作处理带来的变化影响了原来的摩擦嵴纹的细节特征的稳定性。”[12]因此,有人指出运用各种处理方法从现场提取到的二维指纹图像与原来的指纹在细节特征上是否一致,值得怀疑。而将这样的潜在指纹图像用于比对的做法,其科学性令人担心。因此有人认为,相比之下dna技术有着更为广阔的应用前景。
三、指纹技术的优势
(一)指纹技术有着更强的个体识别能力。孪生子的指纹是互不相同的,是可以识别的。但是,dna技术存有“盲点”,不能识别同卵双(多)胞胎中的个体。同卵双(多)胞胎是由同一个受精卵复制和发育而成,他(她)们身体细胞内的dna分子是相似的,而目前的dna技术不能将某一个体从他(她)们中间识别出来。在这种情况下指纹技术有着明显而独特的优势。
这是由指纹与dna之间的关系所决定的。首先,dna是影响指纹形成的首要因素[13]。这包括两方面含义:一是dna的差异是指纹特异性的主要来源。来自于父母的dna不同,它们重新排列组合后又发生新变化,使个体的dna分子的结构基因和调节基因不同,并最终影响指纹形态,使其在亲代与各子代间表现出差异。dna分子链上指纹遗传基因和基因位点不同使指纹在种族、地区、性别等因素间出现差异。所以说,人类的基因可以被遗传,但指纹图像不遗传。个体的指纹各不相同。二是个体所有细胞内部的dna保持一致是指纹终生稳定不变的根本原因。分子遗传学指出dna的两条单链之间是由千万个氢键固定起来的,使dna分子的组成和结构具有高度的稳定性,能保持自身不变。即使dna受到损伤,细胞中有四种酶能对被损伤改变部位进行切除、修补、复制还原[14]。
dna分子稳定地控制着指纹的形成:从胎儿6个月形成指纹时起,经出生到死后皮肤真皮层腐烂时止,指纹的具体形态特征始终不变。即使个体手指表面受伤,纹线暂时被破坏,但伤愈后指纹又恢复如初。其次,指纹的形成不仅受多种遗传基因控制,而且受胚胎理化环境因素、生物因素、变异及其他随机因素的影响。指纹的最终形态表现出多基因、多因素的累加效应[15]。这种累加效应是指纹个体差异性的另一重要来源。这已被多次研究证实。对400对孪生子指纹的研究发现他们的指纹虽在纹型上有相似性(46.04%),但具体形态却互不相同[16]。对48对双胞胎指纹研究的结论与此一致[17]。所以说,dna不仅本身是个体最内在的、最根本的特征物质,也是个体指纹特征的决定性因素;而指纹是dna外化的性状,是包括dna在内多种因素作用的结果。因此,比较起来,dna的稳定性更强,而指纹的个体差异性更高。
(二)指纹技术的非侵害性使其更易于被推广应用。指纹的遗留、显现、采集与比对不会对个体的身体、精神及权益造成损害,容易被个体接受和机构推广应用。到目前为止,世界各国都建立了包括几百万人指纹的巨大数据库,并正在努力实现各级数据库间的远程查询比对。
dna样本的采集与保存活动面临的 法律 侵权问题使dna技术的推广应用受到限制。对dna样本的采集与保存活动被指责侵犯公民的隐私权和其他合法权益,违反了纽纶堡法典,美联邦关于人体实验的“基本伦理原则”和“知情同意”原则。要制作dna图谱和建立dna数据库就要采集dna样本,而采集与保存dna样本就可能对被采集者的私人隐私和其他正当权益造成侵害。因为dna存储有大量有关生理状况与行为模式信息,如所有者是否带致病基因、有无暴力倾向等,这些信息在保险、职业、名誉、婚姻等事情中都是非常重要的。纽纶堡法典和美联邦有关法律规定这方面的实验研究必须在不违背伦理道德原则和受试者知情同意的基础上进行。在美国已有很多人对此提出异议,并拒绝向政府和机构提供dna样本[18]。
(三)指纹技术是目前最方便、迅捷的生物识别技术。指纹外露于手指皮肤表面,易于转印,且比较直观,肉眼可见。指纹既可凭肉眼比对,也可借助于比对显微仪进行,都比较方便、快速。因此它是实际应用最广泛的个人识别技术。
而dna技术所需试验材料、设备与程序复杂,费用昂贵,费时费力。而且在做任何一项dna鉴定之前,必须对受测试者所在群体进行dna调查统计,了解其等位基因的数目与分布频率。因为只有在此基础之上,才能精确 计算 出受测试者的dna同一的概率,进而得出判断结论。
因为人类基因组中str基因座的数目庞大,基因座本身的多态性及遗传稳定性不同,而且它在不同种族、人群间的等位基因分布不同。所以,选择哪些基因座作为比对的遗传标记,如何统计等位基因的分布频率是做dna鉴定前必须解决的关键问题。这就使建立dna数据库成为不可缺少的前提条件。目前尚未建立起涵盖各类人群的标准化的dna数据库,而且dna数据库的建立将面临许多的法律问题和技术及经费问题,难以解决。所以,目前此项技术的应用受到限制,其巨大效应不能充分发挥。
从上述分析可以看出,指纹技术与dna技术都是个人识别技术,它们各有优势,在司法、安全、医学、 教育 和考古等领域都发挥着巨大的作用。同时它们又都存在一些问题,使其作用受到限制,无法发挥。因此缺少了其中任何一项,都会对以上领域乃至整个社会产生重大影响。所以说,它们都是当今社会不可缺少的识别技术。盲目地一味夸大一种技术的作用,而废弃另一种技术的做法,极不理智,也是非常不现实的。
[ 参考 文献 ]
[1][3][13][14][15]赵向欣.中华指纹学[m].北京:群众出版社,1997.89.70.72.89-90.621.
[2]edward j. imwinkelried. fingerprint science [j]. the nationallaw journal. 2002,12,vol26, no18 &19.
[4][18]王迁. dna指纹数据库法律问题初探[j].法律 科学 ,2002,(4).120-128.
[5]布瑞恩·英尼斯.身体证据[m].舒云亮译.沈阳:辽宁出版社,2001.154.
注：下表中各项可加页。
一、课题来源
源于学校实际需求。
二、研究目的和意义
2.1
研究目的
在大多的验证身份的生物技术当中，指纹验证应该是最简单、方便、可靠的一种技术手段。而如何有效地使用指纹验证系统，把它引入到高校考勤当中，改革以往传统的考勤方式中的漏洞已经成为一个非常重要的问题。结合指纹验证的特点，研究并提出一种指纹考勤的有效方案。在此基础上，设计和开发一个指纹学生考勤原型系统，并以我校作为其应用背景。
2.2
研究意义
随着学校的改革发展，加强教学和学生工作管理过程中，考勤是一项重要的内容。目前教师对于上课考勤以及考试的身份认证主要采用人工纸笔登记的方法。相关部门对全校的考勤统计不但工作量大,容易出错,而且不能及时公布学生当天的考勤情况。同时也不便于对教师在岗情况进行考查。随着数字技术、计算机网络与通信技术的飞速发展，在校园网已基本建成的前提下，开发基于校园网的网络考勤系统是一种比较好的方案。相对于其他的生理特征，指纹的唯一、不易丢失和终身不变特点使指纹识别在国家安全、门禁系统、考勤制度、身份管理等领域起着鉴定和记录身份的作用。
近年来，越来越多地吸引研究者从事指纹验证方向的研究，并且已经有不同的指纹考勤系统在不同领域得到应用。但在高校的考勤中还有待更多地实践和关注，特别是如何结合学校的具体情况进行合理的设计实际具有极其重要的理论意义和应用价值。
三、国内外现状和发展趋势
3.1现状
3.1.1指纹识别技术
指纹是人手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹线，纹线有规律的排列形成不同的纹型。这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，在信息处理中称为指纹的特征点。每个人指纹的纹路在图案、断点和叉点上各不相同，是唯一的、终身不变的，依靠指纹特征的唯一和稳定性，可以把一个人同他的指纹对应起来，通过提取他的指纹与预先保存的指纹模板进行比较，就可以验证身份，这种依靠指纹特征来进行身份验证的技术称为指纹识别技术。由大量关联了标识号或姓名的指纹特征模板所构成的数据库称为指纹特征模板数据库，而由指纹原始图像与标识号或姓名关联的数据库则被称为指纹原始图像数据库。通常登录和采集建立指纹特征模板数据库的同时，必须同时保存指纹的原始图像数据，建立备份的指纹原始图像数据库。典型的自动指纹识别系统处理流程由以下步骤构成：首先对指纹图像采集，再进行图像预处理，再对细节点提取细化，最后指纹匹配。
在对图像进一步预处理，经过自动图像预处理可得到较干净的点线图，图像预处理步骤一般分为图像的归一化、方向场的计算、图像的滤波增强、二值化和细化。使用指纹图像进行图像增强的方法，提高指纹图像质量，可采用的方法有：方向加权中值滤波、各项异性滤波、基于规则的图像增强、基于模糊逻辑图像增强、Ga-bor图像增强。其中，Ga-bor图像增强是比较常用的一种。
3.1.2指纹图像采集
指纹识别的应用，要求指纹纹理以数字形式进行运算。指纹图像采集，主要就是将人体的指纹信息转换为可使用计算机进行处理的数字数据。常用的指纹采集设备有光学式、硅芯片式、超声波式等三种，其中光学指纹采集器是最早的指纹采集器，也是使用最为普遍的。
3.1.3指纹识别系统的设计
在整个指纹识别系统中，指纹识别子系统是最重要的组成部分。该子系统的主要功能，是实现了在客户端指纹图像采集，指纹模板生成和存储，指纹图像匹配等。在应用系统的设计上主要考虑模块的设计、数据库设计。
3.1.4指纹应用系统
目前，指纹识别技术的应用系统主要有
2种：嵌入式系统和连接
PC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,而连接
PC
的桌面应用系统具有灵活的系统构,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。
3.2
发展趋势
指纹识别由于其技术的成熟和成本降低，开始彻底走向民用。在经历了近10年缓慢的自然增长后，指纹识别技术即将迎来一个跳跃性发展的黄金时期。指纹识别技术的巨大市场前景，将对国际、国内安防产业产生巨大的影响。目前，指纹识别主要应用在考勤等领域。相信，随着指纹识别技术的完善，不仅仅应用到各类考勤系统中，还可以拓展到联网、远程监控中。指纹作为一个非常有效的识别手段，在以后的发展中即有着它不可替代的作用，又孕育着巨大的商机。我们相信会有越来越对的人士投入到其产业化的进程中来。
参考文献：
[1]谢健阳，李铁才，唐降龙，佟喜峰
指纹识别系统的设计与实现.微计算机信息（嵌入式与SOC）
[2]张 帆
,
杨凌云
高校网络指纹考勤系统的设计与实现.信息技术
[3]周广杰，范钦满，赵志国指纹点名系统在高校教学管理中的应用.教育长廊
[4]吴宝阳，甘志刚，张彤，肖南峰，韩坚华,用于互联网用户身份认证的指纹识别系统设计与实现.装备制造技术
[5]朱剑民.指纹识别技术在罪犯指纹点名管理系统中的应用[D].成都:电子科技大学,2005.
[6]段少雄，田捷，李恒华.高效指纹考勤系统的研究与设计[J].计算机工程,2003,29(9):37~38.
[7]奚建荣.基于局域网的指纹考勤系统的设计实现[J].现代电子技术
[8]刘记.
无线指纹考勤系统的设计与实现[D]
.
河北工程大学硕士论文,2007.
[9]宋宇.
基于FPGA
的指纹采集卡的研究[D]
.
辽宁工程技术大学硕士论文,2007.
[10]杨文忠,章兢.
基于串口服务器的指纹网络考勤系统[J
]
.
嵌入式网络技术与应用,2006
(5)
:12
-
16.
[11]郭国伟，刘大茂
指纹图像质量评估的研究与应用．计算机与数字工程2009年第12期
[12]马文科，王玲，何浩
基于以太网的指纹门禁控制器设计与实现．微计算机信息（嵌入式与SOC）
[13]尹雅莎，尹浩，冀强
基于指纹识别算法的识别技术研究与应用.现代电子技术2008年第24期
[14]
李翠华，苏秀英，詹金兰，韩天
指纹识别在新型学籍管理系统中的应用
厦门大学学报（自然科学版）
[15]李文藻，邹兴平
指纹信号的识别特征提取和处理技术
西南民族大学学报
[16]林国清,
李见为,
王崇文
指纹图像的预处理[J].
计算机工程,
2002,
28(9):
179-180.
[17]孙晖，赵菁
一种基于指纹识别的通用型网络考勤系统
计算机工程2002年12月
[18]王芳，沈林武
一种指纹模块在考勤终端中应用与研究
[19]孙彩云，赵远东，高超等
基于Internet的远程数据采集系统设计与实现[J]．微计算机信息,2007,23．
[20]李波，王祥凤，史江萍，胡俊宇
基于指纹识别技术的考生身份认证系统.电脑开发与应用
[21]苏文新，郑东
一种基于一次性口令和指纹识别的身份认证方案.计算机工程
[22]彭曙蓉，王耀南
一种基于指纹识别的网络考勤系统.长沙电力学院学报（自然科学版）第21卷第2期
[23]彭曙蓉,
彭楚武,
杨文忠
指纹IC卡在考试身份认证系统中的应用[J]
.计算机与现代化,
2003,
10
:
85-87.
[24]李鑫,
惠晓威,
张全贵
基于智能卡和指纹识别的校园综合系统[J]
.
微计算机信息,
2004,
20
(
9)
:
110-111
[25]魏发建,游敏娟,王保帅,赵传华,王世刚
浅谈指纹识别的基本原理.
中国科技信息2009年第10期
[26]尹立强,苏新红
智能指纹识别系统的设计[J].科技创新导报.2008,27:20-21.
[27]张海春,回文博,林立忠
指纹识别技术研究进展.
石家庄学院学报
第7卷第3期
四、主要研究内容、途径及技术路线
4.1
主要研究内容
（1）系统技术研究
指纹识别技术是用于学生考勤中检测其信息的一种非常有效的技术。在考勤过程中，对识别技术所要求的普遍性、唯一性、可采集性、可行性、可接受性、防伪性，该方法都可以达到。拟将结合面向对象语言和Microsoft
SQL
Server2000数据库，开发采用指纹考勤机，以遵循
TCP/
IP协议的以太网为传输媒介，包括上层管理系统和指纹考勤终端。
（2）指纹识别高校考勤系统的设计与实现
在指纹识别技术的基础上，设计和开发一个高校考勤系统原型。拟采用学校学生考勤作为其应用背景。
4.2
研究途径及技术路线
（1）系统技术研究过程
基于指纹的学生考勤系统是一个集成了多种高新技术的复杂系统。技术的选择也应以实用、可靠、稳定为主。
①由于在采集过程中会涉及到比较多的人数，所以要求在采集时每个人都应注意手指的清洁和干净度，尽量防止人为因素影响图像质量。
②在指纹识别算法上，我们利用自动指纹识别系统进行指纹识别。
③在考勤过程中，建立学生的考勤指纹库由专门的数据服务器保存，在所有教室配备指纹考勤终端，包括实训基地和农业大棚实训基地，支持后台服务器验证比对，通过连接计算机网络，完成自动上传考勤记录功能，同时，学校的教师办公室以及教务处、院长办公室等，都可通过本机查看实时考勤情况，并可在不同情况下，对每个教室信息，使考勤结果更加准确。在考勤过程中，同时也可以考核老师到勤情况，所以该系统也能对老师的上课情况进行考核。由于我们采用的是普通课堂考勤和实习基地考勤两种方式，所以在功能上会采用两大功能区分其考查的方式，并利用现有学校局域网络系统，采用TCP/IP、Internet、web页面技术和网络管理技术，实现指纹在不同地点的远距离传输。以下是网络架构图：
（2）指纹识别高校学生考勤系统的设计与实现
①
采用软件工程的生命周期法的思想和原理、面向对象的分析和设计方法来进行原型系统的设计和开发。
②
原型系统将大致包括几大模块：采集模块、系统管理模块、学生考勤管理模块、基本信息模块、查询模块，各模块间使用以遵循
TCP
/
I
P协议的以太网为传输媒介联接。
五、研究工作的主要阶段、进度和技术指标
六、最终目标及完成时间
6.1
最终目标
①
研究并提出一种在高校中利用指纹识别考勤的新系统架构方案。
②
完成原型系统。
③
通过分析整理，总结应用成果，完成毕业论文。
6.2
完成时间
七、现有条件及必须采取的措施
八、协作单位及要解决的主要问题
九、导师意见
签名：
年
月
日
十、考核小组意见
组长签名：
年
论文摘要:指纹技术与dna技术同属个人识别技术,两者相比各有优势。dna技术有着明确的误差估计,结论较为客观,准确率较有保障,而且所需检材来源广泛、量微,易于获得。指纹技术有着更强的个体识别能力,对个体不具有侵害性,更易于接受,是目前最便捷且应用最广泛的个人识别技术。因此,这两种识别技术都是当今司法办案不可缺少的,都应得到高度重视。
dna技术自1985年问世以来,由于其所具有的独特优势,在司法办案中发挥着越来越突出的作用。因此,有人对它倍加推崇,认为它比指纹技术更优越,可以用它取代指纹识别技术。对此观点,笔者不敢苟同,遂抛出拙见,欲与同仁共同探讨。
一、指纹技术与dna技术简介
指纹是人的手指表面皮肤上的乳突纹线,于胎儿3、4个月时开始出现,到6个月时完全形成,此后在个体的一生中基本保持不变,具有很强的稳定性。而且当手接触物体时会在物体表面留下这些乳突花纹的印迹。许多 科学 家已证明世界上存在两个指纹相同的人的几率非常小,几乎是不可能的[1],即指纹具有高度的个体差异性。因此指纹学家们利用指纹来识别个人。具体地说,就是分析比对两枚指纹中乳突纹线的细节特征,如果它们的数量、种类、形态、大小、位置关系等都一致,则认定它们是同一枚指纹,或是有着同一来源,为同一根手指所留。
指纹技术应用已有100多年的 历史 了。1892年阿根廷法庭首次正式认可了指纹的证据地位,接着各国警方和法庭也陆续采用了指纹技术鉴别现场犯罪手印的遗留人。美国指纹专家认为指纹是“标准的法庭证据”[2],前苏联犯罪对策学家认为,“由于指纹术的 发展 ,犯罪对策学才立于巩固的基础上”[3]。至今,指纹作为识别人身的手段,不仅在司法界有着“证据之首”的美誉,而且已为全世界的安全、科研、 金融 、医疗、 旅游 、 教育 等各行各业所广泛应用。
dna是deoxyribonucleic acid的缩略形式,意为脱氧核糖核酸,它是细胞的基本遗传物质,存在于人体细胞内部。dna分子是由四种碱基按一定顺序连接起来的两条长链。对于每个人,四种碱基的排列顺序都不相同。根据这一特点,科学家利用一种能够识别碱基排列顺序,并在该位置将dna长链切断的“限制性内切酶”将dna切成一个个片段。由于每个dna中的碱基排列顺序和重复数目都不一样,用同样的限制性内切酶切出的每一个dna片段的长度都不相同。利用电泳法把这些dna片段按长短进行排序,并进行染色或放射显影,使排列出的片段具有可视性,就得到了具有高度的个体特异性的可辨别图像[4]。正因它具有非常强的不同个体间的差异性和同一个体内的一致性,能够被用于识别个人,而且是一种人眼可见的图像,所以这项技术的发明人英国的jeffereys教授称其为“dna指纹”[5]。这种制作dna图谱的技术被称为限制片段长度多样性技术(restrictionfragmentlengthpolymorphisms),简称为rflp技术或dna指纹技术。随后,dna鉴定技术在此基础上又增添了vntr-pcr法、str-pcr法、mvr-pcr法、pcr测序法等[6]。
自从发现指纹以来, dna技术称得上是在法庭科学和证据学方面最具有突破性的技术。1985年jeffereys发明了dna技术,并成功地完成一项亲子鉴定。以后,对dna技术的研究与应用迅速蓬勃发展起来。现在,它可以利用血液(斑)、(斑)、唾液(斑)、毛发、骨骼、指甲、牙齿、组织和器官、烟头等物品进行个体识别、亲子鉴定、性别鉴定、血型鉴定、种属鉴定、单亲亲权鉴定等[6]。dna技术使亲权鉴定和个人识别由过去的只能否定不能肯定,变成现在的既能否定也能肯定,解决了现实中很多过去无法解决的问题。指纹技术和dna技术在当今社会都发挥着不可缺少的重要作用。
二、dna技术的优势
(一) dna鉴定在个人识别方面有着明确的误差估计和较高的准确率,因而更可靠。 现代 生物识别技术有很多种,如指纹识别、声纹鉴定、dna鉴定、视网膜识别、虹膜识别、面部识别、唇纹识别等,应用较多的是指纹识别和dna识别。其中dna技术应是最重要的识别方法,因为dna是决定一个人的人体特征和行为特征的最根本的因素[7]。因此,从理论上说dna技术所能实现的个人识别率应当是很高的。而且dna技术能明确 计算 出鉴定结论的误差估计值,因而能减少由鉴定人的主观臆断导致的失误,非常客观。如在jeffreys首次用dna技术所做的亲子鉴定中,鉴定结论出错的概率是7×10-22,可以说dna鉴定结论的准确率几乎为100%[8]。
相反,指纹鉴定因不能量化说明结果的误差率,而显得不够客观,再加上近来由鉴定失误导致的错案的接连出现,使人不禁为其准确性和可靠性担忧[9]。目前对指纹技术的误差率的研究都是零星的、局部的。如对3000枚随机抽取的指纹进行观察,发现两枚指纹的中心、三角部位或系统等局部区域细节特征相似的情况较常见,其中三个特征相似的有5对,四个特征相似的有4对,五个特征相似的有2对,甚至七、八、十个特征相似的也有[10]。美国指纹专家曾在大会发言中说:“我们在指纹比对中发现来自于两个人的指纹有四个特征点匹配是常有的事”[11]。到目前为止,还没有系统的统计学方面的研究能充分说明两个人具备共有某一数量偶合点的指纹的可能性究竟有多大。因为这样的研究涉及的因素、指标和统计方法都非常复杂,样本量又很庞大,比如要考虑到如何全面包括选取对象的种族、民族、部落、地区等因素,所有细节特征的种类、形态、位置、大小等因素,使用哪种数据统计模型,样本要多大才具备代表性等等,所以至今还没有人进行。而只有经过全面系统地研究的结果才能被用做评估指纹鉴定结论客观性的统计学基础。缺少这种统计数据基础给相似指纹和变形或模糊指纹的鉴定带来较多麻烦,增大了鉴定失误的可能性。所以,有人把dna技术看作目前最可靠的个人识别技术。
(二)dna技术所需检材来源广泛、量微,易于获得。凡是人体细胞,只要含有一定量的大分子dna,都可用于dna分析。如血液(斑)、血痕、毛发、肌肉、骨髓、(斑)、牙髓及与阴道分泌物形成的混合斑、唾液(斑)等,甚至陈旧的、发霉长菌的、经其他方法处理失败的生物斑痕或组织,都可提出dna用于分析。而且,由于能应用pcr技术将检材中的dna片段无限扩增,所以dna技术只需微量检材就能解决问题,有时甚至只需几个人体细胞。上述两方面情况就意味着要获得dna鉴定所需的检材是比较容易的。
这一优势恰恰是包括指纹技术在内的其他任何生物识别技术所不可比拟的。从现场发现和提取的指纹常常是残缺、模糊、变形或重叠的指纹。由于这些指纹中的纹线特征不够稳定、可靠,甚至无法辨别,对它们的比对分析将难以进行,即便得出结论,也不够可靠、准确。事实上指纹鉴定的失误大多出现在此类情况下。
另外,人们还针对指纹识别技术鉴定潜在指纹的适当性问题提出了质疑,即从现场提取到的指纹图像与遗留人的真实指纹图像的相似性问题难以科学地解决。现场上的指纹大多是不易发现的潜在指纹,需要进行染色显现和胶粘、吸附等转印处理。“在指纹的转印过程中,沉积物(附着物)、变形和色素的综合作用影响了独特的摩擦嵴纹被完全地可靠地转印的能力,手印显现操作的技术水平也可能影响指纹的反映质量,损害指纹的独特性”。“在显现潜在指纹的过程中,压力、变形、染色剂、物屑和操作处理带来的变化影响了原来的摩擦嵴纹的细节特征的稳定性。”[12]因此,有人指出运用各种处理方法从现场提取到的二维指纹图像与原来的指纹在细节特征上是否一致,值得怀疑。而将这样的潜在指纹图像用于比对的做法,其科学性令人担心。因此有人认为,相比之下dna技术有着更为广阔的应用前景。
三、指纹技术的优势
(一)指纹技术有着更强的个体识别能力。孪生子的指纹是互不相同的,是可以识别的。但是,dna技术存有“盲点”,不能识别同卵双(多)胞胎中的个体。同卵双(多)胞胎是由同一个受精卵复制和发育而成,他(她)们身体细胞内的dna分子是相似的,而目前的dna技术不能将某一个体从他(她)们中间识别出来。在这种情况下指纹技术有着明显而独特的优势。
这是由指纹与dna之间的关系所决定的。首先,dna是影响指纹形成的首要因素[13]。这包括两方面含义:一是dna的差异是指纹特异性的主要来源。来自于父母的dna不同,它们重新排列组合后又发生新变化,使个体的dna分子的结构基因和调节基因不同,并最终影响指纹形态,使其在亲代与各子代间表现出差异。dna分子链上指纹遗传基因和基因位点不同使指纹在种族、地区、性别等因素间出现差异。所以说,人类的基因可以被遗传,但指纹图像不遗传。个体的指纹各不相同。二是个体所有细胞内部的dna保持一致是指纹终生稳定不变的根本原因。分子遗传学指出dna的两条单链之间是由千万个氢键固定起来的,使dna分子的组成和结构具有高度的稳定性,能保持自身不变。即使dna受到损伤,细胞中有四种酶能对被损伤改变部位进行切除、修补、复制还原[14]。
dna分子稳定地控制着指纹的形成:从胎儿6个月形成指纹时起,经出生到死后皮肤真皮层腐烂时止,指纹的具体形态特征始终不变。即使个体手指表面受伤,纹线暂时被破坏,但伤愈后指纹又恢复如初。其次,指纹的形成不仅受多种遗传基因控制,而且受胚胎理化环境因素、生物因素、变异及其他随机因素的影响。指纹的最终形态表现出多基因、多因素的累加效应[15]。这种累加效应是指纹个体差异性的另一重要来源。这已被多次研究证实。对400对孪生子指纹的研究发现他们的指纹虽在纹型上有相似性(46.04%),但具体形态却互不相同[16]。对48对双胞胎指纹研究的结论与此一致[17]。所以说,dna不仅本身是个体最内在的、最根本的特征物质,也是个体指纹特征的决定性因素;而指纹是dna外化的性状,是包括dna在内多种因素作用的结果。因此,比较起来,dna的稳定性更强,而指纹的个体差异性更高。
(二)指纹技术的非侵害性使其更易于被推广应用。指纹的遗留、显现、采集与比对不会对个体的身体、精神及权益造成损害,容易被个体接受和机构推广应用。到目前为止,世界各国都建立了包括几百万人指纹的巨大数据库,并正在努力实现各级数据库间的远程查询比对。
dna样本的采集与保存活动面临的 法律 侵权问题使dna技术的推广应用受到限制。对dna样本的采集与保存活动被指责侵犯公民的隐私权和其他合法权益,违反了纽纶堡法典,美联邦关于人体实验的“基本伦理原则”和“知情同意”原则。要制作dna图谱和建立dna数据库就要采集dna样本,而采集与保存dna样本就可能对被采集者的私人隐私和其他正当权益造成侵害。因为dna存储有大量有关生理状况与行为模式信息,如所有者是否带致病基因、有无暴力倾向等,这些信息在保险、职业、名誉、婚姻等事情中都是非常重要的。纽纶堡法典和美联邦有关法律规定这方面的实验研究必须在不违背伦理道德原则和受试者知情同意的基础上进行。在美国已有很多人对此提出异议,并拒绝向政府和机构提供dna样本[18]。
(三)指纹技术是目前最方便、迅捷的生物识别技术。指纹外露于手指皮肤表面,易于转印,且比较直观,肉眼可见。指纹既可凭肉眼比对,也可借助于比对显微仪进行,都比较方便、快速。因此它是实际应用最广泛的个人识别技术。
而dna技术所需试验材料、设备与程序复杂,费用昂贵,费时费力。而且在做任何一项dna鉴定之前,必须对受测试者所在群体进行dna调查统计,了解其等位基因的数目与分布频率。因为只有在此基础之上,才能精确 计算 出受测试者的dna同一的概率,进而得出判断结论。
因为人类基因组中str基因座的数目庞大,基因座本身的多态性及遗传稳定性不同,而且它在不同种族、人群间的等位基因分布不同。所以,选择哪些基因座作为比对的遗传标记,如何统计等位基因的分布频率是做dna鉴定前必须解决的关键问题。这就使建立dna数据库成为不可缺少的前提条件。目前尚未建立起涵盖各类人群的标准化的dna数据库,而且dna数据库的建立将面临许多的法律问题和技术及经费问题,难以解决。所以,目前此项技术的应用受到限制,其巨大效应不能充分发挥。
从上述分析可以看出,指纹技术与dna技术都是个人识别技术,它们各有优势,在司法、安全、医学、 教育 和考古等领域都发挥着巨大的作用。同时它们又都存在一些问题,使其作用受到限制,无法发挥。因此缺少了其中任何一项,都会对以上领域乃至整个社会产生重大影响。所以说,它们都是当今社会不可缺少的识别技术。盲目地一味夸大一种技术的作用,而废弃另一种技术的做法,极不理智,也是非常不现实的。
[ 参考 文献 ]
[1][3][13][14][15]赵向欣.中华指纹学[m].北京:群众出版社,1997.89.70.72.89-90.621.
[2]edward j. imwinkelried. fingerprint science [j]. the nationallaw journal. 2002,12,vol26, no18 &19.
[4][18]王迁. dna指纹数据库法律问题初探[j].法律 科学 ,2002,(4).120-128.
[5]布瑞恩·英尼斯.身体证据[m].舒云亮译.沈阳:辽宁出版社,2001.154.
――指纹识别。
据考古学家证实：公元前7000年到6000年以前，指纹作为身份鉴别的工具已经在古叙利亚开始应用，可以说这是最为古老的身份证。不过如今这一古老的身份证在新时代中再次焕发出了青春，今天我们就来回顾一下“指纹识别”的过去，同时也展望一下它的未来。
“指纹应用”历史悠久，作为身份鉴别早已经普遍采用
我们从许多的历史资料中都可以发现，在古代，指纹就已经被作为身份的鉴别标志之一。
我国古代最早的指纹应用可追溯至秦朝。至唐朝，以“按指为书”为代表的指纹捺印已经在文书、契约等民用场合被广泛采用。自宋朝起，指纹则开始被用做刑事诉讼的物证。无论是在案件的审判或者是重要的买卖文书上需要当事人签字、画押，其中的对于许多不识字的人来说，采用的就是“按指印”的办法，虽然说当时对于指纹的鉴别还不是非常的严格，但是已经说明了人们对于指纹的作用有了一定的认识。
19世纪初，经过了系统的科学研究，对于指纹得出了两个重要的结论：一是没有任何两个手指指纹的纹线形态一致；二是指纹纹线的形态终生不变。这两个结论为指纹的鉴别提供了理论依据。
由于有了科学的理论依据，因此指纹进一步的被方方面面作为身份识别的一种方式。其中最为广泛，也是大家最熟悉的便是在犯罪事件的鉴别中。如阿根廷在1896年，苏格兰在1901年，其他一些国家在20世纪初期也纷纷引入指纹技术鉴定罪犯，并被尊为“物证之首”。
20世纪60年代，指纹自动识别技术开始起步
由于指纹被应用的领域越来越广泛，逐渐早期的指纹识别采用的人工比对的方法，其效率低、速度慢的缺点越来越明显，已经不能满足现代社会的需要。与此同时，随着计算机技术的发展，20 世纪 60 年代末，在美国开始有人提出用计算机图像处理和模式识别方法进行指纹分析以代替人工比对，这就是自动指纹识别系统 ( 简称 AFIS) 。
指纹识别实际上是属于生物特征识别的一种，它在计算机技术的支持下，通过采集指纹图像进行匹配识别，确定或确认指纹所有人身份的生物特征识别技术。其基本原理是通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件,提取指纹的特征数据，最后通过匹配算法获得识别结果。不过初期因为成本及对运行环境的特殊要求，自动指纹识别系统开始时其应用主要限于刑侦也就是警用领域。
20世纪80年代以后，“指纹识别”技术进入民用领域，得到全面发展
20世纪80年代以后，随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹自动识别系统所需的相关设备的的体积不断缩小，其价格也不断降低，性能却得到了极大的提高，因而开始被应用到民用领域，进入90年代以后，在解决了快速准确的匹配算法问题之后，更使指纹识别技术走向了基于个人的应用。
指纹识别过程可以分为登记和识别两个部分。用户需要先采集指纹，然后计算机系统自动进行特征提取，提取后的特征将作为模板保存在数据库或其他指定的地方。在识别或验证阶段，用户首先要采集指纹，然后计算机系统自动进行特征提取，提取后的待验特征将与数据库中的模板进行比对，并给出比对结果。
对于指纹识别系统来说，指纹采集器是最为关键的部件，因为只有正确的采用，才能够保证整个识别系统的准确性。指纹采集器，目前常用的指纹采集设备有三种，光学式、硅芯片式、超声波式。
光学指纹采集器是最早的指纹采集器，是使用最为普遍的，它具有使用时间长；对温度等环境因素的适应能力强；分辨率较高的优点。但是由于受光路限制，无畸变型采集器尺寸较大。通常有较严重的光学畸变；采集窗口表面往往有痕迹遗留现象。CCD器件可能因寿命老化，有降低图像质量等缺陷。
硅芯片式指纹采集器出现于90年代末，其优点是图像质量较好；尺寸较小，容易集成到其他设备中去。其缺点是耐用性和环境适应性差，尤其在一些较恶劣的环境下，抗静电能力、抗腐蚀能力、抗压力等方面的不足；图像面积小，可能降低识别的准确性，并导致用户使用的不方便。总之，硅芯片采集器现在尚不成熟，但可能是未来的方向。
超声波式指纹采集器从理论上来看，可能是最准确的指纹采集器。它发射超声波，根据经过手指表面，采集器表面和空气的回波来测量反射距离，从而可以得到手指表面凹凸不平的图像。超声波可以穿透灰尘和汗渍等，从而得到优质的图像。不过这种产品还处于试验阶段。
目前“指纹识别”技术在民用应用领域已经被广泛的应用
对于刑侦领域中“指纹识别”技术的应用大家早已经是耳熟能详了。那么除此之外，目前在民用领域中，“指纹识别”技术究竟有哪些用武之地呢？应该说“指纹识别”技术在许多领域都已经被采用了，但它的任务只有一个，这就是身份的认定。
比如说指纹考勤系统，传统的考勤系统经常会出现代为打卡的情况。而利用指纹进行考勤则有效的解决了这一问题，严格了上下班制度的问题。在一些保密领域中，使用指纹或者是指纹加密码的方式设置的门禁系统也已经是屡见不鲜了。
指纹的惟一性能够有效提高身份识别的效率和安全性。随着指纹识别技术的成熟并产业化，可广泛用于“金盾工程”、银行、证券、高考身份验证、社会养老保险身份验证、指纹门禁锁等领域，它的推广将具有很大社会效益和经济效益，具有广阔的市场应用前景。
“指纹识别”已经成为了当前中高端商务笔记本的标志
虽然说较以往，“指纹识别”技术已经被越来越多的领域所应用，但是对于大多数的人来说还不是经常能够接触到的。然而在近两年中，“指纹识别”技术被引人笔记本电脑之后，一下子拉近了和普通人的距离。
在计算机应用领域中个人身份的确认和权限的认定是非常重要的一个环节，尤其是随着网络化时代的来临，人们对于安全性的要求越来越高。如今几乎每一个人都有一大堆的密码：银行卡密码，电脑开机密码、邮箱密码、论坛登陆密码……，为了实现较高的安全性，使用复杂和没有规律的密码是目前流行的选择，但是越来越繁琐的密码实在令人觉得麻烦的事情。而如果使用一个相同的密码，那我们在得到了方便性的同时也增加了安全性的隐患。这种情况在具有移动性，容易被人窃取的笔记本电脑的应用中表现得尤为突出。于是，具有“惟一识别性”的“指纹识别”技术开始被运用于笔记本电脑之上。
虽然说计算机“指纹识别”技术诞生已经有相当长的一段时间了，但是由于早期的光学指纹采集器体积较大，不适合运用于笔记本电脑。直到1998年，硅晶体电容传感器诞生，从而制造出了硅芯片式指纹采集器，才使“指纹识别”技术被运用于笔记本电脑变得更加的实际。
与传统的光学扫描技术不同，硅芯片式指纹采集器体积极小，可被方便地整合于各类指纹识别设备中。由于我们的真皮会发出微弱的电波，同时在皮肤表现存在凹凸部分，这样当用户将手指按压在传感器表面时，传感器便能够产生一个由不同电容值构成的信号阵列，这些信号阵列经过专用的算法转换之后便能够生成指纹图像。由于这一技术采用的是活体识别技术，必须通过人体的微电流，因而即使割下别人的指纹来进行确认也没有用，其它例如指模等更是无计可施，因而具有更高的安全性；同时由于不会受灰尘、油脂等影响，准确率也更高。
不过仅仅依靠硅芯片式指纹采集器仍然不能实现笔记本电脑的“指纹识别”，它还需要另一个技术配合――滑动式传感器。滑动式传感器的作用又是什么呢？要知道，如果没有滑动式传感器的话，为了获得整个手指的指纹，不得不使用比手指更大的传感器，必须整个手指同时按压在传感器之上。而由于滑动式传感器的诞生，传感器可以做的很小，一方面可以控制体积，二来也可以降低成本。使用时我们将手指从传感器上划过，系统就能获得整个手指的指纹。目前我们市场上所有笔记本上的传感器都属于滑动式传感器。
随着不断发展的识别技术以及计算机技术的逐步成熟，指纹技术成为生物识别技术中最为突出的方法之一。本文主要介绍了指纹技术的工作原理和过程以及在社会保障平台中的应用。进一步说明了指纹技术在社会保障平台中的应用架构和方法，以及带给社会保障工作的诸多便捷。从而验证了指纹技术在社会保障平台中的应用是非常广泛的。
【关键词】指纹技术指纹IC卡社会保障平台
1 指纹技术发展背景
社会不断进步发展，过去的身份识别方法已经无法满足人们的要求，目前包括指纹在内的生物识别技术逐渐受到人们的欢迎。面对社会保障工作中存在的相关问题，指纹技术逐渐被引入。
作为存在时间较长、价格低廉、非侵害、方便可靠的指纹技术是目前最佳的解决方案。指纹技术具有自己独特的特征，它主要依靠对指纹进行全局和局部特征的详细分析来识别一个人的身份。因为我们每个人的十指将产生超过4900个分别独立的特征。所以说指纹技术具有其他技术所无法比拟的可靠性。
就指纹技术在社会保障平台的应用来看，关于公积金、养老保险、民政救助、户籍管理和职业介绍等经过几年的发展后，在计算机信息管理系统方面的建设已经具有一定成效。另外，通过对先进的科学技术加以充分利用，并且采用计算机网络技术和指纹1C卡技术，这样可以保障日常事务实现社会化的管理服务。
2 指纹技术具体工作原理
2.1 工作原理
因为每个人的指纹具有唯一性，所以可以确定以指纹作为识别身份的一种手段。指纹技术并不是直接对指纹图像进行识别，它跟其它模式识别技术一样，需要从图像中提取关键特征，然后再针对特征图像进行识别匹配。我们从生理上可以看出，人们理想中的指纹图像是一幅黑白相间的二值图像。但是，一般指纹的获得都是采用按压的方式，这就会受到很多外在因素的影响，而这些因素都会造成原始的指纹灰度图像不能直接用来进行匹配与识别，所以，选择合适的特征来描述指纹是非常有必要的。
而指纹技术在社会保障平台中的工作原理其实就是提前在系统中进行建档，再将个人的指纹特征值存储于计算机或者IC卡中。当我们需要开展社保业务时，特定的指纹采集器就会手机用户的指纹特征信息，这个时候采集到的信息再同计算机和IC卡存储中的指纹信息进行比对，两者信息完全无误时则用户验证成功便可领取相应的保险金，并且此次的采集信息会记录下来留存于计算机中；反之，则无法获得相应的保险金。
2.2 构建指纹识别系统
2.2.1 建立指纹数据库
通过获取样本，并且提取其基本特征，最终形成样本库。系统在这一阶段主要负责对指纹的采集，采集完成再进行加工处理，生成细化后的黑白二值图像。以此为基础，提取关键特征和人的身份信息进行存档，建立指纹数据库。
2.2.2 建立指纹鉴定模块
现在已经进入指纹的分类识别阶段，这一阶段是将待识别的指纹图像进行采集完成，提取关键特征，在数据库进行搜索与之相匹配的身份，最终来判定身份的正确与否。主要涉及到建立模式识别的匹配算法，具体包括五个模块：指纹采集、图像处理、特征提取、特征匹配和数据库。
3 主要工作流程
3.1 录入图像的具体流程
（1）最先采集需要受保人的四枚活体指纹， 录入过程中指纹的图像质量要高于500DPI。
（2）每个受保人都需要进行四枚平面捺印指纹的采集。
（3）受保人的照片同时需要拍摄记录。
（4）录入有关受保人的个人详细信息资料。
（5）完成信息进行社保中心主机数据的存入。
（6）制卡，发卡。
3.2 信息对比整个流程
（1）受保人直接出示IC卡
（2）计算机管理系统对客户IC卡中的信息和指纹特征进行进行读取。
（3）受保人重新在YLC指纹小键盘上输入指纹，并输入密码，或者出示平捺印指纹，再输入密码。
（4）负责人进行受保人的指纹特征对比
（5）受保人的信息和计算机留存的信息匹配的话可直接进新社保业务的办理，并且此次交易信息将会存入IC卡和社保主机，反之，则无法进行交易。
（6）完成交易。
3.3 指纹采集方式
职工在进行第一次的指纹采集时，需要采取活体和卡片两种指纹方式进行采集。活体指纹采集是用来证明这个指纹是用户本人的行为，并且可以建立丰富的数据资料库，方便以后进行比对。卡片指纹采集则主要用于计算机的留存，还可以进行用户使用时进行身份验证。
4 指纹技术的组成
（1）社会保障卡信息采集服务系统主要涵盖：参保人信息建档、参保人生存核查、服务器远程数据交换、系统安全、数据库数据管理、打印模块几个功能模块。
社会保障卡信息采集服务系统采用指纹技术作为主要信息识别方式，针对受保人进行业务办理的身份验证，以受保人的各种图文信息包含身份证、照片等作为辅助审核的手段，最终目的旨在建立一个计算机化、方便快捷、安全可靠、具有多功能综合性的图文信息管理和生存核搜橹は低场
（2）社会保障核心平台的整体构成：社会保险包括养老、失业、医疗、工伤、生育五部分，而社会保障核心平台的构建则是以其为基础进行划分，其参考数据来源于受保人的参保单位、定点医疗机构、银行等信息系统，通过与这些外部系统进行数据连接，方便对受保人的信息数据进行查询。
（3）主要硬件：计算机，指纹录入采集设备，指纹比对采集设备，1C卡片，数码相机及扫描仪等。
5 指纹技术在社会保障平台的应用
指纹技术应用于社会保障平台在两方面比较突出，一方面对于一些人恶意冒领或者盗领保险金的现象可以起到遏止作用；另一方面同社保核心平台涵盖养老、失业、医疗、工伤、生育等应用系统进行合理接轨，最终达到社保管理的现代化和规范化的要求。
6 结论
指纹技术作为人类身份识别的一种手段，具有一定的先进性、可靠性和唯一性，在全球范围内都得到广泛应用，国外的社保管理机构也普遍应用指纹技术来作为参保人的身份认证。而我国社会保障平台对指纹技术的引入更加便利了其正常的工作。同时，计算机技术的快速发展也为其提供了有利条件，匹配算法的可靠性也不断提高，指纹技术己经非常实用。
参考文献
[1]张大鹏.模式识别与图像处理并行.黑龙江哈尔滨工业大学出版社，2011.
[2]马东升.指纹技术在社会保障平台中的应用.安防科技，2007（5）：55-56.
[3]张承杰.基于指纹单点登录的协同办公系统研究与设计.硕士学位论文，2007.
[4]李月景.图像识别技术及其应用.北京：机械工业出版社，2009.
[5]陆永宁.非接触IC卡原理与应用.北京：电子工业出版社，2006.
作者简介
胡永果，学士学位。现为山东省滕州市社会养老保险事业处助理工程师。主要研究方向为计算机。
关键词：压缩感知；指纹图像；变采样率；内容认证；水印
中图分类号：TP309.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00
数字内容保护是数字媒体内容安全的一个重要组成部分。其中，数字签名是传统的主动式认证方法，签名形成了独立的数据成分，但是在应用中协议开销大、对信号处理和噪声过于敏感、难以定位篡改，因此不太适合于媒体内容保护，尤其对于以生物指纹作为数字内容的认证服务体系。另一种主动式认证方法是脆弱（fragile）水印 ，通过水印实现内容完整性保护和篡改定位。虽然目前脆弱水印的技术较多，但大多数算法对数字内容是不可逆的。
受到新技术新理论的影响，研究人员提出了一种新型方式，为指纹图像水印提供了更加安全的构造，该技术即CS――压缩感知技术。比较同期水印算法，该技术能够更加安全、全面的提取指纹图像信息。
因此借鉴DWT域分块压缩感知与平滑投影Landweber重构（Block CS with Smoothed Projected Landweber Reconstruction，BCS-SPL）实现技术，本文主要论述了在分块压缩感知中如何实现指纹图像水印。在DWT域中该方式主要利用了SCS-SPL技术，并结合多尺度变换重构指纹图像并保证图像精度、提高图像的可靠完整。
1 CS采样以及SCS-SPL技术
CS理论说明，假设信号为从M个采样信号中获得的长度为N的信号，且M
y=Ax （1）
其中，y的长度为M，而A为M×N测量矩阵（也称为观测矩阵），且具有子采样率S=M/N。如果x在某个变换矩阵Ψ下是稀疏的，即有：
（2）
可以证明，当测量维数满足K
由于信号测量矩阵计算量相对较大，且内容庞大因而无法实现完全储存。因此，CS技术局限性较大。为此，技术人员提出BCS算法，算法中图像的采样通过分块基的随机矩阵实现，而图像的重构结合平滑滤波器由投影Landweber算法实现。所以该技术被称作BCS-SPL。
2 多尺度BCSW在DWT域实现技术
2.1 数据构造
图像是在成像场景中的采样信息，因而受到采样定律的限制，图像像素数量有最低限制。但是CS技术在应用中不会受到该种限制，因而简化了图像的映射形式。在CS技术中综合表示原始图像全部特征的是观测值，是CS技术中最为关键的数据构成。由于CS技术对图像特征表述完全，因而被考虑应用于BCSW中。
本文提出的BCSW算法首先将原始指纹图像进行9/7小波变换，在每级每个子带上进行分块， 再将各子块经过观测矩阵处理得到观测值， 最后将观测值组合在一起生成水印数据。
2.2 数据嵌入
处理载体图像是BCSW数据嵌入的首要步骤，完成图像处理后，需要确定数据的HVS特性，并以其为根据确定嵌入区。在实验过程中，嵌入水印数据时，图像的质量容易受到量化步长的影响，因此在数据嵌入过程中需要注意选择合适的量化步长，即保证图像质量，又确保水印鲁棒性良好。
2.3 检验提取数据
究其根本检验提取BCSW数据其实就是水印构造算法逆过程。第一步确定分块策略，依照密钥信息进行确定；第二部生成BCS观测矩阵；第三步依照相应的公式、步骤操作子块，并取得混合图像的BCSW水印数据。
2.4 根据BCSW数据重构指纹图像
根据提取的BCSW数据得到指纹水印的观测值。为了能够得到高质量的二维原始图像，这里我们借鉴CS理论的BCS-SPL重构算法来恢复指纹图像。其第l级子带s上的第j块数据的初始条件为：
（3）
数据迭代过程如下： （4）
其中，是在第l级子带s上的第j块图像数据的估计值。对于大小的指纹图像，我们用比特正确率BCR（bit correct rate）来估计恢复的指纹图像和原始指纹图像的相似程度：
（5）
3 实验结果
为了分析本文提出算法对指纹图像内容的保护性能，我们使用512×512的Lenna和Pepper作为载体图像，并通过Veridicom公司指纹传感器FPS200采集256×256的灰度指纹图像作为水印图像进行实验。指纹图像使用3级9/7 DWT作为处理，第 l 级子块使用扰乱块DCT SRM（Structurally Random Matrices）作为采样因子，其中l = 1， 2， 3时Bl = 16， 32， 和64。
3.1 分析图像透明性
在Pepper图像以及Lenna图像中分别将水印信息（指纹观测数据）进行嵌入，对载体图像信息进行调整，将量化步长设为35，通过视觉分析可以看出，嵌入指纹后的图像同原始图像差别不大，因而可以证明图像具有较高的透明性。
3.2 水印的鲁棒性分析
为了分析水印的鲁棒性，当S=0.1和Q=35时，我们分别用不同的攻击行为对嵌入指纹数据的混合载体图像进行攻击实验。攻击行为包括对图像进行JPEG和JPEG2000压缩，中
值滤波，加入Salt&Pepper噪声，旋转，剪裁和缩放。通过对照攻击后混合图像的PSNR（dB）与提取的指纹图像的BCR值说明了攻击后混合载体图像的PSNR与提取的指纹图像BCR值，并在同等实验条件下分别和联合DWT-DCT水印算法以及DWT水印算法进行了比较。
由PSNR实验结果可见，相对于DWT和联合DWT-DCT水印算法，BCSW算法对常用的压缩和几何变换具有较好的鲁棒性。同时，由BCR值可见，BCSW算法提取的指纹图像和原始指纹图像之间具有更高的相似性，表明本文算法能够实现对指纹图像内容的可靠性和完整性的安全保护目的。
4 结论
文章主要针对分块压缩感知的指纹图像水印实现算法相关内容进行了论述，通过实践可以证明BCSW不但操作简便、透明性高 ，且保密性以及攻击抗性均十分良好，适用于安全性要求高的场合。
参考文献
[1]王海洋，车生兵，舒旭.基于信息熵与动态区域分割的半脆弱数字水印算法[J].计算机应用，2011，31（8）：2169-2173.
[摘要]文章首先对研究快轮制陶的一系列新概念作了厘清，同时提出了两个新判断：快轮制陶技术起源于新石器时代晚期的最后阶段；其技术的应用有两次高潮，第一次出现于铜石并用时代晚期的黄河中下游地区和长江中下游地区，第二次出现于汉代。最后，文章将地区之间（实质是各文化、各人群之间）快轮制陶的技术传播比作地震“能量传递”，在传递过程中能量逐渐减弱，并且受到制陶者技术思想的影响，从理论上阐明了黄河流域各地区快轮制陶技术发展不平衡的原因。
在新石器时代和铜石并用时代，陶器的成型方法有手制、模制、轮制三大类，其中，对后世陶瓷工艺影响最深的是轮制法。轮制法是快轮制陶的简称，是指利用快速旋转而产生的离心力和惯性力，将置于中央、陶转盘小平顶之上的泥料直接提拉成所需形状的坯体这一工艺过程而言。快轮制陶研究具有很强的逻辑性，笔者在研究快制陶过程中提出一系列新概念、新判断和新理论，而且环环相扣，现在分别叙述如下。
一、新概念
新概念是笔者经过深思熟虑从复杂现象中提炼出来的概念，是研究快轮制陶的起点，也是对快轮制陶本质的认识。
（一）涉及快轮制陶本质的新概念：“离心力”“惯性力”和“泥料特性”
所谓“离心力”，是指和置于中央的泥料在做圆周运动时所产生的离开中心的力。由于离心力的作用，拉坯时放在外侧的手用力较大，起主要作用，放在内侧的手用力较小，只起辅助作用。
所谓“惯性力”，是指人力驱动快速旋转时储存在内的能（物体由于运动而具有的能，属于动能），它逐渐释放出来。由于惯性力的作用，制陶者将搅棍从转窝内后，和置于中央的泥料在较长一段时间内仍能维持快速旋转状态。
所谓“泥料特性”，是指泥料在做快速旋转运动时（请注意，仅在做快速旋转运动时）受到外力（双手）作用而产生的形变速度快、效果好，因此可以提拉成所需形状的坯体。
上述离心力、惯性力和泥料特性同时具备（三者缺一不可）是将泥料直接拉坯成型的先决条件，也是利用快轮能够将泥料直接拉坯成型的根本原因。
（二）涉及快轮制陶直接证据的新概念：“螺旋式拉坯指痕”和“麻花状扭转皱纹”Ⅲ
“螺旋式拉坯指痕”，这是轮制陶器内壁常见的痕迹（有时也见于外表）。所谓“螺旋式”就好像螺蛳壳内壁的阴螺旋纹那样，从正面看为一条条凹槽与一条条棱脊相间排列，从剖面看为一段段弧线相连接，它在内底不是同心圆，在内壁不是水平线，即不与器底平行。由于陶轮旋转方向的不同，拉坯的方向也不同，导致阴螺旋纹分为顺时针方向阴螺旋纹和逆时针方向阴螺旋纹两种。陶轮按逆时针方向旋转时，采用正手操作法拉坯，左手在内侧，右手在外侧，主要靠右手用力，坯体内壁产生顺时针方向阴螺旋纹。陶轮按顺时针方向旋转时，采用反手操作法即“左撇子”操作法拉坯，右手在内侧，左手在外侧，主要靠左手用力，坯体内壁产生逆时针方向阴螺旋纹。从中国古代轮制陶器总体上看，顺时针方向阴螺旋纹常见，逆时针方向阴螺旋纹少见，因为大多数制陶者习惯于用右手。所谓“拉坯”是指利用快速旋转时产生的离心力和惯性力，用双手将泥料直接提拉成坯体，在泥料与坯体之间没有（也不需要）经过泥片或泥条等中间环节。所谓“指痕”是指手指前端从坯体表面压过时遗留下来的痕迹，而不是用工具刮削坯体表面时遗留下来的痕迹。
如上所述，“螺旋式拉坯指痕”的含义是明确而严格的，与工具刮削痕迹之间界限分明，充分表述了轮制陶器特有的痕迹。有些考古发掘报告将快轮拉坯遗留下来的痕迹称为“轮旋纹”或“轮旋痕”，这些名称实际上也是指“螺旋式拉坯指痕”，但是，由于名称和表述过于简单，未能将双手拉坯痕迹与工具刮削痕迹明确而严格地区别开来。
“麻花状扭转皱纹”，这是轮制陶器上罕见的现象，只有细心观察才能发现。所谓“麻花状扭转”是指在制坯所用的泥料含水量较高（泥料较软）的特殊条件下，在快轮拉坯（产生螺旋式拉坯指痕）的同时，坯体上产生的一种扭转现象。具体地说，“麻花状扭转”是指陶轮和双手将坯体上下两端分别向相反的方向用力扭转，这一动作就好像拧麻花那样。“皱纹”是指坯体表面由于扭转自然而然地产生纤细、斜向、一凸一凹的实线状或虚线状的纹理，它不是用手抹或用工具刮削而产生的痕迹。
如上所述，“麻花状扭转皱纹”的含义也是明确而严格的，与工具刮削痕迹之间界限分明，表述了轮制陶器特有的现象。目前一般的考古发掘报告没有提到这种现象。
迄今为止笔者从出土的古代轮制陶器上看到的“麻花状扭转皱纹”有以下三批：
第一批，属于铜石并用时代晚期的良渚文化，例如浙江余杭县南湖遗址出土的双鼻壶和上海马桥遗址出土的双鼻带盖壶，二者颈部内壁都有细密的从左下方至右上方倾斜的实线麻花状扭转皱纹。遗憾的是没有绘成线图。
第二批，属于春秋晚期，见于山西曲沃县、翼城县天马一曲村居址轮制的细柄豆，笔者亲自绘成线图，可以看到柄内壁有实线麻花状扭转皱纹。
第三批，属于北魏时期，见于山西大同市南郊北魏墓群轮制的陶器。由绘图人员绘成线图，可以看到陶罐颈部内壁或外表有虚线麻花状扭转皱纹。
上述“螺旋式拉坯指痕”是轮制陶器特有的痕迹，“麻花状扭转皱纹”是轮制陶器特有的现象，因此二者都是快轮制陶的直接证据。至于偏心涡纹只能作为旁证。有时在手制坯关于快轮制陶的新概念、新判断和新理论体的外底也能看到偏心涡纹，例如陕西临潼县姜寨遗址仰韶文化的瓮棺葬具陶器T8W233：2，其外表留有不规整的泥条痕迹，外底留有偏心涡纹，这是在慢轮带动坯体旋转条件下用线绳切割时遗留下来的痕迹，在泥条痕迹与切割痕迹并存的情况下，应以泥条痕迹为依据断定这件陶器采用手制法成型，偏心涡纹就不能作为快轮制陶的证据。
二、新判断
在形成新概念的基础上做出新判断，新判断是研究快轮制陶的主要内容。
（一）涉及快轮制陶起源的新判断：快轮制陶技术起源于新石器时代晚期的最后阶段。
现有资料表明，在中国境内快轮制陶的起源是多元的，以下三个地区及文化独立发明了快轮制陶技术问：一是黄河下游地区的大汶口文化中期偏晚，例如山东曲阜市西夏侯遗址下层墓、上层墓；二是长江中游地区的大溪文化晚期，例如湖北枝江市关庙山遗址大溪文化第四期（即大溪文化晚期）；三是长江下游地区的崧泽文化晚期，例如上海市青浦县崧泽遗址中层墓葬第三期的陶杯，青浦县福泉山遗址灰黑土层的陶壶、陶杯。
（二）涉及快轮制陶高潮的新判断：铜石并用时代晚期，在黄河中下游地区和长江中下游地区呈现出快轮制陶技术第一次高潮；汉代呈现出快轮制陶技术第二次高潮。
铜石并用时代晚期，山东沿海地区成为轮制技术最发达的地区。例如：山东龙山文化晚期的陶鬻和陶觑，三个袋足分别轮制，是倒着拉坯成型的；薄胎高柄杯（又称蛋壳黑陶高柄杯）代表了山东龙山文化轮制技术的最高水平，在轮制技术史上是空前绝后的。
汉代制陶业已成为一种商品生产，市场的需求促进快轮制陶技术的发展，第二次高潮的规模远远超过铜石并用时代晚期的第一次高潮。
三、新理论
从新概念上升为新理论：黄河流域各地区快轮制陶技术发展不平衡的原因。
新理论是一个新组织起来的概念体系，可以用它来解释技术发展不平衡现象。
在铜石并用时代晚期，黄河流域各地区快轮制陶技术的发展很不平衡：下游地区的山东龙山文化轮制技术高度发达，中游地区的河南龙山文化轮制技术比较发达，上游地区的齐家文化迄今为止未见轮制陶器，各地区之间存在明显差别。
从理论上解释，黄河流域各地区快轮制陶技术发展不平衡有两个原因：
（一）取决于陕轮制陶技术发展本身的内在规律，即快轮制陶“技术传播”规律。
快轮制陶技术可以传播，如同能量可以传递。黄河下游地区是快轮制陶技术的发源地，好比地震的“震源”，震动最大，中游地区快轮制陶技术逐浙变弱，好比震波逐渐减弱，上游地区迄今为止未见轮制陶器，好比震波已经消失。据此推断，黄河流域的快轮制陶技术由东向西传播。在山西境内，各地区快轮制陶技术的发展也不平衡：位于山西南端的垣曲县古城东关遗址，庙底沟二期文化出现个别轮制的小型陶器，龙山文化的轮制技术比较发达，泥质陶普遍轮制；位于晋西南偏北的陶寺遗址，轮制法出现于陶寺文化中期，但是直到晚期只有一部分中小型泥质陶器采用快轮拉坯成型，快轮制陶技术不但出现较晚，而且不发达，在坯体成型方法中处于末位。据此推断，山西境内的快轮制陶技术由南向北传播。从总体上看，黄河流域的快轮制陶技术由东向西、由南向北传播，在传播过程中，能量逐渐减弱以至消失，这是各地区快轮制陶技术发展不平衡的根本原因，也就是内因。
（二）由于各地区的文化传统不同，人们对快轮制陶技术的认识和应用也不同，换句话说，受到“技术思想”的影响。
现有资料表明，各地区制陶技术的重点不同：黄河上游地区的制陶者看重和追求彩陶艺术，使该地区成为彩陶制作工艺最发达的地区；黄河中游地区的制陶者首创和偏重模制法，使该地区成为模制法最流行的地区；黄河下游地区的制陶者高度重视制法，使该地区成为快轮制陶技术最发达的地区。技术是由人掌握的，重点是由人的技术思想支配的，所谓“技术思想”是指人在进行技术活动时的逻辑思维、设计理念和贯穿始终的主导思想，各地区制陶技术的重点不同就是技术思想存在差异的表现。文化传统不同和技术思想差异是各地区快轮制陶技术发展不平衡的外在原因。外因只有通过内因才能起作用。
【关键词】 单片机 门禁系统 指纹识别 硬件设计
随着人们对生活品质追求的逐步提高，人们门禁系统安全也就提出了更高的要求，指纹识别技术因其具有极高的安全性和便利性，而被在越来越多的小区门禁系统中采用，而具有指纹识别技术的门禁系统安全性极高、简易方便。在门禁系统中引入单片机，更是使门禁系统变得功能实用、成本低廉。
一、单片机的指纹门禁系统的功能描述
本单片机的指纹门禁系统以单片机为基础，运用指纹识别技术提高安全性和便利性。作为指纹门禁系统，指纹开始是其首要的功能。用户的指纹就是该系统的钥匙，通过预存在该系统中的指纹数据，用户只需用指纹就可以打开房门。用指纹开锁的前提是该系统的指纹库里提前录制指纹信息，预先在系统中建立档案，系统将信息进行存储。如果要除去该用户的使用权的话，则需要对系统中的指纹信息进行删除。由于一个门禁系统的用户主不用，系统管理者对用户权限的要求肯定不一样，这就要求指纹可以进行方便有效的管理，分级管理则是这样的一种措施。
用户通过指纹对指纹门禁系统进行开锁之后，会在系统中留下记录，方便系统管理者查询管理。为了应对系统中的突发应急情况：比如说用户手指被划伤、识别装置无法录入指纹等，引入密码应急开锁，可以在发生突发状况时，打开门禁系统。当电量不足时，系统的提示模块会提前发出警示信号，提醒用户补充电量。
二、单片机的指纹门禁系统的硬件设计
该单片机的指纹门禁系统的硬件部门主体为单片机，各部分分为：指纹采集模块、处理器模块、显示模块、供电模块、存储模块、计时模块、电压监测模块、输入模块，电控锁模K。
指纹采集识别模块：运用指纹传感器采集指纹信息，对指纹信息进行录入；处理器模块：单片机处理器对数据进行对比分析处理；显示模块：采用LED晶体管显示器；存储模块：用来存储指纹数据、密码、记录等信息，断电后数据不会丢失；计时模块：采用时钟/日历芯片，用于计时，并且累计；电压监测模块：选用三端口的低电压比较器进行检测；输入模块：采用4X4矩阵键盘控制电平变化；电控锁模块：包括直流电机、控制电路和减速机，直接控制门禁系统的机械动作。因为指纹识别模块是独立的，所以其与外部通信就需要接口来实现，RS232接口则是完成命令传输、参数传输的接口。
I2C总线是兼容性非常好的芯片，I2C总线利用双行线SDA线和SCl线传递芯片与模块间的信息。I2C总线串行E2PROM CAT24WC02。由于I2C总线具有多主总线的特性，所以不论是单接收的器件还是多接收的器件都可以对I2C总线进行控制。
三 单片机的指纹门禁系统的软件设计
系统主程序设计：（1）开始系统初始化测试指纹识别模块正常工作确定门状态读取时钟芯片显示时间进入掉电状态唤醒重复流程；（2）开始系统初始化测试指纹识别模块工作异常显示错误信息更正确定门状态读取时钟芯片显示时间进入掉电状态单片机的指纹门禁系统的软件设计唤醒重复流程。
应急密码开门程序：（1）开始禁止输入判断是否到解禁时间试开次数/警告提示退出；（2）开始输入密码密码正确开门记录开门时间退出；（3）开始输入密码密码错误试开次数是否达到五次/试开次数+1计算存储解禁时间退出。
四、总结
本文从基于单片机的角度出发，主要从单片机的指纹门禁系统的功能描述、单片机的指纹门禁系统的硬件设计、单片机的指纹门禁系统的软件设计、单片机的指纹门禁系统的功耗解决方案四个方面进行了设计论述，结合指纹识别技术和硬件电路设计来对单片机的指纹门禁系统进行了简要的设计研究。
参 考 文 献
[1]杨世恩.智能电子门禁系统研究与设计[J].通信技术，2011，44（5）：68-70.
[2]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础[M].北京：北京航天航空大学出版社，2007.
购物车(0)
