李轩
[摘 要]指纹识别在身份识别中发挥的作用越来越大，作为一种日常免携的识别载体，给人类生活带来巨大的便利。本文主要讲述了基于指纹图像识别技术，将其应用于如机场、火车站，用指纹识别身份来取代传统的身份证验票。
[关键词]指纹识别，图像处理。
中图分类号：S706 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0268-02
研究背景：对于飞机火车等长途旅行的交通方式而言，安全检查是至关重要的。为了使乘客的出行更加高效安全，同时识别可疑人员的身份。目前使用基于USB Key+PIN码的身份鉴别方式。USB Key因其安全加密功能受到广泛使用。但随着身份证忘带及某些不法份子窃取他人身份证等非法行为的出现，对于出行者造成了相当程度的时间和经济损失。所以，近期研究身份鉴别的安全方法中，指纹利用其在某人身上的独一无二的生物特征以及安全性和容错性等特点在高档宾馆酒店以及考试监控系统受到广泛使用。指纹的使用历史悠久。指纹作为身份识别的依据，可以追溯到10000年前。在那个时代，古人们为了让后人铭记，常在一些文物上刻下自己的指纹。历史上还曾应用指纹画押作为物证。
智能手机的出现为指纹解锁技术嵌入在其中提供了可能，苹果公司首先将这一技术应用于智能手机上，这一举动大大增加了用户的安全性，使后续许多公司纷纷效仿。
由于指纹的特殊性，公安局采集公民指纹时是基于公民自愿。所以在进行指纹识别安检时势必会存在一些人是不满足指纹安检的条件的。这一方面激发了非特殊群体公民去公安局完整采集自己的身份特征的热情，另一方面也保护了特殊群体公民的隐私，身份证识别与指纹识别并行的安检通关政策，也更加人性化的为不同群体考虑，该方法为交通远途出行的利器。
本文所研究的问题为：能否在机场或者长途火车站设立一台指纹识别的机器，代替传统的身份证。出行者只需用手指轻轻一点，便可通过身份验证，完成安检。研究的初衷是因为我有一次和家人乘飞机出行，快要登机时才发现未带身份证，无法进行安检，最后导致航班延误。我也曾看到过火车站的安检人员忙碌地看着一张张身份证，排队等候安检的人摩肩接踵，因为安检缓慢，并不能带给出行者良好的体验。于是利用指纹原理来设计一台机器帮助安检者进行安检显得格外重要。指纹识别技术集高安全性和安全性于一身，凭借其固有的生物特征属性，成为了比二代身份证更为安全的身份识别方法。随着指纹验证信息逐渐成为主流方法，它显著提高了用身份证进行验证的效率，使出行者获得便捷的体验和感受。人们或许再也不必早早的来到机场排队安检，只需按部就班地用指纹验证即可。出行者更不必因未带身份证而延误时间，这样保证了出行者的时间利益，并且一定程度上减少了损失。
原理介绍
数字图像处理技术技术：
数字图像处理技术通俗的来讲就是利用计算机处理、特征提取以及图片分析，然后得出所需要的结果的技术。有些时候图像处理还会被称为影像处理。人们对世界的感知和对世界的认知有时都会源于图像，因此图像作为视觉基础，是人们得到信息、表达信息和传递信息的一种重要方式和方法。一般来讲，得到所需图像所使用的设备和仪器就是工业相机、摄像机、扫描仪、还有机电扫描设备和手工操作的数字化仪器。数字图像处理技术是计算机扫描指纹图像后，是将图像信息的体征点提取出来转化为计算机可处理的数字信号的媒介。
嵌入式指紋识别系统：
通过单片机来进行指纹图像的采集，提取采集后图像的特征点，并与录入指纹库的指纹信息进行比对，提取相似度最高的指纹的个人信息，并输出处理结果若匹配成功，则安检门自动打开，乘客通过。如出现与指纹库中指纹特征不相符的情况，则转入人工处理。
该系统采用了异步串行方式进行信息交互，采用usb进行单片机和pc机之间的数据交互。该系统由单片机，存储器、图像处理软件和数据库四部分构成。
单片机是指纹处理系统的中央处理器，可以将采集的指纹信息进行实时处理。具有高效和快速的特点，
存储器可以处理指纹信息的结果，可以保存乘客的进出站信息。可以实时监督车站的人员流动，方便规划车次，以便更高效的提供旅乘服务。
图像处理是通过图像扫描仪采集指纹图像信息，将其转化为数字信号，方便计算机进行处理。
数据库是将获取的数字信号与数据库内的数据进行匹配，输出匹配度最高的结果。可以将安检时采集到的新指纹录入到数据库中，更新数据库的数据，
系统工作流程
1.当系统开始工作时，将单片机及其所连接的电路进行初始化，使系统所有的硬件处于工作状态。
2.检查指纹识别功能是否开启，是则继续进行，否则返回上一步进行检查。
3.将指纹采集器采集到的指纹数据传入到电脑设备进行处理，提取特征点后通过指纹识别算法进行分析，将其与数据库中的指纹进行匹配，若识别成功，则通行，否则电脑发出警示信号，提醒安保人员进行核查。
指纹图像处理流程；在采集过程中，指纹会产生一些噪点或畸变。如何优化这些问题是
指纹识别技术的重要组成部分。可使用采集精度更高的采集设备采集指纹。准备一些干毛巾等物品，采集前让旅客进行手部干燥处理。
指纹图像特征点提取；首先大面积提取特征点，去除一些特征不易被识别的空洞点和毛刺点。将剩余的特征点传送到数据库中。由于人的手指本身具有一定的柔性，并非一成不变。采集是可能因为按压力度和方向不同造成一定程度的形变，给指纹识别算法带来了很大的困难。但安检时要保证快速性和准确性，所以指纹识别算法本身需要具备一定的容错性，且运算简单快捷，保证时效性和准确性。
解决策略方法：该机器的设计主要运用了数字图像处理和指纹识别技术原理。采用以下流程图（图1，图2）：
日常生活中我们通过相貌特征来辩别人的身份，设备指纹处理同样类似。通过录入的指纹提取每个人独一无二的的信息，按照一定算法进行成设备的标识符用于区分。endprint
研究方法的局限性：设计使用光学、电容与超声波采集技术的机器。这三种机器的成本、性能等方面相差迥异。相比电容传感技术，光学传感技术和超声波技术的体积较大，耐用性较好。较成像能力来说光学传感技术干手性差，汗多和稍脏的手指成像模糊；电容传感技术干手性好，但汗多和稍脏的手不能成像；而超声波技术的成像能力始终很好。较耐用性而言，光学机器非常耐用，电容传感机器易损坏，超声波技术机器居中。较成本来说，利用光学传感技术的机器和电容传感技术的机器較低，利用超声波的机器很高。所以在设计机器上，应合理利用其优劣进行使用。为了适当优化，可以开发研究分辨率更高的采集机器，同时尽可能降低成本，使不同的人们获得相同的最好的体验。
总结与展望：指纹利用人体固有的生物特征及其唯一性和持久性特点，作为身份验证无疑是极好的。设计一台指纹识别技术的机器，将它应用于飞机场或火车站同样可以带给人们的生活极大的方便。指纹识别技术作为高端机密的识别技术，在机场和火车站采用指纹识别是大势所趋，能够迅速甄别犯罪分子，避免他们潜逃。
未来，我相信可以把指纹识别技术应用到更广泛的领域。例如酒店宾馆的防盗门设计，可用样安装指纹识别机器。旅客刷指纹进出房间，避免了扒手撬门进入。维护了旅行者的利益。同样，也可在高档汽车上安装指纹识别机器，也提高了防盗性能。最后，可以将之应用于饭店的点菜系统，这样便可缩短顾客意愿表达，并推动了餐厅的信息化管理。就像在大楼里应用指纹打卡，使得在楼里工作的人们更加方便的上下楼，避免了因忘带工作证件而耽误工作。
需要注意的是，应尊重每个公民的意愿，不可强行录取他人指纹。指纹验证也具有一些问题。比如建造一台身份验证的机器，成本会很高。人们还没有提供指纹的意识，对于一些守旧意识很强的人来说，他们或许从未尝到指纹的用处。而且，对于一些经济不发达的城市，或许还不能普遍推广指纹机器。所以这就需要政府的宏观调控和人们的自主意识双管齐下。
最后，希望每个人可以体验到指纹识别的便利。
参考文献
[1] 刑宇.嵌入式指纹识别系统的设计与实现[D]，[硕士学位论文].东北大学，2005
[2] 丁晓青，数字图像处理讲义[M].清华大学，2000.
[3] 陈嵩松.指纹图像预处理及特征提取方法的研究[D]，[硕士学位论文].上海：上海交通大学，2005.
[4] 冈萨雷斯等.数字图像处理（第二版）[M]，电子工业出版社2003.endprint
