彭　華

摘要:目前,各種考試中代考成風(fēng),傳統(tǒng)的考生身份確認(rèn)方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代考試的需要。針對(duì)這一問(wèn)題,結(jié)合嵌入式技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)以及分布式技術(shù),提出了一種基于指紋識(shí)別的考生身份認(rèn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞:指紋識(shí)別;身份認(rèn)證;分布式

中圖分類(lèi)號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)20-0000-00

0 引言

由于我國(guó)人口眾多,面對(duì)日益嚴(yán)峻的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng),現(xiàn)代教育體制不得不采用形式各樣的考試進(jìn)行選拔,如果無(wú)法有效識(shí)別考生身份,將影響考試的公平性和成績(jī)的真實(shí)性,勢(shì)必造成在人才選拔上的不公平,因此現(xiàn)代考試迫切需要從根本上遏制代考現(xiàn)象的發(fā)生。

傳統(tǒng)的考生身份認(rèn)證方式采用將考生身份證件與考生真人相比對(duì)的方式,在準(zhǔn)確識(shí)別考生身份上存在著多種漏洞:1) 若考生的身份證件是偽造的,一般的監(jiān)考人員由于不具備專(zhuān)業(yè)的辨識(shí)能力,無(wú)法發(fā)覺(jué)其代考行為;2) 人的相貌在一生中會(huì)發(fā)生變化,身份證件上的考生照片可能是以前的,而是不是考生本人,也只能由監(jiān)考人員判定,主觀色彩較濃。3) 若是代考考生與被代考考生相貌相似,即使使用真實(shí)的被代考考生的身份證件,監(jiān)考人員也不能確定其身份,特別是雙胞胎這種特殊情形。④若考生的身份證件丟失,則無(wú)法參加考試,從而影響考生的成績(jī)。

由于指紋具有“唯一性”、“穩(wěn)定性”和“隨身攜帶”等特征,所以不用擔(dān)心丟失,其他人也無(wú)法復(fù)制或取代,用它來(lái)識(shí)別人的身份,顯然比使用身份證件的方式安全得多。本文將設(shè)計(jì)一個(gè)基于指紋識(shí)別的考生身份認(rèn)證系統(tǒng),用以快速、準(zhǔn)確、高效地完成考生的身份認(rèn)證,徹底解決代考現(xiàn)象無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題 [1]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

本系統(tǒng)采用分布式(Client/Middleware/Server,C/M/S)體系結(jié)構(gòu),由考生身份認(rèn)證終端、考生身份認(rèn)證應(yīng)用服務(wù)器和考生信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器三部分構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程可以分為以下四個(gè)階段:1.在學(xué)生入學(xué)階段或考試報(bào)名階段,采集考生的基本信息(包括其指紋特征信息),統(tǒng)一存入考生信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。2.在考試準(zhǔn)備階段,由專(zhuān)門(mén)的考試管理人員將各個(gè)考生身份認(rèn)證終端(一種嵌入式便攜移動(dòng)手持設(shè)備,下面簡(jiǎn)稱(chēng)終端)通過(guò)考生身份認(rèn)證應(yīng)用服務(wù)器與考生信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的交互來(lái)下載對(duì)應(yīng)考場(chǎng)考生信息庫(kù),再由監(jiān)考人員在領(lǐng)取試卷的同時(shí)領(lǐng)取該考場(chǎng)對(duì)應(yīng)的考生身份認(rèn)證終端。3.在監(jiān)考人員到達(dá)考場(chǎng)后并在考試開(kāi)始之前,監(jiān)考人員只要通過(guò)終端的鍵盤(pán)輸入考生的考號(hào),并讓考生用手指在終端的指紋采集區(qū)域上按一下,該設(shè)備就會(huì)將采集到的活體指紋與保存在終端數(shù)據(jù)庫(kù)中的該考生報(bào)名時(shí)的指紋信息進(jìn)行比對(duì),最后在該設(shè)備上顯示比對(duì)結(jié)果并將此結(jié)果保存在終端的數(shù)據(jù)庫(kù)中,這樣,監(jiān)考人員就可以很方便地確定考生的身份。4.在考試結(jié)束后,所有監(jiān)考人員將試卷和考生身份認(rèn)證終端交由考試管理人員,并由其將各個(gè)考生身份認(rèn)證終端中的比對(duì)結(jié)果上載至考生身份認(rèn)證應(yīng)用服務(wù)器中,進(jìn)行匯總,得到本次考試的總的統(tǒng)計(jì)信息,包括:實(shí)際考生人數(shù)、缺考考生人數(shù)及名單、代考考生人數(shù)及名單、缺考率、代考率等。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路,包括6大功能模塊,如圖1所示。

1) 指紋采集與處理。利用光學(xué)采集儀,在考生報(bào)名時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集考生指紋,并對(duì)指紋進(jìn)行預(yù)處理及特征提取工作,將提取到的指紋特征數(shù)據(jù)及考生相關(guān)信息寫(xiě)入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2) 考生指紋信息管理。對(duì)考生的指紋信息進(jìn)行管理,如對(duì)已采集指紋的考生進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、考生指紋重新采集、考生指紋數(shù)據(jù)庫(kù)遍歷等功能。

3) 考生信息管理。對(duì)考生檔案進(jìn)行管理,如考生信息的查詢(xún)、修改和刪除等。

4) 考生身份驗(yàn)證。利用考生身份認(rèn)證終端采集考生指紋,提取指紋特征數(shù)據(jù),與終端內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,驗(yàn)證考生身份。

5) 用戶(hù)權(quán)限管理。對(duì)登錄該系統(tǒng)的用戶(hù)進(jìn)行權(quán)限管理。

6) 系統(tǒng)維護(hù)。該模塊完成考生身份認(rèn)證終端的初始化、系統(tǒng)資料的備份及恢復(fù)、系統(tǒng)使用幫助等功能。

2 指紋身份認(rèn)證原理

2.1 原理

指紋身份認(rèn)證需要解決的問(wèn)題是辨認(rèn)兩枚指紋是否來(lái)自于同一手指,從而確認(rèn)身份。一個(gè)典型的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)(AFIS)的處理流程如圖2所示。

2.2 指紋身份驗(yàn)證過(guò)程

本系統(tǒng)中通過(guò)所設(shè)計(jì)的考生身份認(rèn)證終端(一種嵌入式便攜移動(dòng)手持設(shè)備,下面簡(jiǎn)稱(chēng)為終端)來(lái)完成指紋身份驗(yàn)證。它包括指紋采集、預(yù)處理、特征提取和特征匹配等幾個(gè)處理過(guò)程:

1) 指紋采集,利用終端上的溫差感應(yīng)指紋采集芯片和CPLD采樣控制芯片采樣指紋,得到指紋圖像;

2) 預(yù)處理,將指紋原始圖像轉(zhuǎn)變?yōu)閷挾葹?的指紋細(xì)化圖像。處理過(guò)程包括濾波、二值化、二值圖像濾波和細(xì)化4部分;

3) 特征提取,對(duì)預(yù)處理后的指紋圖像提取斷點(diǎn)和分叉點(diǎn)等特征;

4) 特征匹配,指紋匹配的對(duì)象是終端中的指紋模板庫(kù)中特征點(diǎn)集P和現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋的特征點(diǎn)集Q,對(duì)兩組特征點(diǎn)集進(jìn)行匹配,返回一個(gè)匹配級(jí)數(shù),從這個(gè)級(jí)數(shù)可以判定這兩枚指紋是否來(lái)自同一手指。

3 考生身份認(rèn)證終端的軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考生身份認(rèn)證終端是本系統(tǒng)的重要組成部分,其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的效率。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示:

32位ARM嵌入式微處理器具有高性能、低功耗的特性,已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、無(wú)線(xiàn)通信和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域,極其適合于對(duì)成本和功耗要求較苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合[2]。因此,本系統(tǒng)采用Samsung公司的基于ARM7TDMI核的16/32位RISC嵌入式微處理器S3C44B0X。并以此為中心,設(shè)計(jì)了其它功能模塊:一個(gè)4M的FLASH、一個(gè)8M的SDRAM、一個(gè)10M以太網(wǎng)接口、一個(gè)USB模塊(采用Philips PDIUSBD12芯片)

、一個(gè)溫差感應(yīng)指紋采集芯片F(xiàn)CD4B14和一個(gè)CPLD采樣控制芯片XCR3256XL以及其它外圍輔助電路模塊諸如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源模塊、鍵盤(pán)模塊等。

另外,考生身份認(rèn)證終端作為一個(gè)嵌入式手持設(shè)備,從軟件層面上來(lái)看,它是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)與考生身份認(rèn)證應(yīng)用程序四個(gè)部分所組成。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的橋梁,這樣操作系統(tǒng)在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的支持下是就能正常支配硬件設(shè)備行為。嵌入式操作系統(tǒng)選用uClinux,它是專(zhuān)為沒(méi)有存儲(chǔ)管理單元MMU的微處理器設(shè)計(jì)的嵌入式Linux操作系統(tǒng),它秉承了標(biāo)準(zhǔn)Linux的優(yōu)良特性,是經(jīng)過(guò)各個(gè)方面的小型化改造后所形成的一個(gè)高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux;目前國(guó)內(nèi)外采用ARM-uClinux作為嵌入式系統(tǒng)非常普遍。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)選用Sqlite,在它之中存儲(chǔ)著一個(gè)考場(chǎng)內(nèi)所有考生的信息(包括指紋模版)以及身份識(shí)別結(jié)果。而考生身份認(rèn)證應(yīng)用程序則主要與應(yīng)用程序服務(wù)器進(jìn)行交互,包括:在考試開(kāi)始前完成對(duì)應(yīng)考場(chǎng)的考生信息庫(kù)下載到考生身份認(rèn)證終端上以及在考試結(jié)束后將考生身份認(rèn)證終端中保存的身份識(shí)別結(jié)果信息上載至考生身份認(rèn)證應(yīng)用服務(wù)器中,由應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行匯總以便得到本次考試的總的統(tǒng)計(jì)信息。

4 軟件關(guān)鍵內(nèi)容及其設(shè)計(jì)流程

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中關(guān)鍵內(nèi)容為:指紋采集與處理、考生身份驗(yàn)證。

4.1 考生指紋信息采集

在考生報(bào)名時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集考生指紋并錄入考生報(bào)考相關(guān)信息?？忌讣y采集與特征信息保存過(guò)程如圖4所示。

4.2 考生指紋身份認(rèn)證

在考生進(jìn)入考場(chǎng)后,通過(guò)輸入該考生的考號(hào),從終端數(shù)據(jù)庫(kù)中提取報(bào)名時(shí)的指紋信息,再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的考生指紋進(jìn)行比對(duì),來(lái)確認(rèn)考生是否其本人。具體設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于指紋識(shí)別的考生身份認(rèn)證系統(tǒng),只要在服務(wù)器端有專(zhuān)人管理即可,普通的監(jiān)考人員不需要具備專(zhuān)業(yè)知識(shí),只要在考試現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每位考生進(jìn)行輸入考號(hào)和采集考生指紋即可,查看終端就可以確定考生身份,因此整個(gè)系統(tǒng)可操作性好,易于普及,驗(yàn)證身份快速、準(zhǔn)確。以100位考生作測(cè)試,平均每位考生現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證身份時(shí)間為4.52s。

隨著硬件技術(shù)的提高和指紋識(shí)別產(chǎn)品成本的下降,運(yùn)用指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行考生身份認(rèn)證是今后考試管理發(fā)展的必然趨勢(shì),將來(lái)的考試也一定會(huì)越來(lái)越公平和公正。

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