指纹技术在招生考试管理中的应用研究.docx

1、指纹技术在招生考试管理中的应用研究指纹技术在招生考试管理中的应用研究内容提要：考试中的舞弊与反舞弊，从来就是一对冤家。特别在现代，五花八门的考试舞弊现象中的“替考”现象，已成为国家重大考试中舞弊的最具特征的手段，是人们深恶痛绝的不文明、不道德行为。如何有效的遏制“替考”行为，已成为摆在考试工作者面前紧迫而艰巨的任务。本文提出的这个科研课题，试图解释指纹技术在考试管理中遏制“替考”现象的一般原理，其目的就是利用当前国际、国内在条码、指纹应用技术，特别是指纹应用技术的科学性、先进性和可操作性，设计一套可行的、实用的仪器设备，通过快速对比和认证，对参加考试的人群进行甄别、认定，努力从源头上杜绝招生考

2、试中的“替考”现象，继而将其运用在考试管理实际中，提升打击“替考”行为的力度，借助现代科学技术，办人民满意的考试。关键词：考试舞弊，替考，指纹技术，设想，试验数据，推广。前言考试作弊的形式，从古至今，有一个渐变的过程，从简单到复杂，从单一模式到复合模式。原始的抄家带、替考等舞弊形式，伴随着社会进步，经济发展，科学技术发展的日新月异，发展到如今的采用电子信息化进行考试舞弊。目前，在国家重大招生考试中的违纪舞弊方式主要有：1.替考；2.夹带；3.抄袭；4.携带、使用无线通讯（无线电话）工具；5.无线点对点收、发答案。对于夹带，抄袭，携带、使用无线通讯（无线电话）工具，无线点对点收、发答案等等违纪舞

3、弊行为，招生考试部门在考试管理中，已经做了许多工作，制定了比较详细的措施以及管理办法，有关科研机构也为招生考试部门杜绝考试中携带、使用无线通讯（无线电话）工具、无线点对点收、发答案，开发、研制了一些诸如无线通讯（无线电话）工具探测仪、作弊克等仪器，但是，随着通信技术、网络技术和计算机技术的发展，考试作弊的手段也越来越高，设备越来越先进：从夹带，抄袭发展到利用手机等无线通信设备传递答案，甚至利用数码合成手段制作假证件、雇佣“枪手”冒名顶替等等，严重的影响到了考试的公正性和严肃性。对在考试中找抢手替代考试这种广大人民群众深恶痛绝的替考现象，还没有有效的办法从根本上杜绝。从某种意义可以说，“替考”使

4、考试的不公平是最大的不公平。用什么办法遏制“替考”现象，严肃考试纪律，成为我们考试管理者亟待研究、解决的问题。采用指纹认证、识别技术应该就是最有效的手段之一。指纹识别技术是生物特征识别技术的一个领域，是最早通过计算机实现身份识别的手段。它在今天已经成为应用最为广泛的生物特征识别技术。近几年来，这种新技术逐渐从最早使用它的公安刑事侦察系统走向更为广泛的民用市场，在管理、门禁、金融、公安、网络等方面广泛应用，已经成为一门较为成熟的科学应用技术。通过对指纹技术和考试管理相结合的再开发，完全可以，也一定可以将指纹技术运用到考试管理中去。指纹认证技术1、指纹认证技术早在公元前7000-6000年，古代的

5、亚述人和中国人就意识到了指纹的特点，并使用指纹作为个人身份的象征。19世纪中叶开始了对指纹在科学意义上的研究，并产生了两个重要的结论：没有任何两个手指指纹的纹线形态一致；指纹纹线的形态终生不变。由于人体的身体特征具有不可复制的特点，人们把目光转向了生物识别技术(Biometric)，希望可以籍此技术来应付现行系统安全所面临的的挑战。要把人体的特证用于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。基于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识

6、别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都己经成熟并得以应用，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的热点。指纹识别技术的发展得益于现代电子技术的发展和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。随着计算机技术的飞速发展，自动指纹分类识别技术取得了很大进步。大约在20世纪70年代，美、日等发达国家先后开始研究自动指纹识别系统(Automated Fingerprint Identification System简称AFIS)，美、日等发达国家凭借其强大的科技力量和经济实

7、力，在该领域的研究和开发中处于领先地位，并推出了许多有实用价值的新产品，这些产品在诸如管理、门禁、金融、公安和网络安全等许多领域中得到广泛的应用,使用指纹来取代计算机应用程序的密码就是最为典型的实例。随着现代电子技术的发展，采集图像分辨率越来越高、体积越来越小的指纹图像读取设备不断更新换代，同时随着计算机电子技术的发展，更为复杂的图像识别算法已经可以在微机，甚至嵌入式计算机上实现。另外，图像匹配算法的可靠性也不断提高，使指纹识别技术己经非常实用。指纹识别技术的应用系统大致可以分为两类，即验证(Verification)和辨识(Identification)。 验证就是通过把一个现场采集到的指纹

8、与一个己经登记的指纹进行一对一的比对（one-to-one matching），来确认身份的过程。作为验证的前提条件，他或她的指纹必须在指纹库中已经注册。指纹以一定的压缩格式存贮，并与其姓名或其标识（ID，PIN）联系起来。随后在比对现场，先验证其标识，然后，利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明其标识是合法的。辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据厍中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹。这也叫“一对多匹配（one-to-many matching）”。验证和辨识在比对算法和系统设计上各具技术特点。例如验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而辨识系统要考虑残纹的比对；验证系统对比

9、对算法的速度要求不如辨识系统高，但更强调易用性；另外在辨识系统中，一般要使用分类技术来加快查询的速度。除了验证的一对一和辨识的一对多比对方法，在实际应用中还有“一对几个匹配（one-to-few matching）”。1.1 指纹认证原理指纹识别的原理是根据指纹具有唯一性和稳定性识别出人的身份。在现代的科学研究领域，指纹的识别属于“模式识别”，是通过指纹提取仪获得指纹图像，通过计算机完成指纹特征的提取，再通过一系列复杂的指纹识别算法，在短时间内完成身份识别、认证。近几年来，生物认证作为一门新兴的认证技术和手段日趋成熟，逐步开始进入市场。指纹作为一种重要的人体特征，具有以下一些特点： 唯一性：（

10、人各不同、指指相异），指纹具有很明显的特定性。据指纹学理论，两枚指纹匹配上12个特征的几率为10-50。至今尚找不出两个指纹完全相同的人，即使是相貌酷似的孪生兄弟姐妹，他们的指纹也各不相同。不仅人与人之间，就是同一个人的十指之间，指纹也有明显的区别。 不变性：（终生基本不变），指纹具有很强的相对稳定性。自胎儿六个月指纹完全形成到人体死亡腐败之前，尽管随着年龄的增大，指纹在外型大小，纹线粗细上会有变化，局部纹线之间也可能出现新的细线特征，但从总体上看，同一指的指纹纹线类型、细节特征的总体布局等始终无明显变化 再生性：只要不伤及真皮，伤愈后，纹线仍能恢复原状；如果伤及真皮，伤愈后形成伤疤。伤疤破坏

11、了纹线，但伤疤本身为指纹增添了新的稳定的特征。 便捷性：活体指纹具有无法伪造、随身携带、不需记忆等特点；自动指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图像读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。运用指纹作为身份认证的方式是目前最安全、最可靠的身份识别、鉴定办法之一，它已经广泛应用于公安、金融、社保等许多领域，是极具法

12、律效力的验证手段，同时也是目前技术最为成熟、实现最为简单的身份认定方法。如果生物鉴别技术是身份识别技术的未来，那么指纹鉴别仪就是最可靠、最安全的生物鉴别仪器。随着采集技术和识别技术的发展，指纹身份鉴别技术已经非常成熟，并从原来的警用行业走向民用市场。1.2 术语 活体指纹：直接通过指纹采集设备取得的指纹，取得的指纹是根据手指的反射光的强度、温度、湿度、电容差产生，具有不可仿制、伪造等特点。 指纹识别：将一枚指纹与另一枚指纹匹配识别，确定两枚指纹是否是一个手指的指纹。 指纹特征：指纹图像自身具有的一些特点，一般有纹型、中心、三角和细节特征等。正常情况下终生保持，彼此不同，可作为身份认定的依据。

13、拒识率（FRR）：在不同时刻采集同一指纹识别比对失败的概率或正确指纹被误判而拒绝接受的比率。FRR可视为系统好不好用的一个指标，其值越低，说明性能越好，但FRR值与指纹机本身的阈值(Threshold)的设定有关，如果阈值设定越低，FRR值自然降低(容易进入)，但FAR相应升高。 误识率（FAR）：在指纹识别过程中，不同的指纹比对成功的概率，或者是错误指纹输入而被接受为正确的比率。FAR可视为安全性指标，其值越低，说明性能越好，但FAR值与指纹机本身的阈值(Threshold)的设定有关。如果阈值设定越高，FAR值自然降低(不易进入)，但FRR值相应升高。 验证时间(Verification

14、Time) (1: 1)：两枚指纹比较判断是与不是的所耗费的时间。 识别速度(Identify Speed) (1: N)：对一枚指纹在指纹数据库中查找与之相对应的指纹时的速度。 特征长度(Template Size)：一枚指纹经过系统处理后，特征数据的字节数。1.3 活体指纹采集技术指纹考试系统采用活体指纹采集技术，能够自动检测手指，并要求被检测的手指必须是活体才能得到指纹图像，该技术具有如下优点： 防伪性高：采用国际上目前最先进的芯片采集技术，指纹扫描信号透过指纹表皮，直接对手指真皮层进行电场感应而获得指纹图像，真正有效的杜绝指纹的伪造。 抗干扰性强：由于是对真皮层进行采集，对手指的污染、

15、干燥、潮湿等情况有较强的自适应性，抗干扰能力较强； 采集速度快：可以达到每秒15幅图像的采集速度；1.4 指纹处理技术指纹处理技术包括指纹图像的获取、指纹图像预处理、指纹特征的提取、指纹的识别等技术。指纹图像的预处理包括指纹图像的分割、滤波、图像增强、图像恢复、二值化等处理技术。指纹特征提取是指在指纹图像中提取出能够唯一反映输入对象本质的数据量，该数据量应具有保持指纹的独特性、易于进行匹配、对噪声具有一定的鲁棒性，对旋转、平移和非线性形变具有不变性和对不完整指纹具有鲁棒性等性质。指纹识别是指利用高效、鲁棒的指纹识别算法实现指纹的特征提取、加密、存储和比对等过程。1.5 考试指纹管理系统传统的指

16、纹专家人工查找的方法，已不适应现代生活的需要。人们迫切要求能有一套自动指纹分类、识别系统来帮助人们管理、处理和识别指纹。考试指纹管理系统集计算机技术、网络技术、数据库技术、计算机图形学、图像处理、模式识别、嵌入式技术、信息安全技术为一体，多种学科并存的综合性信息处理系统，是生物识别技术，特别是指纹识别技术的具体应用，采用指纹身份认证的手段，利用指纹的唯一性、专有性、方便、保密、不易丢失和遗忘、能够再生等优点，运用指纹识别技术，来确认考生身份的合法性，这对于创造一个公平、公开、公正的考试环境、保证考生的切身利益都具有现实意义。2、指纹识别系统指纹识别系统由指纹采集与识别系统、指纹数据库管理系统组

17、成。该系统对身份进行认证。21 指纹采集指纹采集是指用指纹取像设备如光学取像设备、晶体传感器和超声波扫描仪采集考生的指络图像的特征数据的过程，包括指纹取像、光电转换、A/D转换、图像预处理、指纹特征提取、指纹数据压缩存储等。指纹特征是指在指纹识别系统中能够唯一反映输入对象本质的数据量。为了使指纹能够用于身份鉴别系统，指纹特征应具有保持指纹的独特性、易于进行匹配、对噪声具有一定的鲁棒性，对旋转、平移和非线性形变具有不变性和对不完整指纹具有鲁棒性等性质。22 指纹识别指纹识别的核心问题是指纹匹配的过程，即是通过对两枚指纹的比较来确定它们是否同源的过程，也就是说两枚指纹是否来源于同一个手指。传统的指

18、纹匹配有两种方式：一是基于纹理信息的匹配模式，通过纹理特征模型将图像匹配转化成模式识别的纹理匹配问题；二是基于点模式匹配，通过细节点表示为点模式，一个自动指纹识别问题就转化为点模式的匹配问题，这种方法利用指纹脊线的端点和分叉点来鉴定指纹。23 数据库系统本系统的数据库设计包括数据库本身的结构设计和信息编码的设计。数据可分为基础数据、识别特征数据、运行数据几大类。基础数据包括进出人员的基本资料、指纹采集与指纹识系统的运行参数、系统参数、职务、部门信息码的维护、人员时间与区域的进出权限等，需要对这些数据进行建立和维护，满足系统的配置和身份验证用。识别特征数据指人员的指纹特征码、照片及其模板数据，满

19、足系统运行时的身份验证用。运行数据指验证识别时产生的面像、验证记录等数据，满足事后查询用。24 系统软件系统软件由指纹采集、指纹识别系统的嵌入式运行程序和管理工作站实时监控程序和后台管理程序两个部分组成。241指纹采集、指纹识别系统的嵌入式运行程序输入正确的ID号，采集指纹；根据采集到的指纹与系统数据库或指纹识别系统中保存的指纹数据进行识别，并显示识别结果；输入/输出指纹数据；242管理工作站实时监控程序和后台管理程序查询：数据库的查询是指通过输入指纹、身份证ID或其它数据，对数据库进行查询，获得被查对象的信息的过程；通信：通信是指考试中心服务器与指纹采集设备、指纹识别设备进行通信，包括接收指

20、纹采集、指纹识别系统传来的ID号、指纹数据，指纹采集设备、指纹识别设备查询数据库中的指纹数据等。通信的方式包括TCP/IP的方式、串行通信的方式进行。系统权根管理：设置有关参数和人员进出权限的管理；数据的输入输出：指纹数据的输入输出是指纹特征数据的导入数据库和指纹数据导出数据库。指纹数据可以以文件和形式通过USB等输入/输出接口的指纹采集、指纹识别系统进行数据交换；数据库管理、维护：数据库的管理、维护包括人员的基本信息资料维护；指纹数据维护，匹配模板建立，系统参数设置、指数据库备份等管理过程。3、指纹识别系统的设计31 系统设计的指导思想 先进性：系统在满足建设方要求的同时，在系统配置、产品选

21、型等技术性能、指标上应具有一定的先进性，应选用高质量设备并有一定的冗余度，充分考虑信息社会的发展趋势，力求在相当长的时期内系统仍然具有先进性； 实用性：系统应具有实用性，操作简单、维护方便，所开发的功能简明实用； 可靠性：系统应有良好的可靠性，系统设备配置一般应为品牌成熟产品，能适应长时间连续工作； 兼容性：系统的控制主机应便于扩充和升级；各系统之间应能实现通讯与联动，以提高系统整体的使用效果； 经济性：系统应有最好的经济性，在保证上述性能的前提下，优化系统设计、提高系统的性价比。 32 系统的工作方式考试指纹识别系统脱机工作方式和联机工作方式两种工作方式。321 脱机工作方式脱机工作是指指纹

22、采集与指纹识别系统独立工作。在指纹采集时，每个指纹采集系统完成指纹图像的采集，指纹特征数据生成，在一次采集任务完成之后，将保存在指纹采集系统中的指纹特征数据通过USB接口保存在移动存储设备中，计算机工作站通过USB接口将移动存储设备中的指纹数据保存在数据中。在指纹识别时，先将采集到的指纹数据通过指纹识别系统的USB接口保存在指纹识别系统中，当考生进入考场时，采集考生的指纹信息，与事先保存在指纹识别系统中的指纹数据进行匹配识别并显示指纹识别的结果和考生信息。322 联机工作方式联机工作是指纹采集与指纹识别系统与计算机工作站联机工作。在指纹采集时，由指纹采集系统采集考生的指纹图像，生成对应的指纹特

23、征码，再通过网络传送给计算机工作站，完成指纹数据的存储。在指纹识别时，指纹采集与识别系统采集考生的指纹，同时通过网络读取数据库的指纹数据，进行识别，并显示识别结果和考生信息。两种工作方式都包含了验证和辨识，即“一对一”、“一对多”两种识别模式。验证就是通过把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对来确认身份，“一对一”识别模式要求用户输入ID号，采集了指纹后，处理生成的特征码和模板与该ID号的对应数据一对一比对和综合评判，精确判断是否其本人。“一对多”识别模式不要求输入ID号，在采集了指纹后，处理生成的特征码和模板与已保存的所有人员特征数据逐一比对，缩小比对范围后，再找出是否有

24、与被识别人相似度很高的人员，以判断该被验证人是否是合法人员，这种模式无需输入 ID号，减少了操作，方便了使用者。33 系统的拓朴结构与系统的工作方式相对应，系统的拓朴结构也分为独立结构和分布式结构两种结构。331 独立结构在脱机工作模式下，系统的结构很简单，数据库工作站和指纹采集和指纹识别系统独立工作，通过USB接口交换数据。332 分布式结构考试指纹系统的分布式拓朴结构识意图如图1所示。图1网络分布式结构分布式结构有两种组网方式，一种是基于TCP/IP通讯方式的网络结构，另一种是通过RS485串行能通信的分布式网络结构。独立结构的优点是结构简单，所需的资源少，但操作不方便。分布式结构所需的资

25、源多，系统开发难度大，但用户使用方便。4、系统设计指标41 指纹采集与识别系统如图2所示，指纹采集与指纹识别系统是集指纹的采集和指纹识别为一体，既可以用来完成考生指纹信息的采集，又可以用来完成考生指纹的识别。做为指纹图像采集器使用时，设置为采集方式。在每个考试报名点，采集每一位应考者的指纹信息，指纹图像根据考生的考号或ID压缩存储做为指纹识别系统使用时，系统设置为识别方式。当考生将指头按到指纹采集窗口时，屏幕上显示识别的情况。 图2 指纹采集与识别系统示意图性能、指标： 误识率 = 0.0001% 拒真率 = 0.01% 指纹存储容量：1500/3000枚 识别响应时间：每秒查询5000枚指纹

26、 通信接口 USB/RS232/485/TCP/IP网络接口（可选） 显示屏：LCD=128*64点阵 显示方式：汉字 采集时间 0.1S 比对方式 1：1，1：N 图像采集参数调整：自动调节各种参数，获得最佳图像； 使用次数：150万次 工作温度 -2555 工作湿度 20%60% 工作电源: 直流12V 安装方式：壁挂此外，安装、使用简便，抗干扰性强，外型设计美观，用户操作方便，稳定性好，支持24小时连续运行。42 工作站与数据库系统 工作站：PC兼容机 操作系统：Windows/Linux（可选） 数据库系统：SQL Sercive(可选)探索与试验将指纹识别技术有效的应用到考试管理中，

27、无疑会将考试管理的水平提高到一个新的高度。我们以为，条码、指纹技术在招生考试中的应用，主要应解决两个主要问题，一是指纹信息采集、指纹信息对比、指纹信息认定；二是指纹信息对比和认证，要用最短的时间来保证考生进入考场。第二个问题多年来我们一直在研究、在探索，最急需要解决的实际问题。如果不能保证考生在规定的时间内完成对比和认证进入考场（时间要求510分钟），那末，任何先进技术在考试管理中的应用都将是一句空话。在这方面，商丘、鹤壁等招生办公室做了大量的十分有益的探索和试验。商丘市招办的试验情况商丘市2006年研究生招生考试指纹验证系统从2005年11月开始定制部开发的。现场实施自2006年1月12日起

28、,至2006年1月15日结束。实施过程中，合同方派5人作为实施顾问。使用的指纹验证方式考试实施中，考试指纹验证系统是作为监考验证工具来使用的，具体的做法是：在入场口和考务办公室各放置一套指纹验证系统。在入场口，由武警战士负责初步核对考生的准考证、身份证和本人的相貌的一致性，出现不易判断的情况下，将该考生交由考试指纹验证系统来做核对，以确认真实身份，验证不通过的交由老师进一步处理；在考试进行中，若监考老师发现考生有替考嫌疑，也可以将其带至特殊性国办公室来进行验证。利用这种识别验证系统，在4场考试中，协助监考老师共验证识别了2223人次，约占考生总人数的14.01%。在入场口验证2212人次，在考

29、务办公室验证11人次。其中通过验证的有2204人次，未通过验证的是19人次；未通过的人中1人被直接认定为替考，1人在门口被劝回。在考务办公室验证过程中，有1人被指纹识别验证系统的应用吓退而翻墙逃走。计划使用的指纹验证方式原来计划的系统使用方式是，把系统安装在门口的4台计算机上，所有的考生排队依次验证通过，若不通过的考生走特殊通道，由监考老师登记并处理，即整个系统作为入场控制工具来使用。保证进入考场的每一个考生的真实身份都是和准考证一致。根据2005年12月28日在商丘师范学院测试得到的速度，每台每分钟通过106人，原计使用15套设备（每个考点5套验证系统），每个考生入场时都需要验证指纹才能进场

30、。3966人共约2540分钟左右完成。验证系统作为入场控制工具来使用，这样可以完全统计出每场到场验证人数，通过验证人数、未通过验证人数及名单。鹤壁市招办实验的情况 鹤壁市招办以上海复旦时代公司为主，开发了指纹采集、识别的计算机系统。该系统采用指纹识别算法和二维条码技术将采集到的考生基本信息、指纹、照片等个人身份图文信息资料，制作成带有二维条码的考生准考证，以便在考试时对考生身份进行认证。他们的主要做法是：对所有参加成人高招考生的指纹信息进行有效采集在成人高招报名和补报名过程中，安排在成人高招报名的所有报名站，利用指纹采集仪和专用的指纹采集软件，对所有参加成人高招考生右手中指指纹进行了有效采集。

31、并在报名结束后，对漏采指纹信息的考生指纹信息进行了补采，确保所有考生的指纹信息都得到有效采集，并把考生的指纹信息作为考生电子档案的一部分进行保存。加大宣传力度，充分发挥指纹信息的威慑作用对考生的指纹信息进行采集以后，我们利用报纸、广播、电视等各种新闻媒体进行广泛宣传，使所有考生都知道将在考试过程中使用考生指纹鉴别考生身份。利用二维条码技术，将考生的个人报名信息和指纹信息制作在准考证上，以利系统对考生身份识别、确认。考生的指纹信息采集以后，鹤壁市招办和上海复旦时代公司合作，开发了专用的准考证打印程序，利用二维条码技术，将考生的个人基本报名信息、指纹信息和图像信息制作在准考证上，这样可以将考生的指

32、纹信息与其他信息一道得以长期保存，以便利指纹技术随时鉴别考生的身份。在考生进考点时，利用计算机指纹识别系统，鉴别考生身份。由于考生准考证上已经包含了考生指纹信息，这样在考生凭准考证进入考场的过程中，就可以通过仪器确认考生的身份。在当年成人高招考试过程中，鹤壁市招办选择了一个专升本考点，利用二维条码识别仪和专用的识别比照软件，在考生进入考点时对考生进行身份确认实验。在考场内对所有参加考试的考生指纹进行二次采集，以便在技术上与考生报名时的指纹进行校对。考虑到技术的原因和一些特殊情况，也为了探索指纹技术应用的其它途径，鹤壁市招办对容易产生替考的科目，在考场内对所有参加考试的考生指纹进行二次采集，以便发生可疑情况时与考生报名时的指纹进行校对。4、探索与实验的效果