居民身份證登記指紋信息技術(shù)分析

劉琳 張鵬 歐陽暉 公安部第一研究所

2011年10月29日，第十一屆全國人大常委會第二十三次會議通過了《全國人民代表大會常務(wù)委員會關(guān)于修改〈中華人民共和國居民身份證法〉的決定》，新修訂的《中華人民共和國居民身份證法》規(guī)定，公民申請領(lǐng)取、換領(lǐng)、補領(lǐng)居民身份證時，應(yīng)當(dāng)?shù)怯浿讣y信息。

居民身份證登記指紋信息，需要對現(xiàn)行的制發(fā)證體系和流程進行升級，從業(yè)務(wù)上涉及派出所、各級戶政部門以及制證中心（所）等部門，從技術(shù)上涉及指紋識別算法和指紋采集器評測選型、標(biāo)準(zhǔn)制修訂、流程設(shè)計等方面的工作。為此，非常有必要對居民身份證登記指紋信息的關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)框架和技術(shù)方案進行了研究和分析。

一、關(guān)鍵技術(shù)

居民身份證登記指紋信息采用了自動指紋識別技術(shù)，這是目前所有生物特征識別技術(shù)中發(fā)展最穩(wěn)定和最成熟的技術(shù)。這種技術(shù)是根據(jù)人的指紋具有唯一性和穩(wěn)定性這一特點，采用計算機自動提取指紋特征數(shù)據(jù)后，將其存儲在居民身份證專用芯片中，用于“人證同一性認(rèn)定”。自動指紋識別技術(shù)主要由指紋識別算法和指紋采集兩大技術(shù)組成。

（一）指紋識別算法

指紋識別算法是影響指紋識別準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，它包括指紋圖像增強、特征提取、特征匹配、圖像壓縮等，其性能優(yōu)劣直接影響居民身份證登記指紋信息技術(shù)的適用性和準(zhǔn)確性。

指紋識別算法的主要技術(shù)指標(biāo)有注冊失敗率、等錯誤率、錯誤拒絕率和錯誤接受率。注冊失敗率反映的是適用性，等錯誤率、錯誤拒絕率和錯誤接受率反映的是準(zhǔn)確性。指紋識別算法性能的優(yōu)劣主要用一定注冊失敗率下的等錯誤率來衡量，等錯誤率越低，指紋識別算法性能越好。

一般而言，不同指紋識別算法對指紋圖像的處理方法存在差異，相互間不兼容，但在統(tǒng)一指紋特征提取標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，可以有多種比對方法。因此，居民身份證使用的指紋識別算法分為指紋登記算法和指紋應(yīng)用算法，登記算法統(tǒng)一使用一種，用于指紋采集、制證；應(yīng)用算法可使用多種，用于驗證時的指紋比對。

（二）指紋采集

指紋采集是影響指紋圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，指紋采集是通過指紋采集器來完成的。指紋采集器的主要技術(shù)指標(biāo)有圖像分辨率、畸變、灰度等級、動態(tài)灰度范圍等。

目前市場上指紋采集器種類繁多，技術(shù)參數(shù)參差不齊，應(yīng)用廣泛的主要有光學(xué)式和半導(dǎo)體式兩類。光學(xué)式指紋采集器采集窗口尺寸較大、分辨率較高，但容易產(chǎn)生畸變；半導(dǎo)體式指紋采集器采集窗口較小、畸變較小，但動態(tài)灰度范圍小。

因為不同類型指紋采集器的主要技術(shù)指標(biāo)存在一定差異，所以同一人群使用同一指紋識別算法，在不同類型指紋采集器上的識別準(zhǔn)確率也會存在一定差異。為減少這一差異，需要對指紋采集器的上述主要技術(shù)指標(biāo)進行規(guī)范統(tǒng)一。

二、業(yè)務(wù)流程

現(xiàn)行的居民身份證制發(fā)流程在總體架構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)登記指紋信息證件的制作，但在信息采集、數(shù)據(jù)交換、證件制作、發(fā)證、核驗等具體環(huán)節(jié)，均需改進或擴展，以適應(yīng)登記指紋信息后的居民身份證制發(fā)。

居民身份證登記指紋信息的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

派出所或辦證大廳等受理點負(fù)責(zé)居民身份證申領(lǐng)受理和證件發(fā)放，包括申領(lǐng)登記、戶籍信息核對、人臉相片信息采集、指紋信息采集、制證信息上傳等；縣、市、省各級公安戶政部門負(fù)責(zé)制證信息的審核、簽發(fā)、合成、打包、調(diào)度、對賬、傳輸、反饋等；?。ㄊ校┲谱C中心（所）負(fù)責(zé)制證信息的接收、數(shù)據(jù)處理、技術(shù)制證、成品質(zhì)檢入庫、制證質(zhì)量反饋等；公安部密鑰中心負(fù)責(zé)居民身份證密鑰派發(fā)；公安部第一研究所負(fù)責(zé)提供制證用卡體材料。

三、系統(tǒng)框架

居民身份證登記指紋信息工作是一項龐大的系統(tǒng)工程，證件的受理、發(fā)放，指紋信息的采集、傳輸、存儲、應(yīng)用等都要依托人口信息管理系統(tǒng)?？紤]到各地的人口信息管理系統(tǒng)版本和建設(shè)模式較多，升級改造需求復(fù)雜，實施周期長，人口信息管理系統(tǒng)升級改造采取以下過渡策略：

現(xiàn)有信息受理：包括申領(lǐng)登記、戶籍核驗、人臉相片采集，維持現(xiàn)有的居民身份證受理方式；

指紋采集：是新增加的前端系統(tǒng)，用來完成申領(lǐng)人的指紋信息采集、上傳等；

現(xiàn)有人口系統(tǒng)：用來接收、處理現(xiàn)有受理信息，維持現(xiàn)有的人口信息管理方式；

省級指紋信息管理系統(tǒng)：是新增的系統(tǒng)，用來接收、合成現(xiàn)有受理信息和指紋信息，傳輸至制證信息管理系統(tǒng)；

制證信息管理系統(tǒng)：是在現(xiàn)有流程不變的基礎(chǔ)上，增加指紋信息處理功能；

數(shù)字安全防偽系統(tǒng)：是在現(xiàn)有數(shù)字安全體系下，增加指紋信息寫入、讀出功能；

發(fā)證核驗系統(tǒng)：是在現(xiàn)有的發(fā)證核驗基礎(chǔ)上，新增領(lǐng)證人的指紋信息核驗。

四、技術(shù)路線

居民身份證使用的人群多、應(yīng)用面廣，登記指紋信息要解決特殊人群的指紋采集、確定技術(shù)指標(biāo)及測試方法、不同類型指紋采集器互用、指紋識別算法選型、在身份證使用有效期內(nèi)的指紋比對準(zhǔn)確性等諸多技術(shù)問題。

公民在辦理申領(lǐng)、換領(lǐng)、補領(lǐng)居民身份證手續(xù)時，受理點依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范，使用集成了指紋識別算法和指紋采集器的采集系統(tǒng)，采集左右手拇指兩枚平面指紋，經(jīng)數(shù)字化為指紋特征數(shù)據(jù)和壓縮圖像數(shù)據(jù)，通過人口信息管理系統(tǒng)傳輸至居民身份證制作中心（所），將指紋特征數(shù)據(jù)用于制證，存入證件芯片；將指紋特征數(shù)據(jù)和壓縮圖像數(shù)據(jù)存入指紋數(shù)據(jù)庫，用于查詢。

公民在辦理領(lǐng)取居民身份證手續(xù)時，受理點使用集成了指紋識別算法、指紋采集器和居民身份證閱讀機具的指紋核驗系統(tǒng)，進行指紋比對。

（一）指紋采集

居民身份證指紋采集如圖2所示：

正常情況下采集右手拇指和左手拇指二枚平面指紋，當(dāng)拇指出現(xiàn)異常情況時，按照食指、中指、環(huán)指、小指的順序替補采集，記錄“注冊結(jié)果”和“指位”信息。同一手指采集三幅指紋圖像數(shù)據(jù)，其質(zhì)量值均應(yīng)大于圖像質(zhì)量門限值；交叉循環(huán)比對三幅指紋圖像數(shù)據(jù)，其平均比對相似度值應(yīng)大于比對質(zhì)量門限值；取三幅指紋圖像中數(shù)據(jù)質(zhì)量最高者作為指紋原始圖像數(shù)據(jù)，提取特征生成指紋特征數(shù)據(jù)，壓縮生成指紋圖像數(shù)據(jù)；指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)與指紋原始圖像數(shù)據(jù)比對相似度值應(yīng)大于壓縮質(zhì)量門限值。

大部分人手指的指紋圖像質(zhì)量符合特征提取要求，少部分人因脫皮、過濕、過干、污損等原因?qū)е轮讣y圖像質(zhì)量差，不符合特征點提取的要求，極少部分人因殘疾等原因無法采集指紋。根據(jù)這種情況，指紋注冊按手指分為注冊成功、注冊失敗和未注冊三類狀態(tài)。注冊成功是指公民登記指紋信息時，能夠采集其手指的指紋圖像，圖像質(zhì)量符合特征提取要求；注冊失敗是指公民登記指紋信息時，能夠采集其手指的指紋圖像，但圖像質(zhì)量不符合特征提取要求；未注冊是指公民登記指紋信息時，因手指殘疾等多種原因無法采集其手指的指紋圖像。指紋注冊按人分為注冊成功和注冊失敗兩個結(jié)果。注冊成功是指公民登記指紋信息時，至少一枚手指注冊成功；注冊失敗是指公民登記指紋信息時，無一枚手指注冊成功。綜合以上所述，指紋注冊可歸納為以下六種情形：一是兩枚手指注冊成功，二是一枚手指注冊成功且一枚手指注冊失敗，三是一枚手指注冊成功且一枚手指未注冊，四是兩枚手指注冊失敗，五是一枚手指注冊失敗且一枚手指未注冊，六是兩枚手指未注冊。

注冊成功的手指生成指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)和指紋特征數(shù)據(jù)，注冊結(jié)果為“注冊成功”；注冊失敗的手指生成指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)，注冊結(jié)果為“注冊失敗”，指紋特征數(shù)據(jù)記錄成特殊字符；未注冊的手指注冊結(jié)果為“未注冊”，無指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)，指紋特征數(shù)據(jù)記錄成特殊字符。

采集完成后，清除指紋原始圖像。

公民登記的指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)與指紋特征數(shù)據(jù)一起存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)?shù)怯浿讣y信息的居民身份證在應(yīng)用比對中發(fā)生糾紛時，存儲的指紋壓縮圖像數(shù)據(jù)能提供追溯、判定的依據(jù)。

（二）指紋比對

根據(jù)采集結(jié)果，登記了指紋信息的居民身份證分為指紋采集成功和指紋采集失敗，指紋采集成功的居民身份證可進行指紋比對，指紋采集失敗的居民身份證不能進行指紋比對。

指紋采集成功的居民身份證指紋比對如圖3所示：

使用指紋應(yīng)用算法，預(yù)設(shè)比對門限值。驗證時，居民身份證閱讀機具讀出證載指紋特征數(shù)據(jù)，顯示注冊結(jié)果和指位信息。根據(jù)手指指位信息，指紋采集器采集持證人該指位的指紋原始圖像。將持證人的指紋原始圖像與證載指紋特征數(shù)據(jù)進行比對，比對相似度值不小于比對門限值為比對成功，否則為比對失敗。

比對完成后，清除指紋原始圖像。

（三）技術(shù)指標(biāo)

居民身份證登記指紋信息的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

1．指紋采集器的圖像分辨率為500dpi，畸變不大于2%，灰度等級為256，動態(tài)灰度范圍不小于150；

2．每枚指紋的圖像尺寸寬為256像素、高為360像素，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)5倍壓縮后不大于20K字節(jié)，特征數(shù)據(jù)為512字節(jié)；

3．指紋注冊失敗率不大于5%，等錯誤率不大于0.1%。錯誤拒絕率為0.5%時，錯誤接受率不大于0.05%。

五、結(jié)束語

居民身份證登記指紋信息，通過技術(shù)手段客觀上解決了“人證同一性認(rèn)定”的問題。同時，這項工作能有效防范冒用他人居民身份證以及偽造、變造居民身份證等違法犯罪行為的發(fā)生，更好地保護公民合法權(quán)益和社會公共利益免受不法侵害，有利于金融、電信、交通、教育、醫(yī)療等用證單位更加快速、準(zhǔn)確地甄別持證人身份，為公民參加社會、經(jīng)濟活動提供更好的服務(wù)，有助于加快推進國家的社會誠信體系建設(shè)。

[1]盧朝陽,張崗山,劉琳．指紋識別系統(tǒng)性能評價方法．西安電子科技大學(xué)學(xué)報[J], 2002, 29(6): 804-808.

[2]居民身份證指紋采集比對技術(shù)方案．公安部居民身份證登記指紋信息領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室, 2012(5).

[3]GA/T 1011-2012 居民身份證指紋采集器通用技術(shù)要求.

[4]GA 1012-2012 居民身份證指紋采集和比對技術(shù)規(guī)范.

[5]GA/T 894.6－2010 安防指紋識別應(yīng)用系統(tǒng) 第6部分：指紋識別算法評測方法.

[6]田捷,楊鑫．生物特征識別理論與應(yīng)用．清華大學(xué)出版社,2009(3).