CN104050470A - 警用指纹专案排查器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动指纹识别系统中的图像采集和匹配，属数字图像处理和模式识别领域，适合嵌入式自动指纹识别系统中的光学采集图像和现场指纹图像的匹配过程。本发明工作原理：把现场指纹通过PC软件导入到排查器，侦查员手持排查器，对符合排查条件的人员进行快速摸排，比对上犯罪嫌疑人指纹时排查器震动报警，可即时抓获嫌疑人。通过应用证实，本发明研究出了一种便携式手持指纹比对设备，解决了自动指纹识别系统拒识率过高的问题，解决了光学指纹图像与现场指纹图像的非同源指纹的自动识别问题，对公安机关利用指纹侦查破案起到了极大的推动作用。

Description

警用指纹专案排查器

陈大海

所属技术领域：本发明涉及自动指纹识别系统中的图像采集和匹配，属于数字图像处理和模式识别领域，适合于嵌入式自动指纹识别系统中的光学采集图像和现场指纹图像的匹配过程。

背景技术：当前，刑侦大库指纹识别技术仍处于半自动状态，指纹识别系统软件是以指纹之间的相似度来打分进行排序的，技术人员根据排序结果，从前往后，人工逐一进行检验鉴定。这种工作方式面临两问题：一是指纹的排查速度很慢，需要等技术人员鉴定后才能反馈；二是刑侦指纹库容在不断扩大，现场指纹库容也在不断扩大，如果指纹的排序不靠前，可能就无法进入到人工检验的范围，容易造成指纹检索遗漏。如果现场提取有指纹，作案人没有前科或者不符合录入指纹条件，库中没有该人指纹，都无法检索破案。对于刑侦指纹库不能检出的指纹，在专案侦查中，作为重要的犯罪证据，还必须使用。公安机关在实际办案中，往往由侦查员携带指纹捺印设备，对侦查范围内所有符合排查条件的人员进行指纹采集。采集到的指纹，一种情况是再入大库和本案件现场指纹比对，另一种情况就是技术员人工对排查提取的指纹进行鉴定。由于侦查员不具备鉴定指纹的能力，对于符合排查条件的嫌疑人，只能采集其指纹，等待技术人员的鉴定结果。在此过程中，源源不断地大批量的指纹需要鉴定，加大了技术人员的工作强度，给技术人员带来了巨大的工作压力，容易导致其鉴定结果的失误。

事实上，侦查员排查捺印犯罪嫌疑人指纹的同时，大多数情况下也惊动了犯罪嫌疑人，待比对结果出来的时候，容易导致犯罪嫌疑人出逃，随之而来的是普天盖地的抓捕过程和大笔的追逃工作开支。

为此，非常需要一种能够适用侦查员随身携带，依靠电池供电的即时指纹比对设备，在提取指纹的同时，全自动完成指纹识别，以报警的方式让侦查员直接抓获犯罪嫌疑人，使侦查员都变为能够现场识别指纹的技术员。这种设备需要具有小型轻便的特点，具有储存指纹，采集指纹和自动比对指纹的三大基本功能。

发明内容：本发明提出的警用指纹专案排查器(以下简称：排查器)，是内有嵌入式自动指纹识别系统，方便携带的手持指纹比对设备，可以对侦查范围内符合排查条件的人进行筛选，发现犯罪嫌疑人。当排查器比对上犯罪嫌疑人时，会以震动方式通知侦查员，可即时抓获犯罪嫌疑人。

排查器是由上位机软件和手持机两部分组成。上位机软件负责把符合标准的现场指纹图像通过Micro USB连线，导入排查器中，供侦查员排查使用。侦察员无需培训即可掌握使用。对于比对上的指纹，排查器能够自动获取嫌疑人的指纹图像，该图像和比对结果可以从排查器PC软件中读取。

1.排查器技术方案

排查器由上位机软件和手持设备组成，手持设备内有嵌入式自动指纹识别模块(简称指纹模块)。上位机软件和手持设备之间通过USB接口进行通讯。

上位机软件负责把现场不同规格大小，不同分辨率的数字指纹图像，统一转换为可供指纹模块使用的标准指纹图像，通过USB数据线，采用通用总线控制协议完成数据交互，可以向手持设备传输图像，可以用手持设备采集图像，可以读取手持设备匹配成功的纪录，可以给手持设备固件升级。

手持设备的指纹模块由指纹采集器、指纹识别模块和功能模块组成。手持设备由锂聚合物电池供电，仅有一个按钮，起到开关和唤醒作用。手持设备能够存储最多500枚现场指纹图像，当指纹匹配成功时，以振动方式报警，自动储存匹配成功的指纹图像供上位机软件读取。

1)系统功能及技术要求

①功能：本产品的功能主要包括：后台处理和任务生成(具体由上位机完成)、任务的下载与激活、现场排查等过程。

A.后台处理和任务生成(附图1)：

刑侦技术人员在案发现场提取指纹证据后，按下列顺序进行：

使用通用图像处理软件对现场指纹图像进行修复(修补指纹粘连纹线)、剪裁(转换到适合后台管理软件处理的格式)；

图像格式为：320×320；

图像格式：8-bit灰度图像；

图像分辨率：大于500DPI；

图像特征点数(目测)：大于6个；

B.任务下载、激活与任务确认(附图2)：

通过USB接口和保存有排查任务的计算机相连，打开排查器电源，计算机自动识别设备；

打开管理软件，选中排查任务后下载至排查终端设备中，完成下载任务后，管理软件弹出菜单提示下载成功；

下载完成后，拔出设备，开机自检，若有任务则排查器进入任务激活状态，若无任务排查终端进行声光提示。

C.现场排查过程(附图3)

排查器为便携式设备，用于现场指纹的比对，使用排查器的过程如下：

当长按排查器电源开关3秒，手持式设备从关机状态先进行系统自检，然后随即进入正常使用状态。

自检状态：

红、绿灯同时闪烁三次，当听到蜂鸣器“滴——”一声“滴”蜂鸣表示系统自检通过，且表明设备已下载正确的任务文件，同时指纹头窗口亮起，指示进入等待指纹采集状态；若在自检过程中听到持续的“长音”，表明自检未通过，或设备任务文件为空。

自检完成后进入正常使用过程。

正常使用状态：

当指纹按下后，听到短促“滴、滴”两声蜂鸣，同时指纹头熄灭，表示图像采集有效，若振动器开始持续震动，双灯同时点亮，表明结果认定(发现疑犯)，直至再次按下电源开关，关机；若振动器未震动，指纹窗口会再一次亮起，表明结果否定(未发现疑犯)，等待输入下一枚指纹。

若10秒没有指纹采集，系统自动进入休眠状态。

电池充电和欠压报警：

无论设备插入220V、车载适配器，还是PC USB，电池都会进行充电，充电时红色指示灯常亮，电池充满后红灯熄灭，绿灯点亮。在设备开机后的任何时候，如果电池电量小于警告值，则红色指示灯持续闪烁，并伴随蜂鸣器提示。

②用户接口

光学采集平面：按捺指纹，同时在CMOS阵列上成像；

Micro USB口用于：数据通信和充电；

电源开关用于：电源管理(在设定时间内无操作会自动断电)；

红色指示灯用于：指示充电、系统自检和电压不足、结果认定；

绿色指示灯用于：指示系统自检、正常待机、与PC通讯和指纹比对等过程正在进行；结果认定；

蜂鸣器用于：提示状态信息；

振动器用于：提示排查结果认定(发现疑犯)。

③供电系统

标准电池外形(按照NOKIA手机通用电池尺寸设计)；

大容量可充电锂聚合物电池，电池容量不小于1300mAh。电池充放电次数大于1000次；

支持USB充电，支持车载充电、220V交流充电和手机电池原有充电方式；

支持电池低压报警(红指示灯闪烁并伴随蜂鸣器提示)；

电池充满后可以使用3000次以上比对；

采用系统唤醒设置，节省待机电耗。

主要技术指标：

①便携、接口完善，指示灯齐全、可充电：排查器要求体积小，可以手持，具有便携的卡扣；micro USB免驱接口，认定、排除、重新比对和耗电指示灯；电池可充电，待机时间超过100小时，连续工作时间超过8小时，可车载充电。单键设计，便于用户操作。

②排查用的指纹识别算法能够最大程度地不遗漏犯罪嫌疑人：误识率小于0.1‰，拒识率大于0.1‰，特征模板中的匹配用特征数不低于6个，匹配过程中要求自动形成指纹模板，自动完成匹配，内存自动释放模板等自动完成指纹识别的全过程。

③PC机软件，能够辅助公安系统的技术人员对现场采集的指纹进行处理，并输入到排查器中。

2)系统实现

①系统结构和硬件描述

系统由上位机软件管理系统和排查器终端组成，如图4、5所示。

②软件结构(各单元或模块结构)

软件主要包括：指纹核心算法及指纹头数据采集控制部分、主控软件部分。主控软件部分可以分为：任务下载与激活部分和现场排查过程部分。

通过标准通用串行总线协议(USB)来完成。

USB接口采用免驱接口，将排查器插入计算机USB口后，计算机自动识别并装载对应的驱动程序。

在排查器相配套的功能软件中，可以实现对排查器存储数据的读写，读写所得的指纹相关数据也可以在软件中查询到。

这里涉及到上位机与排查器之间的USB数据通信，通信的内容包括：

A.连接测试：用于测试上位机与排查器之间的通信是否畅通。

B.下载指纹库：在上位机的数据后台处理完成并生成任务后，需要将数据下载到每一台排查器，并激活该台排查器的排查任务。

C.上载指纹库：在上位机需要对排查器的指纹库数据进行检查或对比对结果进行确认的时候，就需要从排查器读取相关数据。

指纹库指纹的存储格式要求：

A.排查器最多可以存储500组指纹信息，每组指纹信息包含一个指纹图像特征点二进制文件。

B.针对每组指纹信息进行编号，该编号由上位机完成，作为上位机与排查器进行数据操作时的索引号和标识。

2.排查器的低拒识率特点

自动指纹识别系统的识别率由误识率和拒识率组成。通常算法的误识率可以达到1/1000000，拒识率却仅有5％。即使误识率降低到0.1‰，通过率也难到达3％。其原因是部分人员的指纹存在脱皮、皱褶等，影响算法性能。

1)改进了预处理算法

指纹图像的预处理就是把灰度的指纹图像通过滤波等环节处理，去除图像中的噪声影响，分辨图像的纹理结构，完成适合计算机读取的细化图像。原有的预处理算法，以Gabor滤波为主，存在的主要问题是方向场不够连续、精准，分割区域不准确，Gabor滤波器，受频率精度算法的影响，容易将一条粗线滤波为两条细线，两条细线合并为一条粗线，更容易将小棒类的特征滤波消失，造成虚假或者缺少的指纹特征等。改进的非线性扩散滤波方法，能够方向场精确到像素级，分割区域精准，迭代滤波效果好，可以真实反映特征点的相关信息。

2)改进的匹配算法

自动指纹识别算法的特征点主要包括特征点的坐标、方向、类型等信息，利用这些信息通过图像的旋转和平移进行匹配，在通过率方面很难提高。在改进预处理算法的基础上，提取特征的同时，提取特征点之间的关系，利用这些关系进行指纹匹配，可以极大地提高指纹识别的通过率。

3)改进光学指纹采集器

光学指纹采集器具有经久耐用，抗静电等优点，但在形成图像方面，或多或少的存在图像畸变的现象。因此，为了解决图像变形的问题，在采集器选型上，一是选定了大窗口指纹采集器，窗口尺寸达到了20×23mm。二是选定了输出图像与原指纹尺寸必须是1∶1的采集器。三是对采集器图像畸变的一致性进行确认。

在此基础上，采用指纹图像畸变校正算法，使光学指纹采集器采集的指纹图像，与在白纸上捺印得到的指纹图像，同一部位的特征点位置偏差在500dpi条件下，小于5个像素。

通过上述改进，排查器性能在误识率为0.1‰条件下，拒识率达到0.1‰。

摸底排队作为公安机关的重要侦查手段，在利用指纹进行排查工作时，突出的问题是不能遗漏犯罪嫌疑人。通过算法的改进，排查器达到上述指标，可以满足侦查机关办案的实际需求。

附图说明：

图1.警用指纹专案排查器后台处理任务流程；

图2.警用指纹专案排查器任务下载流程；

图3.警用指纹专案排查器工作状态图；

图4.警用指纹专案系统结构图；

图5.警用指纹专案排查器外观设计图；

图6.警用指纹专案排查器内部结构图；

图7.警用指纹专案排查器使用流程

图8.警用指纹专案排查器实际应用图。

具体实施方式：

现结合附图6、7、8对本发明作进一步描述：

本发明上位机运行的软件环境是：Window XP/Window7，用C程序设计语言开发，使用浙江琦星电子有限公司生产的OPT20光学指纹采集器，用于实施的硬件环境是：ARC平台上，CPU：SMK750(core ARC600)，144MHz，SDRAM2MByte内存，实现了本发明提出的方法。

Claims (7)

1.警用指纹专案排查器，其特征在于：由上位机软件和手持设备组成，上位机软件负责把现场不同规格大小，不同分辨率的数字指纹图像，统一转换为可供手持设备指纹模块使用的标准指纹图像，通过USB数据线，采用通用总线控制协议完成数据交互，可以向手持设备传输图像，可以用手持设备采集图像，可以读取手持设备匹配成功的记录，可以给手持设备固件升级。

2.警用指纹专案排查器，其特征在于：手持设备以震动和指示灯闪烁方式报警，表示指纹匹配成功。

3.警用指纹专案排查器，其特征在于：误识率可以提高到0.1‰，拒识率很低，可以达到0.1‰。

4.警用指纹专案排查器，其特征在于：手持设备具有多种充电方式，支持车载充电、220V交流充电和手机电池原有充电方式。

5.警用指纹专案排查器，其特征在于：系统自动休眠的节电方式和触碰开关自动唤醒的工作状态。

6.警用指纹专案排查器，其特征在于：手持设备仅有一个按键，起到开关设备和唤醒系统作用。

7.警用指纹专案排查器，其特征在于：手持设备中的嵌入式自动指纹识别系统，设备具有存储现场指纹功能，自动实现比对功能。