14、大规模指纹系统的系统工程：原理与实践

大规模指纹系统的系统工程：原理与实践

1. 引言

指纹系统在识别和验证个人身份方面发挥着重要作用。系统规模因应用而异，从不到 1000 人的小规模到可能达数百万的大规模。大规模指纹系统具有文件量大和性能要求高的特点，当前较大的系统可存储约 4000 万人的指纹文件，每天处理数以万计的搜索请求。

指纹系统应用主要分为两类：
- 识别系统：使用指纹将个人与群体中的唯一身份匹配，执法机构已使用该系统超 100 年（计算机应用仅 30 年）。
- 验证系统：借助指纹和唯一标识符验证个人身份，由新的指纹传感器推动，用于身份验证、访问控制等场景。

指纹系统比较指纹中的时间不变特征，主要有 Galton 特征（细节点）、指纹分类特征和脊线拓扑三种。早期指纹通过油墨和纸张收集，有滚动指纹和平板指纹两种方式。如今，卡扫描仪将纸质卡片转换为数字图像，自动图像处理技术提取特征，标准的小波标量量化（WSQ）图像压缩方法便于存储和传输。实时扫描技术无需油墨和纸张，可直接捕获指纹图像，推动了电子商务、电子医疗记录访问等新应用的发展。

2. 指纹系统工程

系统工程始于确定利益相关者的需求和期望，工程师据此制定系统要求。对于复杂系统，需开发架构和设计子系统，将系统功能分解为更小部分，评估各部分如何协同工作以满足系统要求。

2.1 系统描述

指纹系统主要有一对一系统和一对多系统：
- 一对一系统：属于验证系统，将个人提交的搜索指纹与相应的文件指纹进行比较，以确定是否匹配。个人使用唯一标识符声明身份，系统从数据库中检索文件指纹。
- 一对多系统：属于识别系统，尝试将搜索指纹与系统中所有相似