居民身份證登記指紋的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

居民身份證登記指紋的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

社會(huì)上應(yīng)用自居民身份證信息確認(rèn)和指紋工作開(kāi)展以來(lái)，已制定并公布了5億多張居民身份證（以下簡(jiǎn)稱“指紋證書(shū)”）信息。隨著指紋證發(fā)放數(shù)量的累積，社會(huì)各用證部門和單位也逐步試點(diǎn)使用指紋比對(duì)核驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行“人證一致性”驗(yàn)證，指紋證即將在社會(huì)上廣泛使用，這對(duì)指紋圖像采集質(zhì)量提出了很高要求。為全面認(rèn)識(shí)、掌握并提高各省的居民身份證指紋圖像采集質(zhì)量，更好地滿足指紋證社會(huì)應(yīng)用需要，有必要對(duì)指紋圖像質(zhì)量的影響因素進(jìn)行定性和定量的分析。一、圖像采集質(zhì)量的影響根據(jù)指紋學(xué)和指紋比對(duì)技術(shù)相關(guān)研究，影響指紋比對(duì)應(yīng)用效果的主要因素是指紋圖像的采集質(zhì)量。從2013年開(kāi)始，公安部第一研究所組織有關(guān)專家針對(duì)證件指紋圖像質(zhì)量評(píng)分規(guī)則、方法、工具進(jìn)行了專門的研究（一）季節(jié)因素的收集某省的指紋圖像質(zhì)量明顯受季節(jié)因素影響很大，五月至十月的指紋圖像質(zhì)量均值普遍高于全國(guó)均值，也高于冬季的十一月至二月。（二）年齡以上的指紋圖像質(zhì)量被采集人群在16至25歲年齡段的指紋圖像質(zhì)量最好，26至45歲年齡段的指紋圖像質(zhì)量次之，46歲以上中老年人的指紋圖像質(zhì)量再其次，小于15歲未成年人的指紋圖像質(zhì)量最差。被采集人群性別、民族因素對(duì)指紋圖像質(zhì)量沒(méi)有明顯影響。（三）電容型設(shè)備質(zhì)量比的比較某省的采集設(shè)備類型包括光學(xué)型和電容型兩種，為了比較兩種設(shè)備類型與指紋質(zhì)量的相關(guān)性，均選取對(duì)應(yīng)設(shè)備使用期間和采集人次的四分位數(shù)進(jìn)行比較。總體來(lái)看，電容型設(shè)備的質(zhì)量評(píng)分普遍高于光學(xué)型，但采集質(zhì)量沒(méi)有光學(xué)型穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)某省所有類型采集設(shè)備的使用期間和采集人次統(tǒng)計(jì)，指紋圖像質(zhì)量均值和方差，與使用期間的長(zhǎng)短呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)，與采集人次的多少呈現(xiàn)出輕微的負(fù)相關(guān)，即使用時(shí)間更長(zhǎng)的設(shè)備采集的指紋圖像質(zhì)量更低。（四）訪問(wèn)頻率因素的影響采集指位因素對(duì)指紋圖像質(zhì)量的影響非常明顯，從拇指到小指的指紋圖像質(zhì)量依次降低。二、證指紋圖像質(zhì)量評(píng)分的定量分析采用多元線性回歸方法對(duì)某省居民身份證指紋圖像質(zhì)量評(píng)分進(jìn)行定量分析，回歸方程用于解釋在指紋圖像質(zhì)量評(píng)分結(jié)果中，各種影響因素對(duì)評(píng)分的定量影響程度。（一）建立線性回歸模型研究一個(gè)因變量、與兩個(gè)或兩個(gè)以上自變量的回歸，稱為多元線性回歸，是反映一種現(xiàn)象或事物的數(shù)量依多種現(xiàn)象或事物的數(shù)量的變動(dòng)而相應(yīng)變動(dòng)的規(guī)律，是建立多個(gè)變量之間線性或非線性數(shù)學(xué)模型數(shù)量關(guān)系式的統(tǒng)計(jì)方法。多元線性回歸方程如下：其中：Y（二）傳統(tǒng)的多元回歸模型求解方法多元線性回歸分析是一種廣泛使用的定量分析工具，線性依賴于其未知參數(shù)的模型比非線性依賴于其未知參數(shù)的模型更容易擬合，產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)特性更容易確定，其回歸結(jié)果便于評(píng)判和解釋。對(duì)多元非線性回歸模型求解的傳統(tǒng)做法，仍然是想辦法把它轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)線性形式的多元回歸模型來(lái)處理。因此多元線性回歸分析對(duì)于非線性關(guān)系同樣適用，回歸結(jié)果的可決系數(shù)R（三）指紋質(zhì)量數(shù)據(jù)及圖像樣本結(jié)合上一部分對(duì)指紋圖像采集質(zhì)量影響因素的定性分析結(jié)論，本文對(duì)某省15,016,845個(gè)指紋圖像進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和整理，選取多個(gè)影響因素的自變量，得到用于分析導(dǎo)致指紋圖像質(zhì)量降低原因的樣本數(shù)據(jù)。（四）實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.理想的多元線性回歸模型多元線性回歸的平方和分解公式為：其中，SST：總平方和；SSR：回歸平方和；SSE：誤差平方和。由上式可知，理想中的多元線性回歸模型既需要有盡可能低的誤差，又需要有盡可能少的自變量。因此，篩選自變量采用一元線性回歸的方法，選取可決系數(shù)R通過(guò)對(duì)篩選后的變量進(jìn)行線性回歸，可以得到第一次回歸結(jié)果。2.多重共線性檢驗(yàn)采用觀察回歸結(jié)果的異常點(diǎn)并結(jié)合相關(guān)系數(shù)的方法來(lái)判斷回歸結(jié)果是否出現(xiàn)多重共線性。T檢驗(yàn)的顯著性水平一般取0.05。觀察表2得到的回歸結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可決系數(shù)R如果多個(gè)變量之間存在較強(qiáng)的共線性，則它們的回歸系數(shù)是不確定的，且回歸系數(shù)的方差會(huì)很大，也就是回歸結(jié)果不確定。因此，需要采取多種方法減輕或消除多重共線性問(wèn)題。經(jīng)觀察相關(guān)系數(shù)矩陣發(fā)現(xiàn)，多個(gè)自變量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。3.嶺回歸方法的選擇為了降低或消除多元線性回歸中的多重共線性影響，本文采用計(jì)算自變量關(guān)聯(lián)矩陣的特征值和特征向量，以及加入L2范數(shù)懲罰項(xiàng)的嶺回歸方法，剔除自變量并優(yōu)化最終回歸結(jié)果。對(duì)于嶺回歸過(guò)程采用生成并觀察嶺跡圖來(lái)選擇超參數(shù)alpha的方法?；驹瓌t為：(1）各回歸系數(shù)的嶺估計(jì)基本穩(wěn)定；(2）不存在有明顯不符合常理的回歸參數(shù)，嶺估計(jì)的符號(hào)要合理；(3）回歸系數(shù)沒(méi)有不合實(shí)際意義的絕對(duì)值；(4）殘差平方和增大不多。根據(jù)以上原則，最終確定嶺回歸超參數(shù)alpha=104.最終回歸的結(jié)果通過(guò)多次處理并明顯降低了多重共線性的影響后，最終得到在指紋評(píng)分區(qū)間內(nèi)的回歸結(jié)果。該結(jié)果共包括27個(gè)自變量，回歸的可決系數(shù)R（五）采集設(shè)備廠商編碼通過(guò)對(duì)某省居民身份證指紋圖像采集質(zhì)量數(shù)據(jù)的多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)：(1）與指紋質(zhì)量評(píng)分負(fù)相關(guān)的因素主要是采集開(kāi)始時(shí)間距現(xiàn)在天數(shù)，即采集器啟用的越早，指紋質(zhì)量評(píng)分會(huì)逐步降低。(2）在采集設(shè)備方面，與指紋質(zhì)量評(píng)分負(fù)相關(guān)的因素主要是采集設(shè)備廠商編碼和采集設(shè)備型號(hào)。采集設(shè)備廠商編碼是一個(gè)9位的數(shù)字串，按認(rèn)證通過(guò)時(shí)間頒發(fā)，從小到大；采集設(shè)備型號(hào)與采集設(shè)備廠商相關(guān)(3）從被采集人角度來(lái)看，與指紋質(zhì)量評(píng)分負(fù)相關(guān)的因素主要是采集年齡≤10歲、采集年齡≥36歲且≤45歲、采集年齡≥66歲的人群。這三類人群的指紋采集數(shù)量越多，質(zhì)量評(píng)分越低。(4）體現(xiàn)季節(jié)因素的采集時(shí)間，與指紋質(zhì)量評(píng)分負(fù)相關(guān)的主要是11月份、12月份采集的指紋數(shù)量，即這兩個(gè)月采集的指紋數(shù)量越多，質(zhì)量評(píng)分越低。(5）從采集指位來(lái)看，與指紋質(zhì)量評(píng)分負(fù)相關(guān)的因素主要是右手的拇指、中指、無(wú)名指、小指和左手的中指、小指。三、通過(guò)認(rèn)證的指紋采集設(shè)備通過(guò)對(duì)上述某省居民身份證指紋圖像采集質(zhì)量的主要影響因素進(jìn)行分析，可以提出幾點(diǎn)改進(jìn)相關(guān)工作的方法和建議：(1）指紋采集設(shè)備最早啟用時(shí)間，是導(dǎo)致指紋圖像質(zhì)量降低的主要影響因素之一。為保持較高的指紋采集質(zhì)量，建議有條件的單位及時(shí)更換啟用時(shí)間較早的采集設(shè)備。(2）指紋采集設(shè)備廠商編碼的大小代表設(shè)備廠商通過(guò)認(rèn)證時(shí)間的先后。分析結(jié)果表明早期通過(guò)認(rèn)證的指紋采集設(shè)備廠商，其設(shè)備采集的指紋圖像質(zhì)量較高。因此，建議后續(xù)認(rèn)證通過(guò)的設(shè)備廠商提升產(chǎn)品質(zhì)量或改進(jìn)現(xiàn)有服務(wù)。(3）被采集人群年齡在“≤10歲”、“≥36歲且≤45歲”、“≥66歲”這三個(gè)區(qū)間的指紋圖像質(zhì)量較低，需要在辦證時(shí)予以重點(diǎn)關(guān)注，可采用一些提高指紋采集質(zhì)量的方法，例如保持手指濕潤(rùn)、增加采集次數(shù)等(4）指位對(duì)指紋采集質(zhì)量有一定的影響，建議盡量避免采集對(duì)指紋質(zhì)量造成負(fù)面影響指位的指紋。四、居民身份證指紋圖像采集質(zhì)量數(shù)據(jù)的