2指纹识别系统需求分析

本文所设计的指纹识别系统是一个适用于指挥信息系统人员身份识别的应用软件，实现对指挥信息系统中人员身份认证的处理。本系统主要满足以下几个需求，能快速可靠稳定的验证用户的指纹信息，能够验证管理员的身份信息，能够管理用户的指纹信息，能保证系统指纹数据的安全。

2.1系统业务需求

指纹识别系统主要需要对指纹进行采集，之后对指纹进行处理。处理过程包括图像增强，局部二值化，特征值提取等。还需要将处理后的数据存入数据库或者与数据库中已经存在的指纹数据进行对比。管理人员可以通过指纹管理对数据库中存储的人员信息和指纹信息进行管理。系统的业务流程如图2-1所示。

2.2系统功能需求

根据指纹识别系统的业务需求分析，将系统角色分为管理员和用户两类。不同的角色有着不同的使用权限。用户可以通过指纹来进行身份验证，管理员可以通过用户名和密码进行登录，可以管理用户信息，可以管理用户指纹信息。系统功能需求用例图如图2-2所示。

2.2.1用户指纹验证子系统功能需求

指纹验证子系统是用于验证用户身份是否合法的子系统。系统的输入是用户的指纹，在对用户输入的指纹进行图像增强和特征提取之后，与数据库中已经存在的指纹信息进行对比，信息匹配则验证成功。

为了减小存储成本和提高验证速度，绝对不可以直接将指纹图像信息存储在数据库中，需要对指纹信息进行处理再存储。综上，整个子系统包含以下功能：指纹图像预处理、提取特征值和指纹匹配。

指纹图像预处理：指纹图像预处理模块需要将系统采集的指纹图像进行图像增强、图像二值化和图像细化。图像增强是为了将采集质量差的指纹图像进行质量矫正，还可以对残缺的指纹信息进行补全；指纹二值化是为了将指纹图像的前景和背景进行分离处理，需要将指纹图像进行灰度处理然后进行分割和拼接；指纹细化是为了删除无用的像素点，提高指纹特征提取的效率。

特征提取：特征提取需要将指纹图像中的全局特征和细节特征进行提取，作为指纹匹配的重要参考依据。指纹的全局特征为指纹的分类提供了理论基础，指纹的细节特征可以作为指纹的唯一标识。指纹特征提取需要使用高质量的细化后的指纹图像。

特征匹配：指纹特征匹配模块需要对特征提取后的指纹信息和数据库中的指纹信息进行比较，指纹特征匹配模块是整个指纹认证系统的核心模块。指纹认证不同于指纹识别，指纹认证只是指纹识别下属的一个模块，用于判断两条指纹信息是否来自于同一个人。

2.2.2管理员验证子系统功能需求

管理员拥有管理用户信息和用户指纹信息的权限，为了区别于普通用户，管理员用户使用账号加密码的方式进行登录。这样做的原因有两个：一是为了防止指纹误识别而造成一般用户错误的获取管理员权限的情况；二是为了方便管理人员也可以像普通用户一样使用指纹身份验证功能。

2.2.3用户与指纹管理子系统功能需求

管理员在验证身份之后可以对用户信息进行添加、查询、修改和删除等操作，还可以对用户的指纹信息进行录入、和删除等操作。管理员需要定期维护这些数据，验证这些数据的合法性，防止不法分子通过冒名顶替等手段冒充指纹信息，对国家财产造成威胁。用户与指纹管理子系统的用例图如图2-3所示。

2.3系统性能需求与评价标准

2.3.1系统性能需求

假设系统运行在服务器端，则需要考虑整个系统的可靠性和并发性，系统性能需求如下：

1、 数据库可以承受一万台识别终端同时上传处理后的指纹信息而且可以将指纹信息安全可靠的存储与数据库中。

2、 数据库可以满足一万台识别终端同时调用指纹匹配接口并且处理时间小于2s。

3、 系统运行流畅，最大可容忍识别时间不超过5s。

假设系统运行在本地，则只需要考虑本地数据库调用的稳定性和指纹处理速度即可，系统性能需求如下：

1、 数据库可以可靠的长期存储指纹数据，并在恶劣条件下仍能保持数据的正确性。

2、 系统运行流畅，识别时间小于2s。

2.3.2系统评价标准

本系统指纹识别技术的主要评价标准如下：

1、 拒登率（FTE）:由于指纹质量太差而被系统拒绝验证的比率。

2、 误据率（FRR）:系统拒绝的合法用户的比率。

3、 误识率（FAR）:系统错误识别仿冒人员的比率。

4、 相等错误率（EER）：FAR曲线与FRR曲线的交点。

5、 数据获取失败率（FTA）：系统无法连接指纹识别数据库的概率。

对于一个合格的指纹识别系统，其发生以上情况的比率应该无限接近于0，最大不要超过2%。

2.4系统安全需求

本系统服务于指挥系统，对数据安全性需求较高，需要在数据库中对数据进行多重加密。而且对多次恶意进行指纹匹配的用户要将其指纹信息加入黑名单，拒绝其调用系统资源。系统的指纹管理和用户管理只能通过管理员来进行，管理员不得随意泄露自己的密码，需要定期对密码进行更新。

3指纹识别系统设计

3.1指纹识别系统总体设计

3.1.1指纹识别系统总体架构设计

指纹识别系统的系统架构可分为三层，最底层是通过指纹传感器来采集数据的数据采集层；第二层是通过指纹图像增强模块、指纹图像二值化模块、指纹图像细化模块和特征提取模块构成的指纹预图像处理层；顶层是由特征匹配模块、指纹验证模块、用户/指纹管理模块和数据库系统构成的应用与数据服务层，系统整体架构图如图3-1所示。

3.1.2指纹识别系统功能模块设计

指纹识别系统包含管理员验证子系统、用户指纹验证子系统和用户指纹信息管理子系统。管理员验证子系统仅仅包括管理员登录模块；用户验证子系统包括指纹处理和指纹验证两大模块；用户指纹信息管理子系统包括用户管理和指纹管理模块，具体功能模块设计如图3-2所示。

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