指紋比對太辛苦?用黑科技就簡單了

2021-01-15 IT大嘴巴

一直以來,指紋比對都是刑偵破案的重要手段。

早在1000多年前的宋代,被尊為「世界法醫學鼻祖」的宋慈就在他的作品《洗冤錄》中介紹了大量根據採集指紋破案的例子,也成功開創了「法醫鑑定學」。到了南宋時期政府還建立起了古代的「指紋資料庫」,有專門的機構管理和研究指紋。

不過雖然指紋比對古已有之,但通常還只是基於傳統肉眼識別方式來判斷,效率低、誤差高,所以也僅作為輔助破案手段來使用。不過到了現在,指紋識別技術有了翻天覆地的變化,在科技的支持下,指紋識別已經成為了具備成熟度高、採樣簡單、不易偽造等多種優勢的刑偵技術。甚至對於許多案件來說,只要通過對現場和人員採集的指掌紋數據進行比對,就可以迅速確認人員的身份信息。

比如曾經轟動全國的「白銀連環殺人案」——從1988年至2002年的14年間,在中國甘肅省白銀市有11名女性慘遭入室殺害的案件,作案手段殘忍,極具隱蔽性,造成巨大的社會恐慌。直到28年後的2016年,公安機關在指紋識別上獲得了突破,「利用新科技手段對原有生物物證再利用」,在海量信息中找到關鍵信息,才將「惡魔」繩之以法。

那麼,如此神奇的指紋破案,是藉助什麼設備實現的呢?

傳統指紋系統庫面臨三大挑戰

一直以來,為了保障人民群眾的生命財產安全,他們採集指掌紋方面進行了大量的工作,通過案件現場指掌紋信息、人員捺印指掌紋數據、社會指紋數據等數據的採集、融合、共享渠道,刑偵指掌紋比對系統的中心庫容不斷增長,數量級達到百萬級、千萬級乃至億級大庫的規模。

雖然這些數據看似龐大,但要想真正利用起來,還面臨著諸多挑戰。首先是指紋存儲系統的負載能力不足。隨著全國二代證指紋、海關網吧駕校等指紋數據數量的不斷增加,原有的指紋系統庫由於擴展性不足無法進行平滑擴容,造成了處理能力下降。

其次,在引入了大量的指紋數據後,不少指紋圖像的質量尤其是社會指紋數據無法滿足刑偵標準,造成了特徵提取和比對的精度下降,這一點就需要對現有數據進行篩選、清洗和重新錄入。這種繁瑣的重複性勞動同樣需要一臺性能強大的計算機來實現。

最後,面對雲計算、大數據等挑戰,相關系統也正在努力上雲,而如何選擇高效的雲平臺解決方案,如何保證原有系統平滑、順暢實現數據遷移,如何讓新憑條具備高效、穩定、可擴展等特性,同樣成為了指紋系統庫改造的新難題。

這也就體現出了海鑫科金的優勢所在。作為國內指掌紋技術領域的翹楚,海鑫科金為全國大部分的刑偵指紋用戶提供了技術支撐。考慮到用戶在掌紋比對等方面的全新計算需求,海鑫科金還與英特爾展開合作,共同探討具備性能出色、功能先進、運行穩定的解決方案。

新至強平臺讓指紋對比更準確、更快速

為什麼指紋識別需要強大的計算能力呢?是否因為指紋的數量太多?或者是指紋的圖形架構比較複雜?其實並非如此。具體說來,相比人臉識別等其他特徵識別技術來說,指紋比對又是一種典型的CPU及內存密集型算法——指紋系統從現場採集的原始指紋數據,經過預處理和特徵提取之後,會形成結構化的點集,再將其與後臺資料庫中百萬量級的指紋實例進行比對,這時就會涉及大量的邏輯判斷分支。如此一來,解決方案的性能會嚴重依賴於內存資源的可用性,同時對通用計算內核的性能需求也非常高。

由此也對指紋資料庫的計算性能提出了嚴峻的考驗。為此,英特爾和海鑫科金技術團隊選擇了第二代英特爾至強可擴展處理器作為目標平臺的核心支柱。相對於系統原本使用的英特爾至強E5 v4平臺來說,新平臺無論在微架構、核心數量還是在內存容量上都有了明顯的提升,這也提高了系統吞吐量,加速了計算效率。

不過要想獲得更快的指紋鑑定速度,這些配置還遠遠不夠。剛剛我們提到,目前指紋資料庫的容量增長迅速,而數據量越大指紋調取的時延也越高,這就意味著指紋對比的時間也會更長。那麼,能不能利用內存高吞吐量、低延時的優勢,將所有數據都在內存中實現對比呢?當然可以,但這也要求更大的內存容量。

為此,英特爾和海鑫科金技術團隊為這套系統配置了英特爾傲騰持久內存。藉助於「內存模式」優勢,可以讓作為英特爾傲騰持久內存以 「準內存」 的審問運行在系統中,部分地取代傳統內存,從而大大擴展了內存容量,不僅大大降低了原方案中內存的採購成本,也讓指紋數據的本地化對比變得更加高效。

我們可以很明顯的從這張圖中看到不同系統平臺的差異化。得益於英特爾傲騰持久內存的加速作用,使得系統性能有了26%的提升,而系統延遲基本保持不變。「當數據查詢的並行進程達到4個以上時,傲騰方案的數據讀取性能就可以達到 DRAM的90%以上,而且並行進程越多,傲騰方案的性價比優勢越明顯」,英特爾企業平臺技術合作部門資深架構師鍾濤如是說。

目前,基於英特爾新至強平臺的海鑫雲智能多生物識別系統 HABIS X已經用於實際的指掌紋系統當中,也獲得了用戶的充分肯定。以往,對案發現場的指掌紋進行特徵提取和比對,這是一件極為費時費力的工作,而且遇到多人、重疊、殘缺等情況。而在採用了全新的海鑫科金HABIS X方案後,可以做到 「即錄(錄入)、即比(比對)、即反(反饋)」,在現場當即給出比對結果,大幅減輕了基層技術人員的工作負擔,提高了現場人員的工作積極性和事業成就感。

不僅如此,在提升硬體基礎設施性能的同時,藉助於雲計算和人工智慧技術,

英特爾還將協助海鑫科金構建精度更高、速度更快、智能化更強的雲化指紋識別系統。得益於新至強平臺對於INT8新指令集優化,這套系統的深度學習精度相對以往有了大幅度的提升,算法的迭代周期也從數年縮短為數月,從而進一步提升海量指紋庫的檢索速度。

在高科技發展的今天,誕生了越來越多的「黑科技」裝備,從無人機到智能眼鏡,再到我們今天介紹的HABIS X智能多生物識別系統,這些工具的出現大大降低了案件偵破工作的強度,將工作人員從複雜的勞動中解脫出來,為我們營造更加穩定祥和的生活環境。

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