指纹自动识别

随着现场指纹显现技术的进步和指纹自动识别系统（AFIS）的普及，我国公安刑事科学技术领域的指纹应用水平有了新的提高。但笔者在近些年的教学和调研中发现，目前一些技术人员对指纹自动识别系统的依赖心理较重，特别是与老一代指纹工作者相比，指纹检验鉴定水平有待于进一步提高。因此，加强鉴定人员对指纹花纹规律和纹线特征的把握能力，提高对指纹自动识别系统的应用水平，有效地将人和系统的优势进行互补，是当前乃至今后一段时间研究和实践的重点。



一、指纹自动识别系统（AFIS）的突出优势及其应用制约

从指纹鉴定的过程来看，指纹鉴定首先需要判断现场指纹的手位、指位及具体位置，即确定指纹指位、纹型、中心、三角等宏观特征。在实际工作中，通过这一步种类特征的分析，可以快速排除大量的待比对指纹。然后再确定指纹的细节特征，并检验细节特征之间的关系，来进一步进行比较检验和综合评断，直至做出肯定或否定的鉴定结论。指纹自动识别也基本上模拟了这一过程。即其先确定纹型、中心、三角等宏观特征，再比对细节特征，最后给出两个指纹的相似程度并按相似程度排出前面最相似的若干个指纹供指纹鉴定人员参考。

实际上，在指纹鉴定过程中，确定指纹的细节特征，并检验细节特征之间的关系对人工鉴定指纹来讲，是最费时费力的。而指纹自动识别系统（AFIS）通过其先进的算法，将细节特征点的位置及其矢量方向，特征点的位置关系甚至它们之间的线数关系都抽取为一定的特征值，在比较时充分发挥其存储容量大、比对速度快、效率高的特点，从而极大地提高了比对效益，可以在很短的时间内完成人工比对需要数天甚至数月的工作量。

但是，指纹自动识别系统（AFIS）在应用中仍存在一些制约。

1．在公安刑事科学技术工作中，很多时候不能直接使用指纹自动识别系统（AFIS）

按我国有关法律规定，录入指纹样本库的指纹采集范围有限，因此有时无法使用系统进行查询，如现场勘查过程中需要快速排除事主等无关人员的指纹，侦查中需要利用指纹排查一般嫌疑人等情况。因此，技术人员不能过分的依赖指纹自动识别系统。

2．指纹自动识别系统的工作原理决定了其存在一定先天的不足

首先，指纹图像处理过程包括指纹方向图的计算、脊线区域的分割、脊线提取、细化去噪等。这一过程中将抽取图像的骨架，即指纹脊线宽度大于一个像素的图形线条转变为一个像素宽的线条。这个过程中必然失去脊线和细节特征具体形态，而这些特征是比较指纹是

否同一的依据之一。

其次，并不是所有的特征都被指纹自动识别系统所承认,对于大多数系统来说，有些特征如小点、小沟、小叉、小桥、小眼和虚线等是被忽略掉的,系统所提取的特征点可归结为两种，那就是端点和分叉点。而这些被忽略掉的细节特征正是人工鉴定时的认为价值最高的特征。而且指纹自动识别系统最终抽取的特征值中虽然包含了纹型和纹线流向的因素，但与传统指纹鉴定中需要用到的纹型和纹线的流向、间距等形态关系还存在较大的差距。

第三，指纹自动识别系统（AFIS）对由于作用力等因素造成的变形等情况不能自适应，会影响到查询的结果。

此外，指纹图像的处理过程中不可避免地会产生伪特征。



二、适应指纹自动识别系统（AFIS），提高人机交互水平

提高指纹自动识别系统（AFIS）的效益包含两方面的内容，一方面是提高系统的性能，另一方面是提高系统的应用水平。本文讨论的主要是对既定的指纹自动识别系统如何提高应用水平的问题。

对既定的指纹自动识别系统而言，技术人员通常无法根据自己的鉴定思想去改变系统的运行规律。因此，这里讲的人机交互是技术人员应当充分了解系统对指纹的“理解”，根据系统的原理去适应，从而提高指纹的查中率。

计算机在进行自动筛选时遵循的基本原理应该是通过计算现场指纹与库内指纹中系统自动标示或者经过人工干预过的特征点的矩矢量匹配程度得出得分与排名。因此，为了让指纹自动识别系统的自动筛选精度尽可能提高，如何标示特征是关键。

1．区域的选择

要先观察和分析现场指纹特征点的数量和质量的分布关系,应根据指纹的具体情况，尽量选取特征点明确、数量多的部位。在标示特征时，标示特征点的重点是否应该放在中心花纹处，这个问题存在争议。笔者认为，之所以人工比对时将中心花纹作为重点，是因为通常花纹中心在形态结构上较为醒目。而这点对指纹自动识别系统存在一定的困难，因为中心花纹特征点之间距离较近，较为杂乱，指纹自动识别系统的特点是“认点不认线”的，因此容易出现同一个特征在人工干预与编辑特征点时被分别标示为两个不同特征的情况，严重影响最后筛选的结果。因此，越是结构复杂的中心花纹，越对系统识别不利，但对人工识别却非常有利。

对于模糊指纹、变形指纹而言，以清晰、未变形区域为主，必要时舍弃不理想区域，以免造成干扰。如图1中的现场指纹从纹线流向和浓淡变化明显等方向可以判断其为一枚变形指纹。但现场指纹右上角特征点充足稳定，

具有良好的查询比对条件，因此在查询时应以此区域的特征为主。





2．特征点数量和标定位置的选择

检验中标定特征的多少要适度,实践表明:特征点标得过多、面积过大时,可能因部分特征在捺印指纹上找不到对应点而落选,导致误认为查不到;特征标得太少时,会因出现同样特征的指纹较多也影响到检索的排名不能名列前茅,增加了同一认定难度。尤其对与多线箕的箕尾、三角点附近等并列特征较多的部位,不宜把特征点标得过于密集,要根据实际情况有所取舍。特征点的位置、性质和数量等定的越准,准确率就越高。

对于特征点位置的标定，也应以适应系统为原则。对于大多数系统来说，有些特征如小点、小沟、小叉、小桥、小眼和虚线等是被忽略掉的,在这些位置如何标定特征可参考系统对这些特征的自动识别结果进行标定。对有变形的指纹应根据纹线的疏密变化，动作和作用力分析的结果进行人为干预。



三、充分发挥“人”的作用，实现与指纹自动识别系统（AFIS）的优势互补

1．发挥鉴定人员的直观形态把握能力强的优势

人工鉴定的优势在于对指纹的纹线形态、流向特点等总体形态的直观把握，而这正是指纹自动识别系统的不足。因此，在指纹鉴定中，技术人员应充分发挥这一优势。

在检验时，根据手指、手掌的形态、纹线的粗细及流向规律，指纹中反映的纹线粗细及流向，纹类型特征、褶纹的总体形态特征等方面进行总体把握，快速识别。特别注意花纹中心与三角的几何对应关系，三角自身的具体形态，纹线的粗细程度，弯曲程度以及倾斜程度等。例如可以根据指纹三角是空心还是夹线，三个角的分离和结合情况等，通常很快可以排除多数的待比对指纹。





2．发挥鉴定人员根据纹线流向趋势的推断经验

不同类型的花纹，其中心、外围和根基纹线的形态和流向，都有其不同的特点，根据这些不同的特点，就有可能对不完整的现场指印推断出花纹类型。如靠近中心的纹线有向内弯曲的倾向，可能是斗型纹或闭口箕；根基线上部有弧凹向上的纹线者，即可能是斗型纹；中心下部有向两侧延伸的纹线者，可能是弧形纹或帐形纹；中心或根基线上部有向一侧延伸而弧凹朝上的纹线，则可能是箕型纹。鉴定人员通过仔细观察和分析两侧纹线的趋势和花纹的倾斜、纹线的流向，把未反映出来的部分和已反映出来的部分作一自然延伸的设想，以做出较为全面的判断。如图2，一个“箕头”反映清楚，还要研究箕枝和箕口部位纹线的流向、弧度，看其符合单箕还是双箕，箕枝流向趋势，若

其箕口方向的纹线向外返转呈圆弧形趋势就可能是双箕。

3．发挥鉴定人员对特征细节的认知优势

对乳突线细节特征，除指纹自动识别系统对细节特征的位置和方向的认识之外，鉴定人员还应善于根据经验，进一步把握细节特征的具体形态、结构上的异同及其价值，如通常小眼，小桥等特征价值较高，而小眼、小桥等又存在大小和结构上的特定性。此外起、终点特征还可演化出其它特征如，双分歧，双结合，断线（交错线）、对顶线等等许多特征，因这些特征的出现率较低，但一旦出现就有较高的利用价值。



四、应用指纹自动识别系统（AFIS）应特别注意区分相似与同一

指纹学的理论和百余年的应用经验都证明世界上不会出现两个人的指纹一样。但在实践中，往往会遇到两枚指纹整体或局部的特征相似。这种相似指纹细节特征只是特征的偶合，外表的一致，本质却不相同。特别是在运用指纹自动识别系统进行查询时，因其样本数量非常大，这种偶合的概率也增大。因此区分两枚指纹是相似还是同一，是当前指纹鉴定特别要注意的问题。

所谓两个指纹的相似是指它们的形态、局部区域的纹线流向，细节特征的开头、位置、相互关系较为接近。指纹的相似只是特征的偶合，外表的一致，它们的本质并不相同。而且这种相似或偶合往往出现的部位也有一定的特点，如箕形纹的靠近三角部位的特征相似的情况就相对多见。

为保证结论的准确性，应当做到：

1．要保证所使用特征的一定数量，使其相似率降低

检验中所利用的细节特征数量与相似率成反比。即在检验中所确定的细节特征越多，相似率就越低；所确定的特征数量越少，相似率就越高。尽管我国从建国初期就突破了指纹鉴定机械的数量标准的规定（事实证明后来国际法庭科学界也普遍采用了这种标准），但无数量标准并不是可以任意放宽数量的界限，实践中要保证鉴定结论的准确性，还是应当根据指纹的具体情况要求有一定数量的细节特征进行保证。

2．认真考察特征的质量

特征的质量也与相似率有很大的关系，特征的质量越高，相似率就越低；质量越低，相似率就越高。另外，相似指纹的差异点始终存在于特征之中，两个相似指纹，它们之间必然存在本质的差异，两者可能或多出或少某些特征；相似的特征之间的位置、相互关系不完全相同；两个相似指纹各自对应的特征自身的大小，形态也不完全相同。

3．科学把握特征的关系和差异点

要科学地把握特征之间的相互关系；要科学地解释差异点，看有无本质差异，只

有这样，才能准确地认定同一，排除相似，准确地出具结论。

综上，我们认为，当前提高指纹鉴定水平的关键在于进一步提高技术人员的鉴定水平，以提高对指纹花纹规律和纹线特征的把握能力为基础，用好指纹自动识别系统（AFIS），使之充分发挥优势，以提高指纹应用的效益，加强指纹鉴定的准确性。