重疊指紋分離方法比較

張釗　鄭琰川

摘 要 重疊指紋在公安機(jī)關(guān)辦理案件的過(guò)程中廣泛存在，在犯罪現(xiàn)場(chǎng)的水杯、保險(xiǎn)柜把手等各種物體上，若能成功地分離重疊指紋，會(huì)給公安人員偵查破案帶來(lái)重要線索。本文的目的在于對(duì)各種重疊指紋分離方法進(jìn)行敘述，根據(jù)公安機(jī)關(guān)的實(shí)際情況為重疊指紋分離技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)一步的工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 重疊指紋 分離方法 比較

作者簡(jiǎn)介：張釗、鄭琰川，陜西省咸陽(yáng)市公安局。

中圖分類號(hào)：D918.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2017.01.125

現(xiàn)如今在線指紋收集和自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的計(jì)算方法，隨著技術(shù)的革新已經(jīng)獲得了很大的進(jìn)步。多種指紋識(shí)別技術(shù)，例如，指紋采集、歸類、增強(qiáng)和匹配，性能等的水平都明顯的提高了一個(gè)臺(tái)階。生物識(shí)別技術(shù)作為現(xiàn)在進(jìn)行個(gè)人身份區(qū)分的關(guān)鍵技術(shù)，正前越來(lái)越多的被關(guān)注。其中最具有代表性的生物識(shí)別技術(shù)就是指紋識(shí)別，指紋識(shí)別技術(shù)不但在司法領(lǐng)域取占據(jù)著比較重要的地位并且凸顯出越來(lái)越重要的作用，而且也開始被大量的使用在民用領(lǐng)域。其中一個(gè)最具代表性的使用就是手機(jī)指紋解鎖，所以說(shuō)指紋識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中正扮演著越來(lái)越重要的作用。然而，由于在指紋識(shí)別的過(guò)程當(dāng)中充滿著未知的復(fù)雜性和不確定性，使得自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)面臨著不少有待解決和完善的未知問(wèn)題。

一、指紋及重疊指紋概述

指紋指的就是每個(gè)人手指上的皮膚紋理圖形，構(gòu)成部分主要為間隔幾乎等距的脊和谷。基于這種構(gòu)成形式因其每個(gè)人的不同而具有不變性和唯一性，因此指紋可以在生物上被用來(lái)進(jìn)行不同人之間的快速的區(qū)分。目前，犯罪行為變得越來(lái)越智能化和專業(yè)化，由于犯罪者的反偵查心理的加強(qiáng)，犯罪者在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)留下的作案痕跡越來(lái)越少，因此這就無(wú)疑的增加了現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)和痕跡的提取和分析，為刑事技術(shù)人員的工作提出了一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)一般包括圖像的分析處理、模型的識(shí)別、計(jì)算機(jī)和傳感器等多種技術(shù)，是隨著人們對(duì)指紋識(shí)別需求的不斷增加而逐漸形成和完善的，對(duì)它的探究可以回歸到二十世紀(jì)六十年代初期。自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)隨著時(shí)間的不斷推移，已經(jīng)在各個(gè)方面取得了不少進(jìn)步，而且不斷地在進(jìn)行著自我的不斷地完善。重疊指紋對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)取證工作來(lái)說(shuō)可以算是一類疑難痕跡物證，而這些重疊指紋中極有可能存在案犯實(shí)施犯罪時(shí)遺留的指紋。在沒(méi)有單枚指紋的情況下，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)留下的重疊指紋進(jìn)行分析分離成多個(gè)單枚指紋，對(duì)確定罪犯犯罪過(guò)程和案件的偵破來(lái)說(shuō)具有重要的價(jià)值和作用。

二、重疊指紋的分離

指紋的自動(dòng)識(shí)別作為一個(gè)識(shí)別研究的分支學(xué)科，不論從哪個(gè)角度來(lái)理解都具有相當(dāng)大的不可預(yù)知的難度，其分析過(guò)程的難點(diǎn)主要集中和體現(xiàn)在怎樣對(duì)采集的各種復(fù)雜的重疊指紋進(jìn)行指紋圖像的濾波和增強(qiáng)，怎樣分析指紋的全部特征和細(xì)節(jié)，以及怎樣在各種條件不具備或者不完整的條件下，對(duì)不完整或者發(fā)生變形扭曲的指紋進(jìn)行特征的匹配。如果站在圖像的本質(zhì)上而言，指紋圖像可以被歸類在紋理圖像之中，分析指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)時(shí)的關(guān)鍵在于必須圍繞在指紋圖像紋理的細(xì)節(jié)特征左右，采用局部的圖像紋理特征的圖像處理方法可以很大程度的減少工作量，同時(shí)還能夠保證工作的質(zhì)量。

目前大多數(shù)的有關(guān)的各種指紋信息的使用和分析都是將單個(gè)指紋作為研究對(duì)象，而很少把重疊指紋作為主要的分析對(duì)象。然而在日常的公安系統(tǒng)當(dāng)中，會(huì)經(jīng)常遇到需要解決重接指紋圖像的處理問(wèn)題。現(xiàn)在問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何從重疊的指紋當(dāng)中提取分離出具有關(guān)鍵作用的單個(gè)指紋，用來(lái)做出具有價(jià)值的半管。現(xiàn)場(chǎng)的指紋由于收到多種不可預(yù)知的因素作用，例如受壓、扭曲、偏轉(zhuǎn)、噪聲，導(dǎo)致指紋的完整性受損，使得部分可能有價(jià)值的信息流失，而對(duì)案件的偵破帶來(lái)困難。一般意義上的指紋增強(qiáng)是指通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋依據(jù)其方向場(chǎng)、紋理取向、細(xì)節(jié)特征來(lái)做到對(duì)傳統(tǒng)重疊指紋的分離，最終遭到對(duì)采集的指紋進(jìn)行噪聲分離，使得所收集的指紋的清晰度得到增加。在案件現(xiàn)場(chǎng)的不同的地方，例如，桌面上、房把手、碎玻璃、家具表面、飲料容器等的同一部位存在的一枚或者多枚單個(gè)指紋的相互疊加的指紋被稱作重疊指紋。

一般意義上按照指紋的成形原因可以將指紋分為：不同的殘留物質(zhì)的重疊指紋。在物體的同一位置由于受到灰塵、血跡、油脂、汗液等原因使得一種或者多種指紋重疊；不同時(shí)間的重疊指紋，在物體的同一部位不同的時(shí)間內(nèi)分別經(jīng)過(guò)多次手指的捺印，形成的指紋；不同紋線取向的重疊指紋，物體表面的同一位置受到不同方向手指的按壓而形成的不同角度的重疊指紋。

三、重疊指紋的分離方法比較

（一）基于分區(qū)模板的重疊指紋的分離方法

目前為止，指紋已經(jīng)被視為是刑偵破案當(dāng)中極重要的破案線索和證物。指紋作為案件處理的一手文件和在向法院提供的過(guò)程當(dāng)中是以照片的格式遞交的。在犯罪現(xiàn)場(chǎng)，我們實(shí)際采集的指紋圖片往往是多個(gè)指紋交織在一起，這就給案件的及時(shí)偵破和物證的提供帶來(lái)巨大的麻煩。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)可以通過(guò)數(shù)字化設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)收集的指紋進(jìn)行處理成數(shù)字圖像，然后耦合分析對(duì)比，最終將這些交織在一起的指紋分離出來(lái)。現(xiàn)有的重疊指紋的處理方法有：將指紋數(shù)字圖像離散成小方格子圖像，盡量使得每個(gè)格子所包含的重疊指紋包含的脊線間交角盡量大；依次對(duì)每個(gè)格子進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到與之對(duì)應(yīng)的頻圖，再根據(jù)脊線取向和不同的頻率拿掉那些不需要的頻率點(diǎn)；要想獲得所要分離的指紋就必須把頻圖經(jīng)過(guò)反計(jì)算得到空域圖。這種方法也具有其自身的缺點(diǎn)：一般意義上重疊指紋的脊線是由不同曲率半徑較小的弧線構(gòu)成，如果格子太大，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法確定脊線的取向，如果格子太小，則無(wú)法完美的體現(xiàn)出指紋的脊線頻率優(yōu)勢(shì)。

（二）基于紋理特征分形的重疊指紋快速分離技術(shù)

重疊指紋的出現(xiàn)導(dǎo)致在指紋采集過(guò)程中，使的對(duì)指紋進(jìn)行正確的識(shí)別帶來(lái)了比較大的難度，嚴(yán)重影響到了分析的準(zhǔn)確率。因此，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下指紋特征的快速高效的分離是對(duì)指紋識(shí)別來(lái)說(shuō)具有重大的作用。隨著時(shí)間和技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)指紋分離的需要，人們對(duì)于重疊指紋的快速分離的研究變得越來(lái)越關(guān)注。首先需要建立指紋圖像的采集及紋理特征優(yōu)化的分離模型，然后采用紋理特征分形算法對(duì)重疊指紋進(jìn)行快速分離，并且改進(jìn)，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)本算法的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，使得結(jié)論的可靠性得到保證。該算法在對(duì)重疊指紋進(jìn)行分離時(shí)表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，而且準(zhǔn)確度較高、節(jié)約時(shí)間。

（三）基于計(jì)算機(jī)重疊指紋的分離技術(shù)

現(xiàn)在，借助計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)對(duì)重疊指紋進(jìn)行分離已經(jīng)變成了一種適用范圍廣、操作技術(shù)簡(jiǎn)單、分離高效率、應(yīng)用和推廣前景廣闊的方法。根據(jù)相關(guān)的研究成果表明，借助一定的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行指紋的人工合成以及分離能夠取得比較理想的效果，尤其適應(yīng)于一些特殊現(xiàn)場(chǎng)所采集到的重疊指紋，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠保證所進(jìn)行分離操作的指紋具有清晰的細(xì)節(jié)特點(diǎn)，而且表現(xiàn)出一定的典型特征，基本已經(jīng)符合了目前主流的檢驗(yàn)鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。在計(jì)算機(jī)處理方法中可以分為分區(qū)處理方式以及分類分區(qū)處理方式。其中分區(qū)處理方式是在對(duì)待分離的目標(biāo)指紋、分離區(qū)域以及中心點(diǎn)進(jìn)行選定后，分別對(duì)分離角度、分離度以及對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整。分類分區(qū)處理方式是選擇與目標(biāo)指紋對(duì)應(yīng)的分離模板及指紋方向，然后選取分離區(qū)域內(nèi)指紋文獻(xiàn)的奇異點(diǎn)以及由奇異點(diǎn)發(fā)出的線段，最后分別對(duì)分離角度、分離度以及對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整。兩種方式處理結(jié)果如圖所示：

筆者借助一些文獻(xiàn)以及一定的實(shí)驗(yàn)分析，有了一定的心得，具體如下：1.如果從技術(shù)原理的角度來(lái)開展，我們可以看出，對(duì)于一般的分區(qū)處理方式，借助一定的分類分區(qū)的處理方式的優(yōu)勢(shì)更為突出，例如在對(duì)指紋的左旋、右旋以及雙旋特點(diǎn)的區(qū)分等等，但是由于指紋的一般存在較多的區(qū)域界線，從而導(dǎo)致了指紋線之間的鏈接存在明顯的困難，突出了指紋的塊狀感。2.一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于指紋的分離效果，其受到指紋的重疊角度的影響比較小，而對(duì)于指紋紋線之間的夾角的影響則比較大。3.對(duì)于指紋而言，其重疊紋線不可能做到非常的完美，必然有一定的非完美的區(qū)域的存在，而且對(duì)于這些區(qū)域，不管是采取怎樣好的、精細(xì)的分區(qū)方式都不能取得理想的分離效果。所以說(shuō)，在一定的情況下可以放棄這部分的區(qū)域，可以充分的借助那些比較完美的區(qū)域開展分離，從而實(shí)現(xiàn)一些細(xì)節(jié)特征的有效得到。4.在對(duì)于指紋的分離過(guò)程中，必然要出現(xiàn)一定的偽特征，但是只要是在指紋出現(xiàn)一定的細(xì)節(jié)特征，即便其屬于是偽特征，但是一般情況下也存在一定的細(xì)節(jié)特征。雖然這些特征可能在一定程度并不能形成充分的證據(jù)，也就是不能實(shí)現(xiàn)對(duì)于人身的認(rèn)定，但是卻能夠提供一定的線索，用于對(duì)于指紋的檢驗(yàn)鑒定，明確了重要的方向性。但是鑒于本文所提出的計(jì)算機(jī)分離處理過(guò)程屬于是比較新穎的方式，尤其是對(duì)于比較嚴(yán)重的重疊指紋方法，所以說(shuō)我們?nèi)匀槐仨殞?duì)其進(jìn)行一定程度的完善以及創(chuàng)新，主要可以從優(yōu)化指紋顯現(xiàn)技術(shù)、運(yùn)用刑事照相技術(shù)、升級(jí)程序算法以及加入預(yù)處理步驟等不同的方面進(jìn)行拓展。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于指紋圖像分離的處理環(huán)節(jié)具有重要的意義，可以說(shuō)是整個(gè)指紋檢驗(yàn)過(guò)程的重中之重，同時(shí)又能夠起到一定的銜接作用。把對(duì)于指紋圖像的收集過(guò)程以及指紋的識(shí)別過(guò)程密切的聯(lián)系起來(lái)，能夠進(jìn)一步的促進(jìn)以后的指紋識(shí)別的鑒定過(guò)程。近幾年以來(lái)，指紋的重疊分離已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步，同時(shí)在分析強(qiáng)化的處理行業(yè)也存在一些最新的研究突破，指紋圖像的分離處理的實(shí)際效果在公安機(jī)關(guān)偵查案件的過(guò)程中受到越來(lái)越多的重視。本文敘述了不同種類的重疊指紋分離方法，以期能夠進(jìn)一步地促進(jìn)重疊指紋分離技術(shù)的發(fā)展，尤其是對(duì)于一些指紋成像質(zhì)量比較低的情況，為偵查破案帶來(lái)重要線索。

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