活體采集儀采集手印樣本中假特征探析

儲呈晨+惲超+任毅+馬旌+于芮

【摘 要】我國是世界上率先發(fā)現(xiàn)并使用指紋的國家之一，由于指紋具有唯一性、不變性、易采集性等一系列優(yōu)點，使其成為了最適合進行識別的生物特征。指紋識別系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在金融安全、數(shù)據(jù)加密、電子商務(wù)等領(lǐng)域，并將在我們生活中發(fā)揮越來越重要的作用。因此指紋采集技術(shù)的準確性和高效性應(yīng)當(dāng)引起我們的高度關(guān)注。

【關(guān)鍵詞】活體采集；假特征；指紋識別

指紋作為訴訟證據(jù)已經(jīng)有200多年的歷史，其證據(jù)效力很高，一方面，源于指紋是由專業(yè)人員從現(xiàn)場采集而來，具有合法性、客觀性，另一方面，指紋鑒定結(jié)論由專業(yè)技術(shù)人員得出，具有指向性證明能力。隨著科學(xué)技術(shù)，特別是計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，指紋管理和鑒定由人工逐漸轉(zhuǎn)向自動識別，當(dāng)然最終的結(jié)果還是需要人工復(fù)核確定。在指紋自動識別技術(shù)中，活體采集儀應(yīng)運而生，為指紋計算機管理、建庫、查詢、比對提供了極大便利。在實際使用過程中，發(fā)現(xiàn)活體采集指紋可能出現(xiàn)假特征問題，對指紋識別、比對帶來一定影響和困擾。通過研究和總結(jié)，活體采集手印樣本中出現(xiàn)假特征可以通過規(guī)范采集加以控制，通過人工比對加以研判。

1 指紋識別技術(shù)運用

指紋識別主要是利用每個人的指紋特征都是不盡相同的作為要點來進行識別的一項技術(shù)。這項技術(shù)自從發(fā)明以來，就成為了當(dāng)下最重要的辨別技術(shù)之一。

指紋特征的運用之所以那么廣泛，就是因為其可以讓信息采集變得更加的簡便快捷，能夠有效地提升工作的有效性，讓工作的繁瑣程度大大降低，真正地促進工作的精湛。不少專家學(xué)者都針對了指紋特征進行了深入研究，經(jīng)過無數(shù)次的研究認認證，真正可以確定每個人的指紋特征都是不一樣的，至今為止。世界上還沒有存在指紋特征完全相同的兩個人。

除了大家在平時經(jīng)常看見的門禁、考勤、銀行防偽等多個方面指紋識別技術(shù)有著廣泛的運用，司法鑒定中，指紋識別也是十分重要的。指紋識別是司法鑒定中檢驗物證中最經(jīng)常用到的一種方式，其可以有效地去對與物證接觸過的相關(guān)人員進行識別，從而幫助警方更好地抓住嫌疑人。一般來說，指紋鑒定過程中需要經(jīng)過很多的流程，每一個流程都必須要保持謹慎小心，這樣才可以讓指紋特征不容易被破壞，并且更好地手機到相關(guān)的技術(shù)特征。同時為了更好地去做好司法鑒定，一般來說指紋鑒定之后，相關(guān)的計算機設(shè)備將會將所獲得的視頻或者是圖像都變成電子數(shù)字信息資料，從而更好地實現(xiàn)信息處理、傳輸和保存工作。

2 指紋活體采集是指紋識別比對的基礎(chǔ)

指紋識別比對技術(shù)廣泛應(yīng)用于刑事案件、民事案件中涉及的指紋證據(jù)，而指紋識別比對的前提是在案件相關(guān)材料上采集到有價值的指紋，同時提供用于比對的樣本指紋，樣本指紋主要來源于活體和尸體指紋采集，本課題著重于研究活體采集儀采集指紋樣本相關(guān)問題。

2.1 采集技術(shù)存在改進空間

光學(xué)指紋傳感局限性體現(xiàn)于潛在指印方面（潛在指印是手指在臺板上按完后留下的），不但會降低指紋圖像的質(zhì)量，嚴重時，還可能導(dǎo)致2個指印重疊，顯然，難以滿足實際應(yīng)用需要。此外，臺板涂層及CCD陣列會隨時間推移產(chǎn)生損耗，可能導(dǎo)致采集的指紋圖像質(zhì)量下降。其具有難以進行活體指紋鑒別、對干濕手指的適用性差等缺點。

指紋的鑒定主要根據(jù)指紋的紋型、流向、細節(jié)特征等進行檢驗判斷。使用指紋活體采集儀采集指紋時出現(xiàn)的虛假特征通常表現(xiàn)為多出的紋線、特征形態(tài)改變等。這在某種程度上源于采集儀表面使用了光滑且具有一定油性和延展性的硅膠膜材質(zhì)。這種材質(zhì)在一定程度上會造成指紋采集時發(fā)生少量滑動、重疊，從而容易導(dǎo)致光學(xué)成像采集過程中出現(xiàn)圖像拼接誤差。

在利用指紋自動識別系統(tǒng)采集活體指紋過程中，除了以上分析的幾項原因之外，還有多種主客觀原因會造成圖像拼接誤差及出現(xiàn)虛假特征。采用存在虛假特征的拼接圖像進行指紋比對則可能導(dǎo)致判斷結(jié)論與真實情況大相徑庭。

2.2 采集者自身的原因

指紋采集的成功與否，與采集者自身的不規(guī)范操作也是分不開的。我們研究人員做過這方面的測試，當(dāng)使用者的手指潮濕時所采集的指紋遠比手指正常按壓所采集的指紋模糊，這就要求使用者的手指必須干濕度適中。此外，如果使用者采用三點捺印時手指的轉(zhuǎn)動速度過快，也會使所采集的指紋難以辨別，從而使活體采集的指紋失去了效用。不僅如此，當(dāng)使用者按壓的力道過重時，會捺印的乳突紋線產(chǎn)生重疊，從而增加了辨識的難度；當(dāng)使用者按壓力道過輕時，會使乳突紋線不清晰，也影響指紋采集的效果。

圖1所示是運用同一臺指紋活體采集儀對同一人同一手指，干濕度不同情況下采集到的樣本手印，左圖是手指潮濕度較大情況下采集到的手印樣本，右圖是手指較干燥情況下采集到的手印樣本，我們可以看到測試者手指潮濕時采集的指紋相對于正常的指紋模糊很多，其指紋外圍的乳突紋線出現(xiàn)了明顯的重疊，結(jié)合與分歧均有一定變形，在指紋外圍出現(xiàn)了兩處分歧與結(jié)合的假特征。

除了手指干濕度對指紋采集有影響，手指在采集中的動作也會在一定程度上影響采集指紋的特征反映。例如在采集過程中，手指的停頓、回轉(zhuǎn)、扭動等不當(dāng)動作就會導(dǎo)致圖像拼接出現(xiàn)誤差。圖像拼接誤差導(dǎo)致出現(xiàn)的虛假特征一般多出現(xiàn)在指尖及手指兩側(cè)部位，數(shù)量通常為1～2個。在活體指紋采集及現(xiàn)場提取指紋過程中，因指尖及手指兩側(cè)作用力導(dǎo)致提拉、擠壓、滑動相對較明顯，故較易出現(xiàn)比對鑒定過程中的虛假特征。通常表現(xiàn)為多出的紋線等，較少案例中還會因作用力等外在客觀因素導(dǎo)致出現(xiàn)短棒線被拉長、多出小點、眼被放大或形成線、錯位線趨于分離而形成短棒等虛假特征。

2.3 活體采集儀存在局限

1）掌紋捺印受限制。目前，國內(nèi)大部分活體指紋采集系統(tǒng)只能捺印指紋（ 三面和平面），但無法捺印掌紋。

2）捺印質(zhì)量方面。活體指紋采集，采用了圖像拼接技術(shù)，捺印時，軟件拼接容易出錯變形、滑動、受力是否均勻等原因都會出現(xiàn)假特征現(xiàn)象。

3）指紋打印質(zhì)量不高。活體指紋采集的是電子數(shù)據(jù)，只能通過打印提供樣本指紋。打印出的原大圖像存在以下幾方面問題：（1）圖像清晰度不夠（2）模糊區(qū)域，特征變化較大，特別是似連非連的紋線處理失真較大。（3）特征距離有少許偏差。

3 活體采集的假特征實驗研究

實驗中我們發(fā)現(xiàn)活體采集會出現(xiàn)假特征現(xiàn)象，假特征就是指紋的特征與原指紋產(chǎn)生偏差，影響對指紋的判斷，實驗結(jié)果顯示正常狀態(tài)下，活體采集指紋出現(xiàn)假特征幾率較低，而一旦介入異常因素，假特征出現(xiàn)幾率則大幅度提升。

3.1 不同條件下同一臺指紋活體采集儀采集手印樣本比較研究

在實驗研究中，根據(jù)實際工作可能遇到的情況，設(shè)定了以下幾種實驗條件，一是改變手指表面干濕度，二是改變采集過程中滾動速度，三是改變采集過程中滾動動作的連貫性，四是改變采集過程中手指接觸采集窗的壓力。

在手指濕潤狀態(tài)下，除了第三枚手印還算清晰，其他手印樣本均出現(xiàn)了有部分面積陰影較重，指紋模糊難以辨識的現(xiàn)象。可見手指表面干濕度在很大程度上影響活體采集儀采集手印樣本質(zhì)量，活體采集應(yīng)該在相對干燥的環(huán)境下進行。

實驗結(jié)果表明，如果手指在采集儀器上翻滾速度較快，幾乎不會出現(xiàn)假特征現(xiàn)象，而油墨采集則容易讓油墨擴散影響采集到的指紋形態(tài)，所以如果采集速度快的情況下，適合活體采集指紋。

實驗結(jié)果表明，除了第二位同學(xué)指紋左側(cè)過于稀疏，紋路不成形以外，其他同學(xué)均沒有假特征現(xiàn)象。

實驗結(jié)果顯示手指附有少量粘稠液體而非固體雜物情況下，對活體采集的結(jié)果影響并不大。現(xiàn)實生活中，如果手上有污漬對活體采集并不存在太大影響，活體采集比油墨采集更合適。

有停頓情況下假特征偶有發(fā)生，且范圍較小，而且有了假特征可以反復(fù)翻滾手指重新采集，而油墨采集的情況下有停頓就會造成油墨印染不均勻，影響指紋成型，且重新采集成本較大。

實驗結(jié)果現(xiàn)實，第二位同學(xué)和第四位同學(xué)指紋出現(xiàn)陰影，有部分紋路難以辨析，尤其第四位同學(xué)指紋中間模糊程度較重難以辨析，因此判斷用力較大情況下假特征出現(xiàn)幾率大幅度提高，而油墨采集也會有相同問題，所以無論活體采集亦或油墨采集都要有專業(yè)人員在旁指導(dǎo)操作。

3.2 實驗研究結(jié)果分析

根據(jù)所有實驗結(jié)果分析，先進設(shè)備支撐的活體采集方法依然是優(yōu)于傳統(tǒng)油墨采集的，這體現(xiàn)在信息傳遞便宜方面，也體現(xiàn)在各種情況，如被采集者按壓速度過慢過快，用力不均，手上不潔凈等，活體采集出現(xiàn)假特征的幾率會明顯小于油墨采集。而油墨采集的傳統(tǒng)方式也需要與現(xiàn)代科技互補，如在濕潤或粉塵較多等環(huán)境下，儀器的影響會使指紋采集出現(xiàn)大量假特征，這是就需要以油墨采集的方式來彌補缺陷。

4 提高活體采集儀采集到手印樣本特征穩(wěn)定性途徑

4.1 設(shè)備完善

現(xiàn)在公安基層所采用的采集設(shè)備識別程序存在很大問題，比如三面捺印，只設(shè)置了左右的寬度，當(dāng)手指滾動寬度達到要求時變自動錄入，不管采集的部位和角度是否正確，因此采集人員為了完成采集會指示被采集人將手指故意拖動至規(guī)定寬度，從而指紋假特征的問題便出現(xiàn)了。因此，對生產(chǎn)廠家而言，要重新設(shè)置錄入系統(tǒng)，再考慮改進識別程序。

4.2 采集人員的素質(zhì)規(guī)范

目前基層公安機關(guān)而言民警數(shù)量有限，類似的采集工作往往交給輔警來完成，輔警的業(yè)務(wù)素養(yǎng)參差不齊，有的甚至未接受過系統(tǒng)培訓(xùn)，只是簡單的了解個大概，具體的細節(jié)要求并不是很清楚。因此各個用人單位應(yīng)該組織相關(guān)崗位的培訓(xùn)，完善考核機制，只有完成考核的人員才有資格上崗。并不定期的對采集人員所完成的采集任務(wù)進行抽查，檢查所采集指紋的合格率，從而確保我們錄入庫中的指紋達到一定的利用價值。

4.3 努力克服活體指紋捺印存在問題，尋求最佳應(yīng)用效果

對無法進行掌紋捺印的問題，要密切跟蹤捺印技術(shù)最新發(fā)展動態(tài)，適時引進掌紋捺印儀，最終全面實現(xiàn)指、掌紋捺印活體化 。加強培訓(xùn)，強化考核，樹立“質(zhì)量為本”的指導(dǎo)思想，全面提升捺印技能，確保捺印質(zhì)量。在正式使用前，對一線民警進行集中培訓(xùn)。采用成熟的專用軟件進行指紋數(shù)據(jù)的傳輸必須。我經(jīng)過反復(fù)實驗發(fā)現(xiàn)服務(wù)器端采用Serve r-U 5. 0軟件，不但成熟穩(wěn)定，而且支持斷點續(xù)傳，數(shù)據(jù)不易丟失。另外，活體指紋原圖數(shù)據(jù)的備份和儲存，必須采用多種形式進行，才能確保數(shù)據(jù)安全。在使用方便性方面，硬盤最為理想；在儲存量方面，磁帶比較好；在保存時效方面，光盤則是最佳。加大對指紋庫的反查力度，確保指紋信息與時俱進，不斷更新，保持完整社會性，隨時為破案提供有力信息。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]