李 康 蔣永毅 孟天卓 李金龍

（1 浙江警察學院刑事科學技術系 浙江 杭州 310053；2 桐鄉(xiāng)市公安局刑事科學技術室 浙江 嘉興 314500）

1 引言

一般情況下，在標注指紋細節(jié)特征時遵循特征點宜集中不宜分散的原則[1-2]。但在實際工作中局部特征點過于集中或過于分散，會對指紋查詢比對造成不利影響，因此，探索最適宜的特征分布情況對指紋查詢比對工作有著很好的實戰(zhàn)意義。本文主要通過對指紋特征點相對密度的研究來對其分布情況進行考查，歸納總結出最佳的特征點密度值或分布情況，以期對指紋查詢實戰(zhàn)破案起到良好的促進作用。

2 實驗部分

2.1 主要儀器設備和材料

計算機（公安網(wǎng)專用）、高性能服務器、北大高科指紋自動識別系統(tǒng)PU-AFIS 3.2版、Photoshop（ps5）軟件、指紋信息管理系統(tǒng)、現(xiàn)場指紋。

2.2 實驗樣本選取

在省級現(xiàn)場指紋庫中隨機抽樣選取100枚指紋，且均可以在目標捺印庫中比中相應的捺印指紋。指紋特征點的選取主要遵循清晰、穩(wěn)定、不變形的原則，保證實驗的可靠性。為此，選取條件相對較好的現(xiàn)場指紋進行實驗，并且特征點最好以指紋中心部位清晰、完整、不變形為佳。

2.3 實驗方法

本次實驗主要采用控制變量法來進行，就是為了保證實驗結果的準確，需要排除實驗中其他的影響因素，分別對指紋紋型標注與否、中心點范圍以及三角區(qū)域范圍在不改變其他已編輯特征的基礎上進行研究。在此基礎上，分別保證特征點數(shù)量不變和覆蓋面積不變，改變其它對應變量，從而改變指紋特征點的相對密度。

2.4 實驗過程

首先，對實驗中可能存在的影響因素進行排除，保證實驗中變量的單一性，主要是指指紋紋型有無標注，三角特征是否標注，中心點的范圍大小等。

其次，在排除其他因素影響的基礎上，對指紋相同區(qū)域面積內(nèi)特征點數(shù)量不同對比對結果的影響進行研究。在每個樣本中分別選取8個特征點、10個特征點、12個特征點、14個特征點、16個特征點進行不同分布面積的編輯，保證不同特征點數(shù)量整體覆蓋面積相同。再通過Photoshop軟件，分別標記所對應面積，分別為8mm×8mm、10mm×10mm、12mm×12mm、14mm×14mm的正方形。編輯好指紋后發(fā)送查詢，比對候選對象為100，并觀察實驗結果。

再次，在排除其他因素影響的基礎上，對指紋不同區(qū)域面積內(nèi)特征點數(shù)量相同對比對結果的影響進行研究。覆蓋面積選取為8mm×8mm 、9mm×9mm 、10mm×10mm 、11mm×11mm 、12mm×12mm 進行特征點數(shù)量不同的編輯。不同特征點數(shù)量選取為10個、12個、14個、16個，編輯好指紋后發(fā)送查詢。

最后，對實驗數(shù)據(jù)進行總結分析，得出結論。

3 實驗結果與分析討論

3.1 實驗過程中影響因素的排除研究

通過實驗可以得出，在編輯指紋特征時，中心點和三角區(qū)域的標注及其范圍的大小對比對結果是有影響的[3]，但主要都是體現(xiàn)在比對的時間方面。具體而言就是紋型的選定與否對比對結果沒有影響，只是時間上存在一定的差異。但是錯標會導致漏查而無法比中。適當標注指紋的中心點范圍和三角區(qū)域，可以提高指紋的查中概率，但是標注與否對比對結果無影響，也僅僅是比對時間上的差異。具體結果如表1、表2、表3所示。

表1 紋型標注與否的實驗結果

表2 修改指紋中心范圍的實驗結果

表3 修改指紋三角范圍的實驗結果

因此，在后續(xù)的特征點分布情況實驗研究中，采取只標注指紋的細節(jié)特征點，不標注紋型、三角以及中心點，使得對實驗的影響因素只控制在特征點的數(shù)量和分散程度上，確保實驗的準確性。

3.2 指紋相同區(qū)域面積內(nèi)特征點數(shù)量不同對比對結果的影響研究

通過對所選取的100枚指紋的編輯后發(fā)送查詢，分析相同覆蓋面積內(nèi)不同特征點數(shù)量對比對結果的影響。在此，選取指紋編號為330000000020170222701的指紋為例進行描述，實驗所用覆蓋面積為邊長10mm方形區(qū)域，如圖1。

圖1 面積一定，特征點個數(shù)不同情況下的比較圖

選取100枚指紋全部發(fā)送比對后具有代表性的部分比對結果如表4所示。

表4 面積大小一定時，不同特征點個數(shù)的比較結果

通過實驗可得出，當特征點相對密度維持在0.14個/mm2（±0.02）時，得分、排名和查中概率的綜合情況最好，是最佳的特征點的最佳分布情況。當相對密度值不在這個范圍內(nèi)時，無論是大于還是小于該最佳值時，得分、排名和查中概率均會有不同程度的降低。當不同實驗組中的特征點相對密度小于0.08時，查中概率普遍偏低，且當相對密度在0.07及以下時，均不能比中指紋。

當所標注的特征點過于密集，相對于捺印指紋的特征集就會顯得比較片面。當可標記區(qū)域面積比較小時，而且又將指紋的特征點編輯的比較密集，會使特征點區(qū)域對于整個捺印指紋而言相對較小，在這個小區(qū)域范圍內(nèi)，出現(xiàn)相似特征點分布的可能性非常大，甚至一些紋型都不一樣的指紋因為局部特征分布相似而排名靠前，從而影響到正確指紋的得分和排名。

3.3 指紋不同區(qū)域面積內(nèi)特征點數(shù)量相同對比對結果的影響研究

通過對所選取的1 0 0枚指紋的編輯后發(fā)送查詢，分析相同覆蓋面積內(nèi)不同特征點數(shù)量對比對結果的影響。本實驗以指紋編號為330000000020170223201為例進行說明，其特征點個數(shù)為14個，如圖2。

圖2 不同覆蓋面積正方形示意圖

選取100枚指紋全部發(fā)送比對后具有代表性的部分比對結果如表5所示。

通過實驗，得出當特征點相對密度維持在0.14個/mm2（±0.02）時，得分、排名以及查中概率最佳，綜合情況最好，是最佳的特征點的最佳分布情況。若超出這個范圍，得分、排名以及查中概率都會有不同程度的降低，甚至無法比中指紋，造成漏查的現(xiàn)象。

出現(xiàn)漏查現(xiàn)象的原因，從原理上來說主要是因為指紋自動識別系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場指紋的特征與捺印指紋特征來進行比對分析，在這個匹配區(qū)域內(nèi)首先找到最為匹配的一個特征點，然后以這個特征點為基礎，逐級向周圍擴散，一一對應尋找互相匹配的特征點。尋找最為匹配特征點的原則是根據(jù)特征定位從現(xiàn)場指紋對應到捺印指紋上的相對位置，但是在這個相對位置的陰影區(qū)域面積內(nèi)，可以得到的相似指紋特征點有N個（N≥1），得出這N個候選特征點之后，還要進行唯一匹配特征，就是在所得的特征相對區(qū)域內(nèi)，選取最合適的特征點，倘若指紋特征點過密，使N的數(shù)值變大，會在確定唯一特征點的過程中容易出現(xiàn)差錯點，如果多次出現(xiàn)這樣錯誤的匹配特征，就會很容易對指紋得分、排名和查中概率產(chǎn)生不利影響[4-6]。

表5 特征點個數(shù)一定時，不同覆蓋面積的比較結果

4 結論

通過實驗研究表明，當指紋特征點相對密度在0.14個/mm2（±0.02）時，指紋比對的得分、排名和查中概率等結果指標均比較靠前，即相對密度0.14個/mm2（±0.02）是最佳的特征點分布情況，選擇最佳的特征點分布情況將很好地提高指紋的比中率，并不是指紋特征點越集中越好。在實際公安工作中，為了達到這樣的特征點相對密度，以一定的區(qū)域為例，在區(qū)域面積內(nèi)飽和特征點數(shù)的基礎上，適當刪減部分特征點使得特征點分布相對適中，來提高指紋的比中率。但需要注意的是，在現(xiàn)場指紋可標特征點個數(shù)較多的情況下，若為殘缺指紋特征點個數(shù)原本就少時不適宜此方法。

[1]曹祥.基于細節(jié)特征的自動指紋識別系統(tǒng)的研究[D].長沙:中南大學,2007(4):67-84.

[2]寧翠萍,張紹鋒,任莉.對影響指紋自動識別系統(tǒng)因素的探討[J].山西警官高等?？茖W校學報,2007(4):77-78.

[3]徐志波.現(xiàn)場指紋特征編輯對指紋比中率的影響[J].刑事技術,2009(4):51-52.

[4]牟華艷,繆世強.差異指紋比對關聯(lián)要素分析[J].刑事技術,2013(2):57-58.

[5]劉世權,羅亞平,吳劍.指紋鑒定人員對現(xiàn)場指印認知能力的研究[J].刑事技術,2015(1):1-7.

[6]孫東曉.淺議指紋系統(tǒng)提高比中效率的方法和技巧[J].北京警察學院學報,2014(1):94-97.