張嘉宇，唐 瑋，姜雨彤，張麗梅，張忠良,*，孫灝琳

（1.中國(guó)刑事警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院，沈陽(yáng) 110035；2.沈陽(yáng)市公安局沈河區(qū)分局刑警大隊(duì)，沈陽(yáng) 110801）

手性指一個(gè)物體不能與其鏡像相重合的特性，在人類手指指紋上尤其明顯。根據(jù)人體中心中軸線，人體左右組成兩部分呈對(duì)稱分布，但又存在差別，因此本研究從指紋紋型的對(duì)稱性角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討指紋紋型的手性對(duì)稱性規(guī)律。目前，國(guó)內(nèi)未見(jiàn)人類十指指紋紋型手性對(duì)稱性規(guī)律的相關(guān)研究報(bào)道。2006年，后亞標(biāo)[1]通過(guò)測(cè)量單枚指紋的虛擬對(duì)稱中線和虛擬中心范圍判斷單枚指紋的左右手及可能的紋型，但其并未論證左右手同名手指上紋型對(duì)稱性的強(qiáng)弱。2019年，劉麗等[2]通過(guò)計(jì)算左右手對(duì)稱出現(xiàn)同種紋型的百分率，得到左右手對(duì)應(yīng)手指的花紋種類具有較高對(duì)稱性的結(jié)論，但其僅將斗形紋劃分為兩種并且其計(jì)算的為同種紋型出現(xiàn)對(duì)稱的百分率，并非數(shù)學(xué)意義上的左右呈現(xiàn)的對(duì)稱形態(tài)。本研究基于紋型的具體形態(tài)在同名手指之間呈現(xiàn)對(duì)稱情況與否展開(kāi)，從紋型的實(shí)用性角度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，更能直觀地表現(xiàn)出指紋紋型的手性對(duì)稱性規(guī)律。本文對(duì)500名男性十指指紋卡的5 000枚指紋進(jìn)行指紋分類和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，通過(guò)當(dāng)同名手指間同時(shí)出現(xiàn)同種紋型時(shí)該紋型呈現(xiàn)對(duì)稱的概率來(lái)衡量十指指紋紋型對(duì)稱性強(qiáng)弱，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度對(duì)指紋紋型的對(duì)稱進(jìn)行直觀的描述與概括，從而得到十指指紋各指別上紋型的對(duì)稱性規(guī)律以及各紋型在各指別上的對(duì)稱性規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 樣本來(lái)源

本研究的樣本來(lái)源于上世紀(jì)50年代東北地區(qū)部分公安局的十指指紋檔案，從中隨機(jī)選取500份捺印完整、紋線清晰的男性十指指紋卡，對(duì)左右手共5 000枚指紋的紋型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算并分析。

1.2 紋型分類及統(tǒng)計(jì)方法

1.2.1 紋型分類原則

按照指頭乳突花紋六步分類法，將本研究中的指紋紋型分為十類。對(duì)于皮紋學(xué)中已有英文代號(hào)的指紋紋型利用對(duì)應(yīng)代號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)[3]，對(duì)于皮紋學(xué)中沒(méi)有英文代號(hào)的指紋紋型，則根據(jù)英文文獻(xiàn)[4]中對(duì)應(yīng)紋型實(shí)際英文的縮寫(xiě)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。此外在紋型的方向和旋向方面，+表示向左傾斜和順時(shí)旋向，-表示向右傾斜和逆時(shí)旋向（見(jiàn)表1）。

表1 指紋紋型的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard for identifying fingerprint patterns

十類紋型名稱及標(biāo)識(shí)如下：弧形紋（Simple Arch，As+，As-）、帳 形 紋（Tented Arch，At+，At-）、尺箕（Ulnar Loop，Lu）、橈箕（Radial Loop，Lr）、雙箕斗（Double Loop，Wd+，Wd-）、環(huán)形斗（Round Whorl，Wr+，Wr-）、螺形斗（Spiral Whorl，Ws+，Ws-）、絞形斗（Twisted Whorl，Wt+，Wt-）、曲 形 斗（Composite Whorl，Wc+，Wc-）、囊 形 斗（Central Pocket Whorl，Wp+，Wp-）。由于箕斗、箕帳、并列雙箕混雜型紋在樣本中極少出現(xiàn)，不適宜統(tǒng)計(jì)對(duì)稱性，故在此次研究中未統(tǒng)計(jì)。

現(xiàn)有的指紋分類體系中弧形紋、帳形紋和環(huán)形斗是否傾斜的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)為弓形線頂點(diǎn)連線、主支撐線和中心環(huán)形線的長(zhǎng)軸是否明顯傾斜，而本文從對(duì)稱性角度區(qū)分指紋的左右對(duì)稱性，所以將指紋的中心花紋朝向和旋向根據(jù)指紋的中軸線嚴(yán)格劃分為左傾和右傾兩種，以求得到更加直觀的指紋對(duì)稱性規(guī)律。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)方法

以弓形紋和斗形紋為例，在圖1a中，以弧形線頂點(diǎn)垂直于指紋作豎直中軸線，整體弧形線偏離中軸線即為左傾或右傾；圖1b斗形紋同理，中心環(huán)形線偏離中軸線即為左傾或右傾。

本研究共準(zhǔn)確識(shí)別500張十指指紋卡中的5 000枚指紋，對(duì)每一個(gè)十指指紋卡的同名手指各紋型對(duì)稱性進(jìn)行記錄，統(tǒng)計(jì)對(duì)稱樣本數(shù)（指紋紋型相同的條件下中心花紋的旋向或朝向呈左右對(duì)稱關(guān)系的樣本數(shù)，記為S）、同形非對(duì)稱樣本數(shù)（指紋紋型相同的條件下中心花紋的旋向或朝向呈同一方向關(guān)系的樣本數(shù)，記為B）、各紋型在同名手指間同時(shí)出現(xiàn)樣本數(shù)（記為A），則可得：對(duì)稱率＝S/A；同形非對(duì)稱率＝B/A。

對(duì)稱樣本的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示，以箕形紋為例，同名手指均為正箕，箕頭朝向相反，為對(duì)稱樣本。

圖2 箕形紋對(duì)稱性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)Fig.2 Standard about symmetry identification of loop pattern

2 結(jié)果

2.1 樣本指紋紋型分布情況

5 000枚指紋的紋型的統(tǒng)計(jì)分布情況見(jiàn)表2。

表2 左右手十枚指紋的指紋紋型分布情況Table 2 Appearance and symmetrical distribution of fingerprint patterns with ten left-/right-handed fingerprints

2.2 同名手指間紋型對(duì)稱性統(tǒng)計(jì)與分析

各指別的對(duì)稱率、同形非對(duì)稱率如表3所示。

表3 左右手各指間紋型對(duì)稱性分析結(jié)果Table 3 Analysis of fingerprint-pattern symmetry about each finger from left and right hands

拇指上各紋型對(duì)稱率均較高，其中弧形紋、環(huán)形斗對(duì)稱率最高為100%，箕形紋、雙箕斗的對(duì)稱率分別為97%、94%，表明當(dāng)左右拇指同時(shí)出現(xiàn)弧形紋、環(huán)形斗、箕形紋、雙箕斗時(shí)對(duì)稱性很高；其次分別為絞形斗、囊形斗、曲形斗、螺形斗，依然表現(xiàn)出較高的對(duì)稱性，同時(shí)受紋型出現(xiàn)率的影響，由于所統(tǒng)計(jì)樣本中左右拇指并未同時(shí)出現(xiàn)帳形紋，所以尚未得出帳形紋在拇指上的對(duì)稱率，但是拇指上其他紋型均呈現(xiàn)出高對(duì)稱性的特點(diǎn)。

食指上各紋型的對(duì)稱率均較高，其中曲形斗的對(duì)稱率最高為100%，囊形斗、箕形紋的對(duì)稱率為86%、80%，表明當(dāng)左右食指同時(shí)出現(xiàn)曲形斗、囊形斗、箕形紋時(shí)對(duì)稱性很高，其次分別為絞形斗、弧形紋、帳形紋、雙箕斗、螺形斗、環(huán)形斗，各紋型的對(duì)稱率均不低于50%，綜上，食指上各紋型均體現(xiàn)出較高對(duì)稱性。

中指上依然有對(duì)稱性很高的絞形斗、雙箕斗，對(duì)稱率為100%，其后為箕形紋為96%，表明了極高的對(duì)稱性，其后依次為弧形紋、曲形斗、螺形斗、囊形斗，各紋型的對(duì)稱率均高于50%，因此，中指上各紋型對(duì)稱性較高。

環(huán)指上絞形斗的對(duì)稱率最高為100%，其次為囊形斗、箕形紋、曲形斗、環(huán)形斗、螺形斗、雙箕斗、弧形紋，各紋型的對(duì)稱率均不低于50%，表明環(huán)指上各紋型對(duì)稱性較高。

小指上弧形紋、曲形斗、絞形斗、雙箕斗、囊形斗的對(duì)稱率均為100%，其后為箕形紋接近100%，表明當(dāng)左右小指上同時(shí)出現(xiàn)以上幾種紋型時(shí)，其對(duì)稱性極高，其后依次為螺形斗、帳形紋，對(duì)稱性明顯不如上述紋型，同時(shí)受紋型出現(xiàn)率的影響，由于所統(tǒng)計(jì)樣本中左右小指并未同時(shí)出現(xiàn)環(huán)形斗，所以尚未得出環(huán)形斗在小指上的對(duì)稱率，因此，小指上各紋型的對(duì)稱性較高。

2.3 區(qū)分紋型指紋對(duì)稱性結(jié)果及分析

在三大宏觀紋型層面：弓形紋在拇指中更易對(duì)稱，箕形紋和斗形紋在小指中更易對(duì)稱，見(jiàn)圖3。

圖3 不同紋型在不同指別中對(duì)稱率條形圖（橙色為弓形紋；藍(lán)色為箕形紋；綠色為斗形紋）Fig.3 Histogram displaying the symmetry rates of different fingerprint patterns with various fingers (orange, blue and green indicate the respective pattern of arch, loop and whorl)

而在弓形紋中：弧形紋在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：拇指、小指、食指、中指、環(huán)指；帳形紋在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：食指、小指。斗形紋中：環(huán)形斗在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：拇指、環(huán)指、食指；曲形斗在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：食指、小指、環(huán)指、拇指、中指；絞形斗在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：中指、環(huán)指、小指、拇指、食指；螺形斗在在各指上的大小關(guān)系依次為：環(huán)指、中指、小指、食指、拇指；雙箕斗在各指上的對(duì)稱大小關(guān)系依次為：中指、小指、拇指、食指、環(huán)指；囊形斗在各指上的對(duì)稱率大小關(guān)系依次為：小指、環(huán)指、食指、拇指、中指。

弓形紋、斗形紋在同名手指間的對(duì)稱率結(jié)果如表4所示。

表4 各紋型在同名手指間的對(duì)稱率結(jié)果Table 4 Symmetrical occurrence (%) of each fingerprint pattern on the name-same fingers

2.4 區(qū)分紋型指紋相關(guān)性結(jié)果及分析

對(duì)于紋型出現(xiàn)數(shù)與對(duì)稱數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，通過(guò)皮爾遜相關(guān)性分析可知，各指上紋型的出現(xiàn)數(shù)與對(duì)稱數(shù)均顯著相關(guān)（P＜0.01），其中食指、中指、小指的相關(guān)性系數(shù)最高為1即相關(guān)性最強(qiáng)，其次為拇指相關(guān)性系數(shù)為0.999，環(huán)指相關(guān)性系數(shù)為0.995，因此可知，環(huán)指上的相關(guān)性在各指間最弱，但是就相關(guān)性系數(shù)而言依然很高。

3 討論

指紋因其特定性和穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于公安工作中，具體包括判斷案件類型、犯罪嫌疑人活動(dòng)路徑以及對(duì)犯罪嫌疑人的同一認(rèn)定[5-6]。然而犯罪手段日新月異，犯罪嫌疑人反偵查意識(shí)的不斷增強(qiáng)使現(xiàn)場(chǎng)指紋提取和同一認(rèn)定的難度大大增加。指紋的對(duì)稱性可以通過(guò)同名手指中同種紋型的對(duì)稱性強(qiáng)弱為現(xiàn)場(chǎng)勘查提供一種新的思路，當(dāng)出現(xiàn)殘缺指紋、模糊指紋以及變形指紋時(shí)，可以依據(jù)紋型特定區(qū)域?qū)ΨQ性的強(qiáng)弱依次分析可能的紋型，或者判斷左右手別。因此若在犯罪現(xiàn)場(chǎng)僅能精確發(fā)現(xiàn)并有效提取有限指紋的情況下，可以通過(guò)指頭乳突花紋的整體紋型、紋線流向的對(duì)稱性規(guī)律來(lái)快速分析、定位手別、指別，并提供指紋同一認(rèn)定的依據(jù)，縮小偵查范圍，從而提高辦案效率。

本研究通過(guò)識(shí)別東北地區(qū)500名犯罪人員的5 000例指紋紋型并計(jì)算同名手指間紋型及各紋型在不同指別上的對(duì)稱率及同形非對(duì)稱率，發(fā)現(xiàn)各紋型在同名手指間表現(xiàn)出極高的對(duì)稱性，尤其在個(gè)別手指上對(duì)稱率達(dá)到100%，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析為指紋的對(duì)稱性理論研究提供數(shù)據(jù)支撐及潛在研究方向。

本研究?jī)H適用于東北地區(qū)漢族人群，其他地區(qū)其他民族的指紋對(duì)稱性研究還有待進(jìn)一步探索。