活体采集仪采集手印样本中假特征探析

【摘 要】我国是世界上率先发现并使用指纹的国家之一，由于指纹具有唯一性、不变性、易采集性等一系列优点，使其成为了最适合进行识别的生物特征。指纹识别系统已经广泛地应用在金融安全、数据加密、电子商务等领域，并将在我们生活中发挥越来越重要的作用。因此指纹采集技术的准确性和高效性应当引起我们的高度关注。

【P键词】活体采集；假特征；指纹识别

指纹作为诉讼证据已经有200多年的历史，其证据效力很高，一方面，源于指纹是由专业人员从现场采集而来，具有合法性、客观性，另一方面，指纹鉴定结论由专业技术人员得出，具有指向性证明能力。随着科学技术，特别是计算机技术迅猛发展，指纹管理和鉴定由人工逐渐转向自动识别，当然最终的结果还是需要人工复核确定。在指纹自动识别技术中，活体采集仪应运而生，为指纹计算机管理、建库、查询、比对提供了极大便利。在实际使用过程中，发现活体采集指纹可能出现假特征问题，对指纹识别、比对带来一定影响和困扰。通过研究和总结，活体采集手印样本中出现假特征可以通过规范采集加以控制，通过人工比对加以研判。

1 指纹识别技术运用

指纹识别主要是利用每个人的指纹特征都是不尽相同的作为要点来进行识别的一项技术。这项技术自从发明以来，就成为了当下最重要的辨别技术之一。

指纹特征的运用之所以那么广泛，就是因为其可以让信息采集变得更加的简便快捷，能够有效地提升工作的有效性，让工作的繁琐程度大大降低，真正地促进工作的精湛。不少专家学者都针对了指纹特征进行了深入研究，经过无数次的研究认认证，真正可以确定每个人的指纹特征都是不一样的，至今为止。世界上还没有存在指纹特征完全相同的两个人。

除了大家在平时经常看见的门禁、考勤、银行防伪等多个方面指纹识别技术有着广泛的运用，司法鉴定中，指纹识别也是十分重要的。指纹识别是司法鉴定中检验物证中最经常用到的一种方式，其可以有效地去对与物证接触过的相关人员进行识别，从而帮助警方更好地抓住嫌疑人。一般来说，指纹鉴定过程中需要经过很多的流程，每一个流程都必须要保持谨慎小心，这样才可以让指纹特征不容易被破坏，并且更好地手机到相关的技术特征。同时为了更好地去做好司法鉴定，一般来说指纹鉴定之后，相关的计算机设备将会将所获得的视频或者是图像都变成电子数字信息资料，从而更好地实现信息处理、传输和保存工作。

2 指纹活体采集是指纹识别比对的基础

指纹识别比对技术广泛应用于刑事案件、民事案件中涉及的指纹证据，而指纹识别比对的前提是在案件相关材料上采集到有价值的指纹，同时提供用于比对的样本指纹，样本指纹主要来源于活体和尸体指纹采集，本课题着重于研究活体采集仪采集指纹样本相关问题。

2.1 采集技术存在改进空间

光学指纹传感局限性体现于潜在指印方面（潜在指印是手指在台板上按完后留下的），不但会降低指纹图像的质量，严重时，还可能导致2个指印重叠，显然，难以满足实际应用需要。此外，台板涂层及CCD阵列会随时间推移产生损耗，可能导致采集的指纹图像质量下降。其具有难以进行活体指纹鉴别、对干湿手指的适用性差等缺点。

指纹的鉴定主要根据指纹的纹型、流向、细节特征等进行检验判断。使用指纹活体采集仪采集指纹时出现的虚假特征通常表现为多出的纹线、特征形态改变等。这在某种程度上源于采集仪表面使用了光滑且具有一定油性和延展性的硅胶膜材质。这种材质在一定程度上会造成指纹采集时发生少量滑动、重叠，从而容易导致光学成像采集过程中出现图像拼接误差。

在利用指纹自动识别系统采集活体指纹过程中，除了以上分析的几项原因之外，还有多种主客观原因会造成图像拼接误差及出现虚假特征。采用存在虚假特征的拼接图像进行指纹比对则可能导致判断结论与真实情况大相径庭。

2.2 采集者自身的原因

指纹采集的成功与否，与采集者自身的不规范操作也是分不开的。我们研究人员做过这方面的测试，当使用者的手指潮湿时所采集的指纹远比手指正常按压所采集的指纹模糊，这就要求使用者的手指必须干湿度适中。此外，如果使用者采用三点捺印时手指的转动速度过快，也会使所采集的指纹难以辨别，从而使活体采集的指纹失去了效用。不仅如此，当使用者按压的力道过重时，会捺印的乳突纹线产生重叠，从而增加了辨识的难度；当使用者按压力道过轻时，会使乳突纹线不清晰，也影响指纹采集的效果。

图1所示是运用同一台指纹活体采集仪对同一人同一手指，干湿度不同情况下采集到的样本手印，左图是手指潮湿度较大情况下采集到的手印样本，右图是手指较干燥情况下采集到的手印样本，我们可以看到测试者手指潮湿时采集的指纹相对于正常的指纹模糊很多，其指纹的乳突纹线出现了明显的重叠，结合与分歧均有一定变形，在指纹出现了两处分歧与结合的假特征。

除了手指干湿度对指纹采集有影响，手指在采集中的动作也会在一定程度上影响采集指纹的特征反映。例如在采集过程中，手指的停顿、回转、扭动等不当动作就会导致图像拼接出现误差。图像拼接误差导致出现的虚假特征一般多出现在指尖及手指两侧部位，数量通常为1～2个。在活体指纹采集及现场提取指纹过程中，因指尖及手指两侧作用力导致提拉、挤压、滑动相对较明显，故较易出现比对鉴定过程中的虚假特征。通常表现为多出的纹线等，较少案例中还会因作用力等外在客观因素导致出现短棒线被拉长、多出小点、眼被放大或形成线、错位线趋于分离而形成短棒等虚假特征。

2.3 活体采集仪存在局限

1）掌纹捺印受限制。目前，国内大部分活体指纹采集系统只能捺印指纹（ 三面和平面），但无法捺印掌纹。

2）捺印质量方面。活体指纹采集，采用了图像拼接技术，捺印时，软件拼接容易出错变形、滑动、受力是否均匀等原因都会出现假特征现象。

3）指纹打印质量不高。活体指纹采集的是电子数据，只能通过打印提供样本指纹。打印出的原大图像存在以下几方面问题：（1）图像清晰度不够（2）模糊区域，特征变化较大，特别是似连非连的纹线处理失真较大。（3）特征距离有少许偏差。

3 活体采集的假特征实验研究

实验中我们发现活体采集会出现假特征现象，假特征就是指纹的特征与原指纹产生偏差，影响对指纹的判断，实验结果显示正常状态下，活体采集指纹出现假特征几率较低，而一旦介入异常因素，假特征出现几率则大幅度提升。

3.1 不同条件下同一台指纹活体采集仪采集手印样本比较研究

在实验研究中，根据实际工作可能遇到的情况，设定了以下几种实验条件，一是改变手指表面干湿度，二是改变采集过程中滚动速度，三是改变采集过程中滚动动作的连贯性，四是改变采集过程中手指接触采集窗的压力。

在手指湿润状态下，除了第三枚手印还算清晰，其他手印样本均出现了有部分面积阴影较重，指纹模糊难以辨识的现象。可见手指表面干湿度在很大程度上影响活体采集仪采集手印样本质量，活体采集应该在相对干燥的环境下进行。

实验结果表明，如果手指在采集仪器上翻滚速度较快，几乎不会出现假特征现象，而油墨采集则容易让油墨扩散影响采集到的指纹形态，所以如果采集速度快的情况下，适合活体采集指纹。

实验结果表明，除了第二位同学指纹左侧过于稀疏，纹路不成形以外，其他同学均没有假特征现象。

实验结果显示手指附有少量粘稠液体而非固体杂物情况下，对活体采集的结果影响并不大。现实生活中，如果手上有污渍对活体采集并不存在太大影响，活体采集比油墨采集更合适。

有停顿情况下假特征偶有发生，且范围较小，而且有了假特征可以反复翻滚手指重新采集，而油墨采集的情况下有停顿就会造成油墨印染不均匀，影响指纹成型，且重新采集成本较大。

实验结果现实，第二位同学和第四位同学指纹出现阴影，有部分纹路难以辨析，尤其第四位同学指纹中间模糊程度较重难以辨析，因此判断用力较大情况下假特征出现几率大幅度提高，而油墨采集也会有相同问题，所以无论活体采集亦或油墨采集都要有专业人员在旁指导操作。

3.2 实验研究结果分析

根据所有实验结果分析，先进设备支撑的活体采集方法依然是优于传统油墨采集的，这体现在信息传递便宜方面，也体现在各种情况，如被采集者按压速度过慢过快，用力不均，手上不洁净等，活体采集出现假特征的几率会明显小于油墨采集。而油墨采集的传统方式也需要与现代科技互补，如在湿润或粉尘较多等环境下，仪器的影响会使指纹采集出现大量假特征，这是就需要以油墨采集的方式来弥补缺陷。

4 提高活体采集仪采集到手印样本特征稳定性途径

4.1 设备完善

现在公安基层所采用的采集设备识别程序存在很大问题，比如三面捺印，只设置了左右的宽度，当手指滚动宽度达到要求时变自动录入，不管采集的部位和角度是否正确，因此采集人员为了完成采集会指示被采集人将手指故意拖动至规定宽度，从而指纹假特征的问题便出现了。因此，对生产厂家而言，要重新设置录入系统，再考虑改进识别程序。

4.2 采集人员的素质规范

目前基层公安机关而言民警数量有限，类似的采集工作往往交给辅警来完成，辅警的业务素养参差不齐，有的甚至未接受过系统培训，只是简单的了解个大概，具体的细节要求并不是很清楚。因此各个用人单位应该组织相关岗位的培训，完善考核机制，只有完成考核的人员才有资格上岗。并不定期的对采集人员所完成的采集任务进行抽查，检查所采集指纹的合格率，从而确保我们录入库中的指纹达到一定的利用价值。

4.3 努力克服活体指纹捺印存在问题，寻求最佳应用效果

对无法进行掌纹捺印的问题，要密切跟踪捺印技术最新发展动态，适时引进掌纹捺印仪，最终全面实现指、掌纹捺印活体化 。加强培训，强化考核，树立“质量为本”的指导思想，全面提升捺印技能，确保捺印质量。在正式使用前，对一线民警进行集中培训。采用成熟的专用软件进行指纹数据的传输必须。我经过反复实验发现服务器端采用Serve r-U 5. 0软件，不但成熟稳定，而且支持断点续传，数据不易丢失。另外，活体指纹原图数据的备份和储存，必须采用多种形式进行，才能确保数据安全。在使用方便性方面，硬盘最为理想；在储存量方面，磁带比较好；在保存时效方面，光盘则是最佳。加大对指纹库的反查力度，确保指纹信息与时俱进，不断更新，保持完整社会性，随时为破案提供有力信息。

【参考文献】

[1]安吉尧，李军英，李仁发，等.基于指纹特征的考生身份识别系统[J].计算机应用研究，2004，21（7）：119-121.

[2]李育裕，韩坚华.指纹与密码体制相结合的认证方案研究与实现[J].广东工业大学学报，2010，27（1）：60-63.

[3]张帆.浅谈指纹识别技术在司法鉴定中的运用[J].信息系统工程，2014（12）：75.

[4]叶德邵，程钦安，金润女，等.指纹识别系统在门诊就医中的运用[J].中国数字医学，2008，3（2）：41-42.

[5]杨桂林，施晓波.指纹识别技术在司法鉴定中的运用[J].法制博览，2016（34）：201.

[6]陈春霞.指纹识别技术在图书馆门禁系统中的应用[J].兰州工业高等专科学校学报，2012，19（4）：21-24.

[7]O旭光，王瑛.浅谈指纹证据在新形势下的突出作用[J].科学与财富，2016（10）：539-539.

[8]张学政.“凯迈”指纹识别产品商务模式创新研究[D].厦门大学，2009.

[9]胡国安，艾明晶，骆志勇等.基于SOPC的指纹识别系统的设计与实现[J].计算机工程与应用，2006，42（8）：96-99，186.

[10]马小妹.指纹图像的分类和识别[D].大连理工大学，2002.