指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式對(duì)指紋比對(duì)識(shí)別精度的影響研究

楊洪平 陳 迎 顧世翔 張治國(guó) 石峻宇（揚(yáng)州市公安局刑警支隊(duì) 江蘇 揚(yáng)州 225009）

指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式對(duì)指紋比對(duì)識(shí)別精度的影響研究

楊洪平 陳 迎 顧世翔 張治國(guó) 石峻宇
（揚(yáng)州市公安局刑警支隊(duì) 江蘇 揚(yáng)州 225009）

通過(guò)對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)提取十指紋特征情況統(tǒng)計(jì)分析，了解指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)提取特征發(fā)生偏差的規(guī)律特點(diǎn)，開(kāi)展自動(dòng)比對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果評(píng)估自動(dòng)提取特征對(duì)指紋比對(duì)精度的影響，探索解決因自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)導(dǎo)致該比中而未比中問(wèn)題的對(duì)策。

指紋系統(tǒng) 自動(dòng)提取特征 比對(duì)精度 對(duì)策研究

全國(guó)各地公安機(jī)關(guān)大都采用指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式建立十指指紋樣本庫(kù)，依靠人工手動(dòng)標(biāo)注指紋特征模式建立現(xiàn)場(chǎng)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。而在實(shí)際的指紋自動(dòng)比對(duì)工作中，我們發(fā)現(xiàn)存在現(xiàn)場(chǎng)指紋條件很好，樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中也有該犯罪嫌疑人的十指指紋樣本，但是系統(tǒng)未比中列出的現(xiàn)象（揚(yáng)州市指紋系統(tǒng)正常設(shè)定列出排名前100位的結(jié)果）；在十指指紋倒查檢索比對(duì)中也出現(xiàn)類似的應(yīng)該比中列出而未比中列出的現(xiàn)象。通過(guò)核查發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因是指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確，從而造成現(xiàn)場(chǎng)指紋與樣本指紋產(chǎn)生差異，最終導(dǎo)致系統(tǒng)未能比中。因此，加強(qiáng)指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式對(duì)指紋自動(dòng)比對(duì)識(shí)別精度影響的研究，對(duì)指紋破案工作有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征情況的統(tǒng)計(jì)分析研究

我們以某市指紋系統(tǒng)的指紋樣本數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源（系統(tǒng)中儲(chǔ)存55萬(wàn)人十指指紋樣本，全部為系統(tǒng)自動(dòng)提取特征方式建庫(kù)），采用隨機(jī)抽取的方式，抽取50個(gè)重點(diǎn)人員的十指指紋特征圖。以抽中的50人500枚指紋特征圖為統(tǒng)計(jì)分析研究的對(duì)象，從指紋的固有客觀特征總數(shù)、系統(tǒng)自動(dòng)提取特征總數(shù)、系統(tǒng)多提取的特征數(shù)（本來(lái)無(wú)特征，系統(tǒng)誤作為特征進(jìn)行提取標(biāo)注，簡(jiǎn)稱多提特征，下同）系統(tǒng)漏提取的特征數(shù)、（本來(lái)有特征，系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行提取標(biāo)注，簡(jiǎn)稱漏提特征，下同）漏提特征的種類（起點(diǎn)、終點(diǎn)、分歧、結(jié)合等一般特征和小點(diǎn)、小棒、小眼、小橋、小溝、交錯(cuò)等特殊特征）、數(shù)量、分布區(qū)域（指紋外圍、指紋內(nèi)部、指紋根基）[1]等方面全面統(tǒng)計(jì)分析研究。統(tǒng)計(jì)分析研究結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 系統(tǒng)自動(dòng)提取十指指紋特征統(tǒng)計(jì)

表2 十指指紋6種特殊特征系統(tǒng)自動(dòng)提取統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：系統(tǒng)自動(dòng)提取細(xì)節(jié)特征錯(cuò)誤率為15.47%；在分布區(qū)域中，指紋內(nèi)部特征漏提率最高，根基特征漏提率最低；在分布區(qū)域中，指紋根基特征多提率最高，內(nèi)部特征多提率最低；指紋內(nèi)部特征錯(cuò)誤提取率為13.01%；特殊特征漏提率遠(yuǎn)高于一般特征漏提率，分別為21.54%、5.66%；特殊特征錯(cuò)誤提取率遠(yuǎn)高于一般特征錯(cuò)誤提取率，分別為21.54%、14.28%；特殊特征中，小點(diǎn)特征漏提率最高為50.88%。

2 系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響的測(cè)試

以某市的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)為測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響測(cè)試（系統(tǒng)中有十指指紋樣本55萬(wàn)人份、有現(xiàn)場(chǎng)指紋152萬(wàn)枚）。

2.1 測(cè)試1

選取10個(gè)成年人（男性7名，女性3名）制作指紋測(cè)試檢材和樣本。以陶瓷水杯和普通窗玻璃為客體，以徒手握持水杯、夾持玻璃板為遺留動(dòng)作，制作汗?jié)撝讣y樣本，用粉末刷顯膠帶提取10個(gè)人100枚現(xiàn)場(chǎng)指紋測(cè)試檢材（每人每指各一枚）。采用油墨捺印方法，捺印提取10人的十指指紋，作為測(cè)試樣本指紋。

（1）將捺印提取的10個(gè)人的十指指紋樣本掃描入庫(kù)，應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式提取特征建檔備查。將100枚現(xiàn)場(chǎng)檢材指紋采用人工編輯特征，入庫(kù)進(jìn)行正查比對(duì)測(cè)試；將100枚現(xiàn)場(chǎng)檢材指紋采用系統(tǒng)自動(dòng)提取特征，再進(jìn)行人工去除自動(dòng)多提取標(biāo)注的假特征點(diǎn)，對(duì)應(yīng)提取標(biāo)注的而系統(tǒng)漏提取標(biāo)注的特征未作修改，然后入庫(kù)進(jìn)行正查比對(duì)測(cè)試。

（2）將100枚現(xiàn)場(chǎng)檢材指紋掃描入庫(kù)（庫(kù)中共有152萬(wàn)枚現(xiàn)場(chǎng)指紋），運(yùn)用人工編輯特征模式建檔備查。將捺印提取的10個(gè)人的十指指紋樣本，應(yīng)用指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征后，再對(duì)提取特征進(jìn)行人工修正后入現(xiàn)場(chǎng)指紋庫(kù)進(jìn)行倒查比對(duì)測(cè)試；將捺印提取的10個(gè)人的十指指紋樣本，應(yīng)用指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征后入現(xiàn)場(chǎng)指紋庫(kù)進(jìn)行倒查比對(duì)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 系統(tǒng)自動(dòng)提取特征在不同比對(duì)方式下對(duì)比對(duì)精度影響的測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2 測(cè)試2

在某市的指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)已比中的現(xiàn)場(chǎng)指紋中選取紋線清晰、特征穩(wěn)定的指紋100枚（每一枚現(xiàn)場(chǎng)指紋提取標(biāo)注的特征，對(duì)應(yīng)的十指指紋樣本系統(tǒng)自動(dòng)提取標(biāo)注都有特征點(diǎn)漏提。其中漏提1個(gè)特殊特征的指紋18枚、漏提2個(gè)一般特征17枚、漏提1個(gè)一般特征65枚），每枚指紋復(fù)制5枚，共計(jì)得到600枚現(xiàn)場(chǎng)指紋，將600枚指紋分成6組（每組的100枚指紋各不相同）。將6組現(xiàn)場(chǎng)指紋分別重新進(jìn)行人工標(biāo)注7個(gè)特征（相對(duì)集中穩(wěn)定的特征，對(duì)應(yīng)樣本指紋相應(yīng)特征有1到2個(gè)未提取標(biāo)注，下同）、8個(gè)特征、9個(gè)特征、10個(gè)特征、11個(gè)特征、12個(gè)特征（均在7個(gè)特征點(diǎn)的基礎(chǔ)上遞增）。即：第1組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注7個(gè)特征點(diǎn)，第2組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注8個(gè)特征點(diǎn)，第3組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注9個(gè)特征點(diǎn)，第4組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注10個(gè)特征點(diǎn)，第5組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注11個(gè)特征點(diǎn)，第6組為現(xiàn)場(chǎng)指紋標(biāo)注12個(gè)特征點(diǎn)，再將這6組指紋分別入庫(kù)比對(duì)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表4 系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)比對(duì)精度影響的分組測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表5 漏提特征的種類、數(shù)量對(duì)自動(dòng)比對(duì)精度影響的測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3 系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響的評(píng)估

（1）從系統(tǒng)自動(dòng)提取特征情況的統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果看，系統(tǒng)自動(dòng)提取特征模式對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度有著較大的影響。一是系統(tǒng)自動(dòng)提取細(xì)節(jié)特征錯(cuò)誤提取率為15.47%；二是對(duì)比對(duì)價(jià)值較高的特殊特征系統(tǒng)自動(dòng)提取的錯(cuò)誤率為21.54%；三是現(xiàn)場(chǎng)指紋遺留部位最多的指紋內(nèi)部特征系統(tǒng)錯(cuò)誤提取率為13.01%。

（2）從測(cè)試1正查比對(duì)結(jié)果看，因樣本十指指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確，導(dǎo)致犯罪嫌疑人未能比中情況發(fā)生率（漏查率）分別是11%、18%，平均值為14.5%。從測(cè)試倒查比對(duì)結(jié)果看，因十指指紋系自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確，導(dǎo)致案件現(xiàn)場(chǎng)指紋未能比中情況發(fā)生率（漏查率）分別是9%、4%，平均值為6.5%。

（3）從測(cè)試2正查比對(duì)結(jié)果看，6次測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)指紋分別提取標(biāo)注7個(gè)、8個(gè)、9個(gè)、10個(gè)、11個(gè)、12個(gè)特征時(shí)，因十指指紋系自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確，導(dǎo)致犯罪嫌疑人未能比中情況發(fā)生率（漏查率），分別是79%、61%、47%、32%、24%、13%，平均值為42.7%。隨現(xiàn)場(chǎng)指紋提取標(biāo)注的特征數(shù)量遞增，因十指指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確，導(dǎo)致嫌疑人未能比中情況發(fā)生率呈大幅遞減。因此，同一枚現(xiàn)場(chǎng)指紋提取標(biāo)注的特征數(shù)量越多，系統(tǒng)自動(dòng)提取特征建庫(kù)模式對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響越小。6次測(cè)試表明系統(tǒng)對(duì)樣本十指指紋中起點(diǎn)、終點(diǎn)、分歧、結(jié)合等一般特征漏提1個(gè)，導(dǎo)致嫌疑人未能比中情況發(fā)生率（漏查率）平均值為36.7%；而系統(tǒng)對(duì)樣本十指指紋中小棒、小眼、小橋、交錯(cuò)等特征漏提1個(gè)，導(dǎo)致嫌疑人未能比中情況發(fā)生率（漏查率）平均值為61.1%，因此，系統(tǒng)自動(dòng)提取特征漏提特征價(jià)值越大對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響越大。

4 系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)指紋自動(dòng)識(shí)別精度影響的對(duì)策

根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)提取特征情況的統(tǒng)計(jì)分析以及測(cè)試研究結(jié)果，我們可以清晰地看到，運(yùn)用系統(tǒng)自動(dòng)提取特征方法建立的十指指紋庫(kù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)指紋檢索比對(duì)有著直接影響。因此，我們?cè)谥讣y信息工作中要把握系統(tǒng)自動(dòng)提取特征的規(guī)律特點(diǎn)，力求降低系統(tǒng)自動(dòng)提取特征對(duì)比對(duì)精度的影響，最大限度地防止比對(duì)差錯(cuò)的發(fā)生，具體應(yīng)從5個(gè)方面做好建庫(kù)和比對(duì)工作；

（1）采用系統(tǒng)自動(dòng)提取特征和人工干預(yù)相結(jié)合的方法建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。由于指紋系統(tǒng)自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確、不全面，尤其對(duì)一些重要的特殊特征不能提取標(biāo)注，從而直接影響比對(duì)結(jié)果。因此，在實(shí)際建庫(kù)過(guò)程中要盡量堅(jiān)持對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)提取特征，再進(jìn)行人工干預(yù)，從源頭上堵塞指紋比對(duì)的漏洞。

（2）條件較好的現(xiàn)場(chǎng)指紋正查分別采用人工編輯和系統(tǒng)自動(dòng)提取的方法進(jìn)行提取特征，再分別入庫(kù)查詢比對(duì)。對(duì)于沒(méi)有人工干預(yù)完全依靠系統(tǒng)自動(dòng)提取特征建立的十指指紋樣本庫(kù)，條件較好的現(xiàn)場(chǎng)指紋入庫(kù)正查比對(duì)時(shí)，可以運(yùn)用系統(tǒng)自動(dòng)提取特征提交比對(duì)和人工編輯特征提交比對(duì)兩種不同的方法。這樣可以避免因現(xiàn)場(chǎng)指紋人工編輯的特征與系統(tǒng)自動(dòng)提取樣本指紋的特征產(chǎn)生差異，從而影響比對(duì)結(jié)果。經(jīng)對(duì)測(cè)試1結(jié)果比較分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)指紋自動(dòng)提取特征正查比中82枚，未比中18枚，比中率82%?，F(xiàn)場(chǎng)指紋人工編輯特征正查比中89枚，未比中11枚，比中率89%。人工編輯特征比自動(dòng)提取特征比中率高出7%。兩者均未比中的現(xiàn)場(chǎng)指紋為10枚（人工編輯特征正查未比中的11枚經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)提取特征正查又比中1枚），自動(dòng)提取特征正查未比中的18枚，經(jīng)人工編輯后正查又比中8枚，人工編輯特征正查能將自動(dòng)提取特征正查比中率提高8個(gè)百分點(diǎn)。自動(dòng)提取特征正查提高人工編輯特征正查比中率1個(gè)百分點(diǎn)。用兩種方法正查，比中率為90%，比單一人工編輯特征正查比中率提高1%，比單一自動(dòng)提取特征正查比中率提高8%。

（3）對(duì)于重點(diǎn)人員十指指紋倒查比對(duì)時(shí)，采用系統(tǒng)自動(dòng)和人工干預(yù)兩種方法提取特征，然后分別入庫(kù)查詢比對(duì)。我們對(duì)測(cè)試1倒查比對(duì)結(jié)果進(jìn)行深度測(cè)試分析。經(jīng)比較分析發(fā)現(xiàn)，十指紋自動(dòng)提取特征倒查比中91枚，未比中9枚，比中率91%。十指指紋人工編輯特征倒查比中96枚，未比中4枚，比中率96%。人工編輯特征比自動(dòng)提取特征比中率高出5%。自動(dòng)提取特征倒查未比中的9枚經(jīng)人工編輯后倒查又比中7枚。人工編輯特征倒查未比中的4枚經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)提取特征倒查又比中2枚。用兩種方法倒查，比中率為98%，比單一人工編輯特征倒查比中率提高2%，比單一自動(dòng)提取特征倒查比中率提高7%。

（4）現(xiàn)場(chǎng)指紋正查比對(duì)人工編輯特征時(shí)，對(duì)于小點(diǎn)、小眼、小棒等特殊特征，必須采取不提取標(biāo)注和提取標(biāo)注兩種方法分別入庫(kù)查詢比對(duì)。系統(tǒng)自動(dòng)提取特征情況統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，樣本指紋小點(diǎn)、小棒、小眼、小橋、小溝、交錯(cuò)等特殊特征漏提率分別達(dá)到50.88%、4.32%、16.41%、29.53%、14.96%、24.31%。因此，對(duì)于小點(diǎn)、小眼、小棒等特殊特征，采取不提取標(biāo)注和提取標(biāo)注兩種方法分別入庫(kù)查詢比對(duì)，可以有效防止因自動(dòng)提取特征模式不準(zhǔn)導(dǎo)致該比中而沒(méi)比中情況的發(fā)生。

（5）加強(qiáng)自動(dòng)提取指紋特征技術(shù)的研究和完善，從技術(shù)層面解決特征的多提、漏提的問(wèn)題。深入剖析系統(tǒng)自動(dòng)提取特征不準(zhǔn)確的原因，查找系統(tǒng)自動(dòng)提取特征的漏洞，優(yōu)化系統(tǒng)的算法，完善系統(tǒng)自動(dòng)提取特征的技術(shù)方案，最終到達(dá)自動(dòng)提取特征準(zhǔn)確率達(dá)到100%。

[1]劉文,趙向欣.中國(guó)刑事科學(xué)技術(shù)大全——指紋技術(shù)[M].北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社,2004: 108-109.

D913.3

A

2095-7939(2016)01-0055-03

2015-06-03

楊洪平（1964-），男，江蘇溧陽(yáng)人，江蘇省揚(yáng)州市公安局刑警支隊(duì)高級(jí)工程師，主要從事犯罪現(xiàn)場(chǎng)勘查、痕跡檢驗(yàn)與視頻偵查研究。

于 萍）