淺談指紋自動識別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

申 金

(鐵道警官高等?？茖W(xué)校偵查系,河南鄭州,450053)

淺談指紋自動識別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

申 金

(鐵道警官高等?？茖W(xué)校偵查系,河南鄭州,450053)

目前指紋自動識別技術(shù)在世界各國得到普遍應(yīng)用和發(fā)展,特別是隨著指紋數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)大,該項技術(shù)在進(jìn)行網(wǎng)上追逃、查犯罪嫌疑人、查前科、確定未破案件和串并案件等中發(fā)揮的作用越來越大,但這些技術(shù)手段都只能在偵查工作的后臺運(yùn)行,不能直接面對犯罪嫌疑人進(jìn)行快速查對,這就影響了案件的偵破效率。加強(qiáng)對指紋自動識別技術(shù)拓展性研究,把其應(yīng)用工作直接移向偵查工作前沿即將成為現(xiàn)實。

指紋;自動識別

隨著科技強(qiáng)警戰(zhàn)略的貫徹實施,全國公安機(jī)關(guān)近年來不斷加大了指紋自動識別系統(tǒng)的投資建設(shè)和技術(shù)手段的推廣應(yīng)用,逐步建成大、中、小三種類型的指紋數(shù)據(jù)庫,基本實現(xiàn)了現(xiàn)場指紋的采集儲存、圖像查尋、初檢比對、相互聯(lián)網(wǎng)等多項功能,并通過有效破案證實了指紋自動識別技術(shù)已成為技術(shù)破案的主要手段之一。為進(jìn)一步深化對指紋自動識別技術(shù)的了解,提升指紋自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用空間,做好系統(tǒng)建設(shè)與新技術(shù)研究相結(jié)合,本文在論述指紋自動系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的同時,設(shè)計了一種全新的研制方案,促進(jìn)指紋自動識別技術(shù)的新發(fā)展。

一、指紋自動識別技術(shù)的發(fā)展

指紋自動識別技術(shù)來源于電子技術(shù)的發(fā)展,從20世紀(jì)60年代起,新型的電子計算機(jī)技術(shù)進(jìn)入指紋鑒定領(lǐng)域,為指紋鑒定自動化開辟了新的途徑。指紋自動識別技術(shù)是在計算機(jī)的幫助下識別指紋,通過龐大的數(shù)據(jù)庫,查找可能相同的指紋信息的技術(shù)。指紋自動識別技術(shù)的關(guān)鍵在于識別指紋的計算技術(shù),也就是識別算法。通過算法,將所有的指紋圖像按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),換算為數(shù)字信息儲存在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中,這樣可以通過指紋找到指紋的主人。隨著圖像處理、模式識別和計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,大約在20世紀(jì)70年代美日等發(fā)達(dá)國家先后開始研究自動指紋識別系統(tǒng)(Automated Fingerprint Identification System),簡稱AFIS[1]。20世紀(jì)80年代,個人電腦、光學(xué)掃描這兩項技術(shù)的革新,使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實,從而使指紋識別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用,比如代替I C卡。90年代后期,低價位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展、可靠的比對算法的發(fā)現(xiàn)為個人身份識別應(yīng)用的增長提供了舞臺。

20世紀(jì)60年代,美國、英國、法國等開始了對指紋自動識別系統(tǒng)的研制。70年代以后,逐漸出現(xiàn)了一些商業(yè)化系統(tǒng),比較著名的如FB I系統(tǒng)、NEC系統(tǒng)、Morpho系統(tǒng)、Logica系統(tǒng)、Cogent系統(tǒng)等。2000年后,世界各國的眾多學(xué)者仍然致力于數(shù)字指紋的研究,每年僅被IEEE索引的論文都有上千篇,其中有研究指紋圖像增強(qiáng)、指紋分類方法、指紋特征提取和匹配的,還有研究指紋數(shù)據(jù)庫的大量文章,數(shù)字圖像處理的各種方法幾乎都應(yīng)用于指紋識別。

美國在“9·11”事件后,要求訪問美國的外國人都必須在入境時留下指紋。如今,美國國防部平均每天要受到計算機(jī)黑客的7次攻擊。為此,美國國防部決定,今后不再使用普通的計算機(jī)密碼,而開始使用人體特征作密碼,以圖有效阻擋黑客的攻擊。如使用者的指紋、聲紋、眼紋、耳紋等,以后還要包括計算機(jī)使用者的味紋?，F(xiàn)在,國防部特意在五角大樓附近建立了一個人體特征密碼分析中心,并建立了一個數(shù)據(jù)庫中心,將國防部所有雇員的人體特征密碼都存儲起來。在這種情況下,使用者要上機(jī)工作時,必須先由照相機(jī)等攝像設(shè)備拍攝他們的這些特征,然后傳給計算機(jī),由計算機(jī)與數(shù)據(jù)庫存儲的資料比較,在鑒定認(rèn)可后,使用者才能正常開機(jī)。

國內(nèi)對指紋自動識別系統(tǒng)的研究較晚,大約開始于上世紀(jì)90年代初,但也取得了令人矚目的成就。如北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京市刑科所、公安部物證鑒定中心等都獲得了不少的研究成果。比較出色的有北京大學(xué)的Delta-S系統(tǒng),清華大學(xué)的CAFIS系統(tǒng)等。以中科院自動化研究所為代表的課題組得到了國家杰出青年科學(xué)基金項目、國家重大基礎(chǔ)研究前期研究專項項目、“863”高科技發(fā)展計劃項目和國家自然科學(xué)基金項目等眾多項目的資助,使我國的指紋自動識別技術(shù)趕上了國際水平。近年,指紋識別系統(tǒng)的研究與應(yīng)用成為一個熱點(diǎn),特別是商業(yè)指紋自動識別系統(tǒng)的應(yīng)用更廣泛,國內(nèi)出現(xiàn)了眾多生物識別科技公司和網(wǎng)站,指紋考勤機(jī)、指紋門禁系統(tǒng)等產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。對于警用大型或者超大型指紋庫而言,匹配的速度和相似性排序是識別技術(shù)的關(guān)鍵,但是最后的鑒定結(jié)果仍要靠專家認(rèn)定。

二、指紋識別技術(shù)在偵查工作中的應(yīng)用及存在的問題

從20世紀(jì)90年代,全國地市級公安機(jī)關(guān)的情報資料部門陸續(xù)裝備了自動指紋識別系統(tǒng),通過多年的努力,各地公安機(jī)關(guān)的指紋庫已基本實現(xiàn)了互通互聯(lián),并且通過指紋庫的利用破獲了大量案件。

公安情報信息大型指紋自動識別系統(tǒng),是運(yùn)行在數(shù)以百萬甚至更大的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的自動指紋識別系統(tǒng),這就要求更高的識別精度和極快的運(yùn)行速度。目前計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)能夠保障速度指標(biāo)的要求,從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上,采用模版壓縮的方法,可以進(jìn)一步減少系統(tǒng)的運(yùn)行時間。但是,識別精度的提高不是一朝一夕的事情,從情報資料判定指紋的程序來講,目前的警用自動指紋識別技術(shù)還處在半人工狀態(tài),分析其原因,主要存在以下幾個方面的問題。

一是指紋庫中指紋圖像質(zhì)量雜亂。自動指紋識別系統(tǒng)的前期數(shù)字指紋圖像多來源于傳統(tǒng)的指紋卡,指紋都是采用油墨捺印方式采集的,指紋庫的指紋都是掃描這些卡片獲得的。十指卡大多都是非專業(yè)人員采集的,質(zhì)量參差不齊,加之掃描中的對齊程度不同,導(dǎo)致庫中存有大量低質(zhì)量和無法識別的指紋。另有一部分指紋圖像采用了光學(xué)采集方式,整體質(zhì)量雖然較掃描指紋圖像有所改善,但是很多干燥和過濕指紋也暴露了光學(xué)采集器的局限性。

二是指紋庫無限擴(kuò)大。目前的警用自動識別系統(tǒng)包括以下幾種比對方式:通過現(xiàn)場指紋查十指指紋庫LT:TP比對(查犯罪者),十指指紋查十指指紋庫TP:TP比對(查前科),十指指紋查未破案件指紋庫TP:UL比對(確認(rèn)未破案件),現(xiàn)場指紋查未破案件指紋庫LT:UL比對(查串并關(guān)系)等?？梢钥闯?每天都有大量的指紋圖像被錄入數(shù)據(jù)庫,從指紋庫中剔出的指紋卻寥寥無幾,這些指紋包括死亡人員、幾十年不再作案的人員和服刑人員等。

三是識別系統(tǒng)性能有待進(jìn)一步提高。從世界指紋驗證演算法辨識競賽(FVC競賽)的成績來看,全球的自動指紋識別技術(shù)尚處于發(fā)展階段,誤識和拒識的錯誤率在百分位上。因此,警用指紋識別系統(tǒng)中匹配結(jié)果可能會出現(xiàn)打分最高的紋型都是錯誤的,而真正的指紋在排序百位以后可能才會出現(xiàn)。因此,需要進(jìn)一步改善自動識別系統(tǒng)的性能,提高識別的精確度。

四是指紋識別時間太長,不能及時提供信息。目前自動指紋識別技術(shù)在偵查后端運(yùn)行,現(xiàn)場采集到的指紋,需要技術(shù)人員處理成符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像,再由情報信息工作部門查詢。由于警用自動指紋識別系統(tǒng)的半人工匹配方式,現(xiàn)場指紋的匹配結(jié)果需要等待較長的時日。因此,它不能在偵查工作需要在第一時間提供信息,影響了偵查工作的進(jìn)展。

五是指紋采集的工作量往往太大,影響破案工作效率。在案件偵破過程中,如果能夠提取到犯罪嫌疑人留下的指紋,就相當(dāng)于得到了破案的直接路徑,偵查人員的核心工作任務(wù)變?yōu)榱舜蠓秶奶崛≈讣y工作。原本偵查人員的任務(wù)是調(diào)查取證,發(fā)現(xiàn)可疑線索,偵破案件。指紋作為破案的直接途徑,使偵查人員放棄了應(yīng)該做的工作,變成了指紋采集員。同時,不容忽視的事實是,在提取到了犯罪嫌疑人的指紋的同時,大多數(shù)情況下也驚動了犯罪嫌疑人,待比對結(jié)果出來的時候,犯罪嫌疑人已去向不明,隨之而來的是鋪天蓋地的抓捕過程和大量的資金費(fèi)用。

三、嵌入式自動指紋識別技術(shù)可移向偵查工作前沿

嵌入式自動指紋識別技術(shù)近年來逐漸成熟,在門禁、安防和金融等方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)是以指紋傳感器和DSP處理器為核心構(gòu)成的。指紋傳感器采集指紋圖像,DSP處理器實時實現(xiàn)指紋識別算法,拒判率(FRR)和誤判率(FAR)較低,具有精確度較高的特點(diǎn)。若進(jìn)行設(shè)計研究可將此技術(shù)直接應(yīng)用于犯罪嫌疑人的排查工作中,并對犯罪嫌疑人作出是與否的初步認(rèn)定。

(一)技術(shù)方案設(shè)計

目前我們正在研制一種新的技術(shù)方案,利用嵌入式指紋自動識別技術(shù)的工作原理和性能,結(jié)合偵查工作中排查犯罪嫌疑人的指紋采集方法,設(shè)計一臺小型便攜式指紋設(shè)備來完成現(xiàn)場指紋的儲存和犯罪嫌疑人指紋的直接光電采集,并進(jìn)行自動的快速比對。這種設(shè)備需要一臺PC機(jī)和自動指紋識別系統(tǒng)軟件、若干個終端手持設(shè)備組成。PC機(jī)由技術(shù)人員操作,利用自動指紋識別系統(tǒng)軟件,把現(xiàn)場指紋處理成符合鑒定條件的指紋模版,經(jīng)過壓縮加密后,傳輸?shù)矫總€終端設(shè)備上。偵查人員利用便攜式指紋終端設(shè)備,在排查工作中,在調(diào)查取證的同時,直接進(jìn)行指紋匹配工作。這樣,偵查工作、采集指紋工作兩不誤。當(dāng)發(fā)現(xiàn)犯罪嫌疑人時,終端設(shè)備以震動的方式通知偵查人員,偵查人員可以在第一時間,當(dāng)場抓獲犯罪嫌疑人。

嵌入式指紋自動識別系統(tǒng)的工作流程設(shè)計

(二)該技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

這一方案的最大特點(diǎn)就是即時破案,節(jié)省了后期追逃費(fèi)用。在公安部召開的2006年公安機(jī)關(guān)基層基礎(chǔ)建設(shè)年發(fā)布會上,新聞發(fā)言人武和平透露了刑事案件偵破費(fèi)用的一組數(shù)據(jù):“一起一般的刑事案件在追逃過程當(dāng)中,需要支付人力、物力平均至少要1萬元左右?！鄙源蟮男淌掳讣膫善瀑M(fèi)用都要在10萬元以上,“甚至上百萬、數(shù)百萬”。根據(jù)全國刑事案件立案情況,依此計算,如果采用本方案,每年全國公安機(jī)關(guān)可以節(jié)省追逃費(fèi)用50億元。

(三)技術(shù)拓展功能

該手持終端設(shè)備除了具有自動指紋識別的功能外,還可以加上一些成熟的通信電子技術(shù):通過3G網(wǎng)絡(luò)等,建立指揮部和每部排查終端設(shè)備之間的通信,指揮部可以選擇哪些排查工作手持終端設(shè)備參加專案工作,可以同時將排查條件、排查范圍、排查方法等信息發(fā)布到每一部參加專案的終端設(shè)備中,可以把痕跡物證圖像、作案工具種類圖片、模擬畫像圖片、贓物圖片等發(fā)布到每一部參加專案的排查終端設(shè)備中,可以將與案件相關(guān)的視頻錄像等發(fā)布到每一部參加專案的排查終端設(shè)備中,可以對重要的排查情況進(jìn)行錄音,并上傳到指揮部進(jìn)行分析供調(diào)整排查工作重點(diǎn)。

總之,將指紋自動識別系統(tǒng)應(yīng)用在公安一線的偵查工作中,可以極大地提高破案的效率,節(jié)省大量的辦案經(jīng)費(fèi),是科技強(qiáng)警的重要實踐。

[1]HAN Weihong,SHEN Qing.The Fingerprint Automated I-dentification System of Computer[J].Microcomputer Applications,1996,(3).

責(zé)任編輯:馬 克

D918

C

1009-3192(2010)04-0042-03

2010-06-31

申金,男,貴州遵義人,鐵道警官高等?？茖W(xué)校偵查系副主任,副教授,研究方向為刑事技術(shù)。