重疊指紋分離方法比較

張釗　鄭琰川

摘 要 重疊指紋在公安機關(guān)辦理案件的過程中廣泛存在，在犯罪現(xiàn)場的水杯、保險柜把手等各種物體上，若能成功地分離重疊指紋，會給公安人員偵查破案帶來重要線索。本文的目的在于對各種重疊指紋分離方法進行敘述，根據(jù)公安機關(guān)的實際情況為重疊指紋分離技術(shù)的發(fā)展和進一步的工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 重疊指紋 分離方法 比較

作者簡介：張釗、鄭琰川，陜西省咸陽市公安局。

中圖分類號：D918.9 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2017.01.125

現(xiàn)如今在線指紋收集和自動指紋識別技術(shù)的計算方法，隨著技術(shù)的革新已經(jīng)獲得了很大的進步。多種指紋識別技術(shù)，例如，指紋采集、歸類、增強和匹配，性能等的水平都明顯的提高了一個臺階。生物識別技術(shù)作為現(xiàn)在進行個人身份區(qū)分的關(guān)鍵技術(shù)，正前越來越多的被關(guān)注。其中最具有代表性的生物識別技術(shù)就是指紋識別，指紋識別技術(shù)不但在司法領(lǐng)域取占據(jù)著比較重要的地位并且凸顯出越來越重要的作用，而且也開始被大量的使用在民用領(lǐng)域。其中一個最具代表性的使用就是手機指紋解鎖，所以說指紋識別技術(shù)在現(xiàn)代社會中正扮演著越來越重要的作用。然而，由于在指紋識別的過程當(dāng)中充滿著未知的復(fù)雜性和不確定性，使得自動指紋識別系統(tǒng)面臨著不少有待解決和完善的未知問題。

一、指紋及重疊指紋概述

指紋指的就是每個人手指上的皮膚紋理圖形，構(gòu)成部分主要為間隔幾乎等距的脊和谷。基于這種構(gòu)成形式因其每個人的不同而具有不變性和唯一性，因此指紋可以在生物上被用來進行不同人之間的快速的區(qū)分。目前，犯罪行為變得越來越智能化和專業(yè)化，由于犯罪者的反偵查心理的加強，犯罪者在案發(fā)現(xiàn)場留下的作案痕跡越來越少，因此這就無疑的增加了現(xiàn)場證據(jù)和痕跡的提取和分析，為刑事技術(shù)人員的工作提出了一個很大的挑戰(zhàn)。自動指紋識別技術(shù)一般包括圖像的分析處理、模型的識別、計算機和傳感器等多種技術(shù)，是隨著人們對指紋識別需求的不斷增加而逐漸形成和完善的，對它的探究可以回歸到二十世紀(jì)六十年代初期。自動指紋識別技術(shù)隨著時間的不斷推移，已經(jīng)在各個方面取得了不少進步，而且不斷地在進行著自我的不斷地完善。重疊指紋對于現(xiàn)場取證工作來說可以算是一類疑難痕跡物證，而這些重疊指紋中極有可能存在案犯實施犯罪時遺留的指紋。在沒有單枚指紋的情況下，對現(xiàn)場留下的重疊指紋進行分析分離成多個單枚指紋，對確定罪犯犯罪過程和案件的偵破來說具有重要的價值和作用。

二、重疊指紋的分離

指紋的自動識別作為一個識別研究的分支學(xué)科，不論從哪個角度來理解都具有相當(dāng)大的不可預(yù)知的難度，其分析過程的難點主要集中和體現(xiàn)在怎樣對采集的各種復(fù)雜的重疊指紋進行指紋圖像的濾波和增強，怎樣分析指紋的全部特征和細節(jié)，以及怎樣在各種條件不具備或者不完整的條件下，對不完整或者發(fā)生變形扭曲的指紋進行特征的匹配。如果站在圖像的本質(zhì)上而言，指紋圖像可以被歸類在紋理圖像之中，分析指紋自動識別技術(shù)時的關(guān)鍵在于必須圍繞在指紋圖像紋理的細節(jié)特征左右，采用局部的圖像紋理特征的圖像處理方法可以很大程度的減少工作量，同時還能夠保證工作的質(zhì)量。

目前大多數(shù)的有關(guān)的各種指紋信息的使用和分析都是將單個指紋作為研究對象，而很少把重疊指紋作為主要的分析對象。然而在日常的公安系統(tǒng)當(dāng)中，會經(jīng)常遇到需要解決重接指紋圖像的處理問題。現(xiàn)在問題的關(guān)鍵在于如何從重疊的指紋當(dāng)中提取分離出具有關(guān)鍵作用的單個指紋，用來做出具有價值的半管?，F(xiàn)場的指紋由于收到多種不可預(yù)知的因素作用，例如受壓、扭曲、偏轉(zhuǎn)、噪聲，導(dǎo)致指紋的完整性受損，使得部分可能有價值的信息流失，而對案件的偵破帶來困難。一般意義上的指紋增強是指通過對現(xiàn)場采集的指紋依據(jù)其方向場、紋理取向、細節(jié)特征來做到對傳統(tǒng)重疊指紋的分離，最終遭到對采集的指紋進行噪聲分離，使得所收集的指紋的清晰度得到增加。在案件現(xiàn)場的不同的地方，例如，桌面上、房把手、碎玻璃、家具表面、飲料容器等的同一部位存在的一枚或者多枚單個指紋的相互疊加的指紋被稱作重疊指紋。

一般意義上按照指紋的成形原因可以將指紋分為：不同的殘留物質(zhì)的重疊指紋。在物體的同一位置由于受到灰塵、血跡、油脂、汗液等原因使得一種或者多種指紋重疊；不同時間的重疊指紋，在物體的同一部位不同的時間內(nèi)分別經(jīng)過多次手指的捺印，形成的指紋；不同紋線取向的重疊指紋，物體表面的同一位置受到不同方向手指的按壓而形成的不同角度的重疊指紋。

三、重疊指紋的分離方法比較

（一）基于分區(qū)模板的重疊指紋的分離方法

目前為止，指紋已經(jīng)被視為是刑偵破案當(dāng)中極重要的破案線索和證物。指紋作為案件處理的一手文件和在向法院提供的過程當(dāng)中是以照片的格式遞交的。在犯罪現(xiàn)場，我們實際采集的指紋圖片往往是多個指紋交織在一起，這就給案件的及時偵破和物證的提供帶來巨大的麻煩。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)可以通過數(shù)字化設(shè)備將現(xiàn)場收集的指紋進行處理成數(shù)字圖像，然后耦合分析對比，最終將這些交織在一起的指紋分離出來。現(xiàn)有的重疊指紋的處理方法有：將指紋數(shù)字圖像離散成小方格子圖像，盡量使得每個格子所包含的重疊指紋包含的脊線間交角盡量大；依次對每個格子進行轉(zhuǎn)化，得到與之對應(yīng)的頻圖，再根據(jù)脊線取向和不同的頻率拿掉那些不需要的頻率點；要想獲得所要分離的指紋就必須把頻圖經(jīng)過反計算得到空域圖。這種方法也具有其自身的缺點：一般意義上重疊指紋的脊線是由不同曲率半徑較小的弧線構(gòu)成，如果格子太大，會導(dǎo)致無法確定脊線的取向，如果格子太小，則無法完美的體現(xiàn)出指紋的脊線頻率優(yōu)勢。

（二）基于紋理特征分形的重疊指紋快速分離技術(shù)

重疊指紋的出現(xiàn)導(dǎo)致在指紋采集過程中，使的對指紋進行正確的識別帶來了比較大的難度，嚴(yán)重影響到了分析的準(zhǔn)確率。因此，實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下指紋特征的快速高效的分離是對指紋識別來說具有重大的作用。隨著時間和技術(shù)的發(fā)展，以及對指紋分離的需要，人們對于重疊指紋的快速分離的研究變得越來越關(guān)注。首先需要建立指紋圖像的采集及紋理特征優(yōu)化的分離模型，然后采用紋理特征分形算法對重疊指紋進行快速分離，并且改進，最后進行實驗分析，對本算法的可行性進行驗證，使得結(jié)論的可靠性得到保證。該算法在對重疊指紋進行分離時表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，而且準(zhǔn)確度較高、節(jié)約時間。

（三）基于計算機重疊指紋的分離技術(shù)

現(xiàn)在，借助計算機的先進技術(shù)對重疊指紋進行分離已經(jīng)變成了一種適用范圍廣、操作技術(shù)簡單、分離高效率、應(yīng)用和推廣前景廣闊的方法。根據(jù)相關(guān)的研究成果表明，借助一定的計算機技術(shù)來進行指紋的人工合成以及分離能夠取得比較理想的效果，尤其適應(yīng)于一些特殊現(xiàn)場所采集到的重疊指紋，借助計算機技術(shù)能夠保證所進行分離操作的指紋具有清晰的細節(jié)特點，而且表現(xiàn)出一定的典型特征，基本已經(jīng)符合了目前主流的檢驗鑒定標(biāo)準(zhǔn)的要求。在計算機處理方法中可以分為分區(qū)處理方式以及分類分區(qū)處理方式。其中分區(qū)處理方式是在對待分離的目標(biāo)指紋、分離區(qū)域以及中心點進行選定后，分別對分離角度、分離度以及對比度進行調(diào)整。分類分區(qū)處理方式是選擇與目標(biāo)指紋對應(yīng)的分離模板及指紋方向，然后選取分離區(qū)域內(nèi)指紋文獻的奇異點以及由奇異點發(fā)出的線段，最后分別對分離角度、分離度以及對比度進行調(diào)整。兩種方式處理結(jié)果如圖所示：

筆者借助一些文獻以及一定的實驗分析，有了一定的心得，具體如下：1.如果從技術(shù)原理的角度來開展，我們可以看出，對于一般的分區(qū)處理方式，借助一定的分類分區(qū)的處理方式的優(yōu)勢更為突出，例如在對指紋的左旋、右旋以及雙旋特點的區(qū)分等等，但是由于指紋的一般存在較多的區(qū)域界線，從而導(dǎo)致了指紋線之間的鏈接存在明顯的困難，突出了指紋的塊狀感。2.一般來說，對于指紋的分離效果，其受到指紋的重疊角度的影響比較小，而對于指紋紋線之間的夾角的影響則比較大。3.對于指紋而言，其重疊紋線不可能做到非常的完美，必然有一定的非完美的區(qū)域的存在，而且對于這些區(qū)域，不管是采取怎樣好的、精細的分區(qū)方式都不能取得理想的分離效果。所以說，在一定的情況下可以放棄這部分的區(qū)域，可以充分的借助那些比較完美的區(qū)域開展分離，從而實現(xiàn)一些細節(jié)特征的有效得到。4.在對于指紋的分離過程中，必然要出現(xiàn)一定的偽特征，但是只要是在指紋出現(xiàn)一定的細節(jié)特征，即便其屬于是偽特征，但是一般情況下也存在一定的細節(jié)特征。雖然這些特征可能在一定程度并不能形成充分的證據(jù)，也就是不能實現(xiàn)對于人身的認(rèn)定，但是卻能夠提供一定的線索，用于對于指紋的檢驗鑒定，明確了重要的方向性。但是鑒于本文所提出的計算機分離處理過程屬于是比較新穎的方式，尤其是對于比較嚴(yán)重的重疊指紋方法，所以說我們?nèi)匀槐仨殞ζ溥M行一定程度的完善以及創(chuàng)新，主要可以從優(yōu)化指紋顯現(xiàn)技術(shù)、運用刑事照相技術(shù)、升級程序算法以及加入預(yù)處理步驟等不同的方面進行拓展。

四、結(jié)語

對于指紋圖像分離的處理環(huán)節(jié)具有重要的意義，可以說是整個指紋檢驗過程的重中之重，同時又能夠起到一定的銜接作用。把對于指紋圖像的收集過程以及指紋的識別過程密切的聯(lián)系起來，能夠進一步的促進以后的指紋識別的鑒定過程。近幾年以來，指紋的重疊分離已經(jīng)取得了明顯的進步，同時在分析強化的處理行業(yè)也存在一些最新的研究突破，指紋圖像的分離處理的實際效果在公安機關(guān)偵查案件的過程中受到越來越多的重視。本文敘述了不同種類的重疊指紋分離方法，以期能夠進一步地促進重疊指紋分離技術(shù)的發(fā)展，尤其是對于一些指紋成像質(zhì)量比較低的情況，為偵查破案帶來重要線索。

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