对指纹特征相似性的初探

蔡治 张少航 陈俊池 梁万杰

摘要：笔者对本地指纹自动识别系统中的数据进行了统计、整理，分析了指纹特征相似性的几种表现，希望由此能对指纹鉴定人员有所启发，了解指纹的相似性。无论是在运用系统查档还是指纹的检验鉴定中，发现相似性指纹中的否定本质特征，确认指纹的不可重复性，避免工作中的失误。

关键词：指纹；相似性；初探

中图分类号：D918.91文献标识码：A文章编号：2095-4379-（2018）32-0157-02

作者简介：蔡治（1977-），女，汉族，四川夹江人，眉山市公安局刑侦支队，工程师，研究方向：痕迹检验；张少航（1978-），男，汉族，河南开封人，眉山市公安局刑侦支队，工程师，研究方向：痕迹检验；陈俊池（1984-），男，汉族，四川盐亭人，眉山市公安局刑侦支队，助理工程师，研究方向：痕迹检验；梁万杰（1984-），男，汉族，河南焦作人，眉山市公安局刑侦支队，主检法医师，研究方向：法医物证检验。

一、指纹的唯一性和相似性

指纹由于人各不同、指各不同、终身不变、触物留痕等特性，长期以来在司法系统被广泛应用于揭露和证实犯罪，被公认为证据之首。指纹的唯一性，不仅由科学家运用数学方法加以证明，在遗传学方面的研究也得到了证实，在实践活动中，也从未发现有完全相同的两枚指纹的实例。

但是不同的指纹在其整体形态、纹线的流向、细节特征的数量、形状、大小、位置关系等方面也存在一些相似的情况，表现出了一定的相似性。在司法实践中，我们也遇到一些相似度很高的疑难指纹，甚至因而出具错误的检验鉴定结论。

而随着科技的发展进步，人工智能的实体化应用，指纹技术在手机、门锁、考勤机等中得到广泛应用，给生活带来方便的同时，其安全性能也引起了人们的注意。美国研究人员发现，虽然指纹人各不相同，但指印之间的部分相似性普遍存在，以至于手机等电子设备中使用的基于指纹技术的安全系统非常脆弱。在采集8200份部分指纹后，使用商业指纹验证软件进行分析，平均每800个就可以发现潜在的92个具有破解能力的“超级指纹”；即使在800份全指纹的样本中，也发现了一个“超级指纹”。当然，这个与指纹软件的识别度有很大关联，但是也在一定程度上说明指纹确实存在相似性。二、指纹相似性的几种表现（一）纹型上的相似

纹型是指纹的基本分类，按照两级分类法有弓型纹、箕型纹、斗型纹三大类型，包括弧形纹、帐形纹、桡侧箕形纹（反箕）、尺侧箕形纹（正箕）、环形斗、螺形斗、囊形斗、双箕斗、杂形斗九种形态。[1]

对我市指纹系统中的139万余枚指纹数据进行纹型分析，发现弓、箕、斗三种纹型中以斗型纹的出现率最高，占比达47.81%，箕型纹次之约46.05%，弓型纹最少为6.14%，见表1。所以，指纹在纹型上的相似率非常高，存在不可避免的重合性。

表1139万余枚指纹数据纹型分析

数量（枚）百分比弓型纹856456.14%箕型纹64208946.05%斗型纹66656147.81%合计1394295随机抽取我市指纹系统中5万人指纹数据，发现弓、箕、斗三种纹型在各指的出现率有所有同：（1）斗型纹在拇指、环指上出现最多，5万枚右手拇指中有31668枚为斗型纹，占比达63.34%；（2）中指、小指上出现的箕型纹最多，5万枚左手小指中有29708枚为箕型纹，占比达59.42%；（3）弓型纹在食指上出现频率远高于其他手指。详见下图1。

（二）“对称性”相似

指纹的“对称性”相似是指同一个人左右两只手之间，在同一指位上存在纹型相同或细节特征相似的情况。

随机抽取我市指纹系统中5万人指纹数据，发现其中左右五指完全不同的有10083，占比20.2%，但是左右手完全相符的有2793人，占比达5.6%；单指相似性最高的为环指、拇指，环指纹型相同率为48.63%、拇指纹型相同率為47.39%；相似性最低的是小指，纹型相同率只有19.71%。详细数据，见表2。

表25万人指纹数据相似情况

指位相同数量（枚）相同率拇指2369447.39%食指2030140.60%中指1535130.70%环指2431548.63%小指985319.71%（三）局部细节特征相似

在指纹鉴定中，较完整的、能完全区分不同纹型的相似是很好鉴别的。但在实践中，大部分的现场指纹是局部而残缺的，当只有指纹的局部区域，细节特征又较少，特别是仅有质量较低的一般特征的组合时，其相似性出现的几率就比较大。

三角区由于纹线变化较大、特征点较多较小、形态结构复杂，因而是指纹中相似程度最高的区域，也是最容易干扰指纹自动识别系统查比得分的区域。下图2就是指纹系统中一枚三角区清晰现场指纹的高分查比结果对比，但结果无疑是否定的。三、指纹相似性对指纹工作的影响及应对（一）指纹系统大库衰减

指纹的相似性是客观存在的，随着指纹自动识别系统库容量的不断增大，千万级库的指纹相似度必然将高于百万级库，大库衰减现象明显。从更多的海量数据中筛查出我们需要的指纹，提高系统检索查档的准确率，除了对系统本身精度的更强需求外，对刑事技术人员的指纹编辑、比对能力有了更高的要求。

因此，指纹比对人员必须熟悉了解指纹系统特性，能运用恰当的方法进行精确的指纹细节特征编辑，针对一些模糊、残缺的疑难指纹，要尽可能的反复标示特征、多次提交比对，才能有效减少大库衰减造成的影响，避免漏查现象的发生。（二）指纹检验鉴定干扰

指纹的相似性影响最大的还是在对指纹的检验鉴定过程中，两枚指纹的相似程度越高，对鉴定工作的干扰性就越大，鉴定准确率就越高；反之，相似程度越低，干扰性就小，鉴定就越不容易出错。

因此，在一些相似度高的疑难指纹鉴定中，技术人员必须严谨对待。要充分了解需比对指纹的提取方法，考虑指纹的变形，要注意假特征的剔除、疑似特征的甄别；确认细节特征的表现形式，既要考虑它们的数量，也要考虑特征的质量；要对特征组合进行综合评判，确定相同和差异是表面的还是本质的，才能最终得出是否同一的准确鉴定结论。[参考文献]

[1]赵向欣.中华指纹学[M].群众出版社，1997.

[2]梁鲁宁.当代法庭物证鉴定技术经典与前沿[M].中央编译出版社，2004.

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