浅谈指纹自动识别技术的发展和应用

申 金

(铁道警官高等专科学校侦查系,河南郑州,450053)

浅谈指纹自动识别技术的发展和应用

申 金

(铁道警官高等专科学校侦查系,河南郑州,450053)

目前指纹自动识别技术在世界各国得到普遍应用和发展,特别是随着指纹数据库的扩大,该项技术在进行网上追逃、查犯罪嫌疑人、查前科、确定未破案件和串并案件等中发挥的作用越来越大,但这些技术手段都只能在侦查工作的后台运行,不能直接面对犯罪嫌疑人进行快速查对,这就影响了案件的侦破效率。加强对指纹自动识别技术拓展性研究,把其应用工作直接移向侦查工作前沿即将成为现实。

指纹;自动识别

随着科技强警战略的贯彻实施,全国公安机关近年来不断加大了指纹自动识别系统的投资建设和技术手段的推广应用,逐步建成大、中、小三种类型的指纹数据库,基本实现了现场指纹的采集储存、图像查寻、初检比对、相互联网等多项功能,并通过有效破案证实了指纹自动识别技术已成为技术破案的主要手段之一。为进一步深化对指纹自动识别技术的了解,提升指纹自动识别系统的应用空间,做好系统建设与新技术研究相结合,本文在论述指纹自动系统发展和应用的同时,设计了一种全新的研制方案,促进指纹自动识别技术的新发展。

一、指纹自动识别技术的发展

指纹自动识别技术来源于电子技术的发展,从20世纪60年代起,新型的电子计算机技术进入指纹鉴定领域,为指纹鉴定自动化开辟了新的途径。指纹自动识别技术是在计算机的帮助下识别指纹,通过庞大的数据库,查找可能相同的指纹信息的技术。指纹自动识别技术的关键在于识别指纹的计算技术,也就是识别算法。通过算法,将所有的指纹图像按照统一标准,换算为数字信息储存在计算机数据库中,这样可以通过指纹找到指纹的主人。随着图像处理、模式识别和计算机科学等学科的发展,大约在20世纪70年代美日等发达国家先后开始研究自动指纹识别系统(Automated Fingerprint Identification System),简称AFIS[1]。20世纪80年代,个人电脑、光学扫描这两项技术的革新,使得它们作为指纹取像的工具成为现实,从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用,比如代替I C卡。90年代后期,低价位取像设备的引入及其飞速发展、可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。

20世纪60年代,美国、英国、法国等开始了对指纹自动识别系统的研制。70年代以后,逐渐出现了一些商业化系统,比较著名的如FB I系统、NEC系统、Morpho系统、Logica系统、Cogent系统等。2000年后,世界各国的众多学者仍然致力于数字指纹的研究,每年仅被IEEE索引的论文都有上千篇,其中有研究指纹图像增强、指纹分类方法、指纹特征提取和匹配的,还有研究指纹数据库的大量文章,数字图像处理的各种方法几乎都应用于指纹识别。

美国在“9·11”事件后,要求访问美国的外国人都必须在入境时留下指纹。如今,美国国防部平均每天要受到计算机黑客的7次攻击。为此,美国国防部决定,今后不再使用普通的计算机密码,而开始使用人体特征作密码,以图有效阻挡黑客的攻击。如使用者的指纹、声纹、眼纹、耳纹等,以后还要包括计算机使用者的味纹。现在,国防部特意在五角大楼附近建立了一个人体特征密码分析中心,并建立了一个数据库中心,将国防部所有雇员的人体特征密码都存储起来。在这种情况下,使用者要上机工作时,必须先由照相机等摄像设备拍摄他们的这些特征,然后传给计算机,由计算机与数据库存储的资料比较,在鉴定认可后,使用者才能正常开机。

国内对指纹自动识别系统的研究较晚,大约开始于上世纪90年代初,但也取得了令人瞩目的成就。如北京大学、清华大学、北京市刑科所、公安部物证鉴定中心等都获得了不少的研究成果。比较出色的有北京大学的Delta-S系统,清华大学的CAFIS系统等。以中科院自动化研究所为代表的课题组得到了国家杰出青年科学基金项目、国家重大基础研究前期研究专项项目、“863”高科技发展计划项目和国家自然科学基金项目等众多项目的资助,使我国的指纹自动识别技术赶上了国际水平。近年,指纹识别系统的研究与应用成为一个热点,特别是商业指纹自动识别系统的应用更广泛,国内出现了众多生物识别科技公司和网站,指纹考勤机、指纹门禁系统等产品得到了广泛的应用。对于警用大型或者超大型指纹库而言,匹配的速度和相似性排序是识别技术的关键,但是最后的鉴定结果仍要靠专家认定。

二、指纹识别技术在侦查工作中的应用及存在的问题

从20世纪90年代,全国地市级公安机关的情报资料部门陆续装备了自动指纹识别系统,通过多年的努力,各地公安机关的指纹库已基本实现了互通互联,并且通过指纹库的利用破获了大量案件。

公安情报信息大型指纹自动识别系统,是运行在数以百万甚至更大的数据库系统中的自动指纹识别系统,这就要求更高的识别精度和极快的运行速度。目前计算机硬件技术的发展,已经能够保障速度指标的要求,从数据结构上,采用模版压缩的方法,可以进一步减少系统的运行时间。但是,识别精度的提高不是一朝一夕的事情,从情报资料判定指纹的程序来讲,目前的警用自动指纹识别技术还处在半人工状态,分析其原因,主要存在以下几个方面的问题。

一是指纹库中指纹图像质量杂乱。自动指纹识别系统的前期数字指纹图像多来源于传统的指纹卡,指纹都是采用油墨捺印方式采集的,指纹库的指纹都是扫描这些卡片获得的。十指卡大多都是非专业人员采集的,质量参差不齐,加之扫描中的对齐程度不同,导致库中存有大量低质量和无法识别的指纹。另有一部分指纹图像采用了光学采集方式,整体质量虽然较扫描指纹图像有所改善,但是很多干燥和过湿指纹也暴露了光学采集器的局限性。

二是指纹库无限扩大。目前的警用自动识别系统包括以下几种比对方式:通过现场指纹查十指指纹库LT:TP比对(查犯罪者),十指指纹查十指指纹库TP:TP比对(查前科),十指指纹查未破案件指纹库TP:UL比对(确认未破案件),现场指纹查未破案件指纹库LT:UL比对(查串并关系)等。可以看出,每天都有大量的指纹图像被录入数据库,从指纹库中剔出的指纹却寥寥无几,这些指纹包括死亡人员、几十年不再作案的人员和服刑人员等。

三是识别系统性能有待进一步提高。从世界指纹验证演算法辨识竞赛(FVC竞赛)的成绩来看,全球的自动指纹识别技术尚处于发展阶段,误识和拒识的错误率在百分位上。因此,警用指纹识别系统中匹配结果可能会出现打分最高的纹型都是错误的,而真正的指纹在排序百位以后可能才会出现。因此,需要进一步改善自动识别系统的性能,提高识别的精确度。

四是指纹识别时间太长,不能及时提供信息。目前自动指纹识别技术在侦查后端运行,现场采集到的指纹,需要技术人员处理成符合标准的数字图像,再由情报信息工作部门查询。由于警用自动指纹识别系统的半人工匹配方式,现场指纹的匹配结果需要等待较长的时日。因此,它不能在侦查工作需要在第一时间提供信息,影响了侦查工作的进展。

五是指纹采集的工作量往往太大,影响破案工作效率。在案件侦破过程中,如果能够提取到犯罪嫌疑人留下的指纹,就相当于得到了破案的直接路径,侦查人员的核心工作任务变为了大范围的提取指纹工作。原本侦查人员的任务是调查取证,发现可疑线索,侦破案件。指纹作为破案的直接途径,使侦查人员放弃了应该做的工作,变成了指纹采集员。同时,不容忽视的事实是,在提取到了犯罪嫌疑人的指纹的同时,大多数情况下也惊动了犯罪嫌疑人,待比对结果出来的时候,犯罪嫌疑人已去向不明,随之而来的是铺天盖地的抓捕过程和大量的资金费用。

三、嵌入式自动指纹识别技术可移向侦查工作前沿

嵌入式自动指纹识别技术近年来逐渐成熟,在门禁、安防和金融等方面得到了越来越广泛的应用。该系统是以指纹传感器和DSP处理器为核心构成的。指纹传感器采集指纹图像,DSP处理器实时实现指纹识别算法,拒判率(FRR)和误判率(FAR)较低,具有精确度较高的特点。若进行设计研究可将此技术直接应用于犯罪嫌疑人的排查工作中,并对犯罪嫌疑人作出是与否的初步认定。

(一)技术方案设计

目前我们正在研制一种新的技术方案,利用嵌入式指纹自动识别技术的工作原理和性能,结合侦查工作中排查犯罪嫌疑人的指纹采集方法,设计一台小型便携式指纹设备来完成现场指纹的储存和犯罪嫌疑人指纹的直接光电采集,并进行自动的快速比对。这种设备需要一台PC机和自动指纹识别系统软件、若干个终端手持设备组成。PC机由技术人员操作,利用自动指纹识别系统软件,把现场指纹处理成符合鉴定条件的指纹模版,经过压缩加密后,传输到每个终端设备上。侦查人员利用便携式指纹终端设备,在排查工作中,在调查取证的同时,直接进行指纹匹配工作。这样,侦查工作、采集指纹工作两不误。当发现犯罪嫌疑人时,终端设备以震动的方式通知侦查人员,侦查人员可以在第一时间,当场抓获犯罪嫌疑人。

嵌入式指纹自动识别系统的工作流程设计

(二)该技术应用的优点

这一方案的最大特点就是即时破案,节省了后期追逃费用。在公安部召开的2006年公安机关基层基础建设年发布会上,新闻发言人武和平透露了刑事案件侦破费用的一组数据:“一起一般的刑事案件在追逃过程当中,需要支付人力、物力平均至少要1万元左右。”稍大的刑事案件的侦破费用都要在10万元以上,“甚至上百万、数百万”。根据全国刑事案件立案情况,依此计算,如果采用本方案,每年全国公安机关可以节省追逃费用50亿元。

(三)技术拓展功能

该手持终端设备除了具有自动指纹识别的功能外,还可以加上一些成熟的通信电子技术:通过3G网络等,建立指挥部和每部排查终端设备之间的通信,指挥部可以选择哪些排查工作手持终端设备参加专案工作,可以同时将排查条件、排查范围、排查方法等信息发布到每一部参加专案的终端设备中,可以把痕迹物证图像、作案工具种类图片、模拟画像图片、赃物图片等发布到每一部参加专案的排查终端设备中,可以将与案件相关的视频录像等发布到每一部参加专案的排查终端设备中,可以对重要的排查情况进行录音,并上传到指挥部进行分析供调整排查工作重点。

总之,将指纹自动识别系统应用在公安一线的侦查工作中,可以极大地提高破案的效率,节省大量的办案经费,是科技强警的重要实践。

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

责任编辑:马 克

D918

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1009-3192(2010)04-0042-03

2010-06-31

申金,男,贵州遵义人,铁道警官高等专科学校侦查系副主任,副教授,研究方向为刑事技术。