重叠指纹分离方法比较

张钊　郑琰川

摘 要 重叠指纹在公安机关办理案件的过程中广泛存在，在犯罪现场的水杯、保险柜把手等各种物体上，若能成功地分离重叠指纹，会给公安人员侦查破案带来重要线索。本文的目的在于对各种重叠指纹分离方法进行叙述，根据公安机关的实际情况为重叠指纹分离技术的发展和进一步的工作提供依据。

关键词 重叠指纹 分离方法 比较

作者简介：张钊、郑琰川，陕西省咸阳市公安局。

中图分类号：D918.9 文献标识码：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2017.01.125

现如今在线指纹收集和自动指纹识别技术的计算方法，随着技术的革新已经获得了很大的进步。多种指纹识别技术，例如，指纹采集、归类、增强和匹配，性能等的水平都明显的提高了一个台阶。生物识别技术作为现在进行个人身份区分的关键技术，正前越来越多的被关注。其中最具有代表性的生物识别技术就是指纹识别，指纹识别技术不但在司法领域取占据着比较重要的地位并且凸显出越来越重要的作用，而且也开始被大量的使用在民用领域。其中一个最具代表性的使用就是手机指纹解锁，所以说指纹识别技术在现代社会中正扮演着越来越重要的作用。然而，由于在指纹识别的过程当中充满着未知的复杂性和不确定性，使得自动指纹识别系统面临着不少有待解决和完善的未知问题。

一、指纹及重叠指纹概述

指纹指的就是每个人手指上的皮肤纹理图形，构成部分主要为间隔几乎等距的脊和谷。基于这种构成形式因其每个人的不同而具有不变性和唯一性，因此指纹可以在生物上被用来进行不同人之间的快速的区分。目前，犯罪行为变得越来越智能化和专业化，由于犯罪者的反侦查心理的加强，犯罪者在案发现场留下的作案痕迹越来越少，因此这就无疑的增加了现场证据和痕迹的提取和分析，为刑事技术人员的工作提出了一个很大的挑战。自动指纹识别技术一般包括图像的分析处理、模型的识别、计算机和传感器等多种技术，是随着人们对指纹识别需求的不断增加而逐渐形成和完善的，对它的探究可以回归到二十世纪六十年代初期。自动指纹识别技术随着时间的不断推移，已经在各个方面取得了不少进步，而且不断地在进行着自我的不断地完善。重叠指纹对于现场取证工作来说可以算是一类疑难痕迹物证，而这些重叠指纹中极有可能存在案犯实施犯罪时遗留的指纹。在没有单枚指纹的情况下，对现场留下的重叠指纹进行分析分离成多个单枚指纹，对确定罪犯犯罪过程和案件的侦破来说具有重要的价值和作用。

二、重叠指纹的分离

指纹的自动识别作为一个识别研究的分支学科，不论从哪个角度来理解都具有相当大的不可预知的难度，其分析过程的难点主要集中和体现在怎样对采集的各种复杂的重叠指纹进行指纹图像的滤波和增强，怎样分析指纹的全部特征和细节，以及怎样在各种条件不具备或者不完整的条件下，对不完整或者发生变形扭曲的指纹进行特征的匹配。如果站在图像的本质上而言，指纹图像可以被归类在纹理图像之中，分析指纹自动识别技术时的关键在于必须围绕在指纹图像纹理的细节特征左右，采用局部的图像纹理特征的图像处理方法可以很大程度的减少工作量，同时还能够保证工作的质量。

目前大多数的有关的各种指纹信息的使用和分析都是将单个指纹作为研究对象，而很少把重叠指纹作为主要的分析对象。然而在日常的公安系统当中，会经常遇到需要解决重接指纹图像的处理问题。现在问题的关键在于如何从重叠的指纹当中提取分离出具有关键作用的单个指纹，用来做出具有价值的半管。现场的指纹由于收到多种不可预知的因素作用，例如受压、扭曲、偏转、噪声，导致指纹的完整性受损，使得部分可能有价值的信息流失，而对案件的侦破带来困难。一般意义上的指纹增强是指通过对现场采集的指纹依据其方向场、纹理取向、细节特征来做到对传统重叠指纹的分离，最终遭到对采集的指纹进行噪声分离，使得所收集的指纹的清晰度得到增加。在案件现场的不同的地方，例如，桌面上、房把手、碎玻璃、家具表面、饮料容器等的同一部位存在的一枚或者多枚单个指纹的相互叠加的指纹被称作重叠指纹。

一般意义上按照指纹的成形原因可以将指纹分为：不同的残留物质的重叠指纹。在物体的同一位置由于受到灰尘、血迹、油脂、汗液等原因使得一种或者多种指纹重叠；不同时间的重叠指纹，在物体的同一部位不同的时间内分别经过多次手指的捺印，形成的指纹；不同纹线取向的重叠指纹，物体表面的同一位置受到不同方向手指的按压而形成的不同角度的重叠指纹。

三、重叠指纹的分离方法比较

（一）基于分区模板的重叠指纹的分离方法

目前为止，指纹已经被视为是刑侦破案当中极重要的破案线索和证物。指纹作为案件处理的一手文件和在向法院提供的过程当中是以照片的格式递交的。在犯罪现场，我们实际采集的指纹图片往往是多个指纹交织在一起，这就给案件的及时侦破和物证的提供带来巨大的麻烦。随着技术的不断发展，目前已经可以通过数字化设备将现场收集的指纹进行处理成数字图像，然后耦合分析对比，最终将这些交织在一起的指纹分离出来。现有的重叠指纹的处理方法有：将指纹数字图像离散成小方格子图像，尽量使得每个格子所包含的重叠指纹包含的脊线间交角尽量大；依次对每个格子进行转化，得到与之对应的频图，再根据脊线取向和不同的频率拿掉那些不需要的频率点；要想获得所要分离的指纹就必须把频图经过反计算得到空域图。这种方法也具有其自身的缺点：一般意义上重叠指纹的脊线是由不同曲率半径较小的弧线构成，如果格子太大，会导致无法确定脊线的取向，如果格子太小，则无法完美的体现出指纹的脊线频率优势。

（二）基于纹理特征分形的重叠指纹快速分离技术

重叠指纹的出现导致在指纹采集过程中，使的对指纹进行正确的识别带来了比较大的难度，严重影响到了分析的准确率。因此，实现复杂环境下指纹特征的快速高效的分离是对指纹识别来说具有重大的作用。随着时间和技术的发展，以及对指纹分离的需要，人们对于重叠指纹的快速分离的研究变得越来越关注。首先需要建立指纹图像的采集及纹理特征优化的分离模型，然后采用纹理特征分形算法对重叠指纹进行快速分离，并且改进，最后进行实验分析，对本算法的可行性进行验证，使得结论的可靠性得到保证。该算法在对重叠指纹进行分离时表现出一定的优越性，而且准确度较高、节约时间。

（三）基于计算机重叠指纹的分离技术

现在，借助计算机的先进技术对重叠指纹进行分离已经变成了一种适用范围广、操作技术简单、分离高效率、应用和推广前景广阔的方法。根据相关的研究成果表明，借助一定的计算机技术来进行指纹的人工合成以及分离能够取得比较理想的效果，尤其适应于一些特殊现场所采集到的重叠指纹，借助计算机技术能够保证所进行分离操作的指纹具有清晰的细节特点，而且表现出一定的典型特征，基本已经符合了目前主流的检验鉴定标准的要求。在计算机处理方法中可以分为分区处理方式以及分类分区处理方式。其中分区处理方式是在对待分离的目标指纹、分离区域以及中心点进行选定后，分别对分离角度、分离度以及对比度进行调整。分类分区处理方式是选择与目标指纹对应的分离模板及指纹方向，然后选取分离区域内指纹文献的奇异点以及由奇异点发出的线段，最后分别对分离角度、分离度以及对比度进行调整。两种方式处理结果如图所示：

笔者借助一些文献以及一定的实验分析，有了一定的心得，具体如下：1.如果从技术原理的角度来开展，我们可以看出，对于一般的分区处理方式，借助一定的分类分区的处理方式的优势更为突出，例如在对指纹的左旋、右旋以及双旋特点的区分等等，但是由于指纹的一般存在较多的区域界线，从而导致了指纹线之间的链接存在明显的困难，突出了指纹的块状感。2.一般来说，对于指纹的分离效果，其受到指纹的重叠角度的影响比较小，而对于指纹纹线之间的夹角的影响则比较大。3.对于指纹而言，其重叠纹线不可能做到非常的完美，必然有一定的非完美的区域的存在，而且对于这些区域，不管是采取怎样好的、精细的分区方式都不能取得理想的分离效果。所以说，在一定的情况下可以放弃这部分的区域，可以充分的借助那些比较完美的区域开展分离，从而实现一些细节特征的有效得到。4.在对于指纹的分离过程中，必然要出现一定的伪特征，但是只要是在指纹出现一定的细节特征，即便其属于是伪特征，但是一般情况下也存在一定的细节特征。虽然这些特征可能在一定程度并不能形成充分的证据，也就是不能实现对于人身的认定，但是却能够提供一定的线索，用于对于指纹的检验鉴定，明确了重要的方向性。但是鉴于本文所提出的计算机分离处理过程属于是比较新颖的方式，尤其是对于比较严重的重叠指纹方法，所以说我们仍然必须对其进行一定程度的完善以及创新，主要可以从优化指纹显现技术、运用刑事照相技术、升级程序算法以及加入预处理步骤等不同的方面进行拓展。

四、结语

对于指纹图像分离的处理环节具有重要的意义，可以说是整个指纹检验过程的重中之重，同时又能够起到一定的衔接作用。把对于指纹图像的收集过程以及指纹的识别过程密切的联系起来，能够进一步的促进以后的指纹识别的鉴定过程。近几年以来，指纹的重叠分离已经取得了明显的进步，同时在分析强化的处理行业也存在一些最新的研究突破，指纹图像的分离处理的实际效果在公安机关侦查案件的过程中受到越来越多的重视。本文叙述了不同种类的重叠指纹分离方法，以期能够进一步地促进重叠指纹分离技术的发展，尤其是对于一些指纹成像质量比较低的情况，为侦查破案带来重要线索。

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