不同点取特征方法对于指纹鉴定人员在分析阶段点取特征的影响

冯雅娴，　罗亚平

(中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京　102623)



不同点取特征方法对于指纹鉴定人员在分析阶段点取特征的影响

冯雅娴，罗亚平

(中国人民公安大学刑事科学技术学院， 北京102623)

摘要目的 通过对鉴定人员在分析阶段标记同一枚指纹的特征点数据进行统计，分析鉴定主体点取特征的准确性、稳定性及心理认知水平，旨在提高分析阶段鉴定质量。方法 分析不同点取方法对鉴定人员点取特征的影响，采用比较和控制变量法进行实验，运用统计学和心理学知识进行数据分析。结果分类标记特征点条件下点取特征点总数量增多、错误率降低，高频特征点主要分布在清晰、较中心的区域，本次实验选取的鉴定人员在特征点取的稳定性方面要远远低于专家水平。结论 分类点取特征点方法有助于指纹鉴定工作，可以增加点取数量、降低错误率以及提高鉴定主体鉴定的稳定性；本实验的局限在于鉴定主体为正在学习指纹检验知识的学生，没有与其他水平的鉴定人员进行比较。

关键词指纹鉴定人员； 分析阶段； 特征点； 分类点取方法； 样本参照

0引言

指纹鉴定程序包括：分析、比对、评断、复核(简称ACEV)[1]。指纹鉴定人员在每一个阶段都需要依据检验和鉴定标准做出判断，为形成最终的鉴定意见奠定基础。在4个阶段中，分析是指纹鉴定首先要进行的步骤，该阶段承担着收集信息和预评估现场指纹价值的重要作用，指纹鉴定者在此阶段要对现场指纹的质量、特征点分布、形变以及其他因素进行分析，从而为之后的比对、综合判断等过程提供原始参考。因此，分析阶段在整个鉴定程序中起着非常重要的作用，具有很高的研究价值[2]。

本文通过对指纹鉴定初学者在分析阶段的特征点取数量、准确性以及稳定性进行分析，主要探究不同点取方法对于指纹鉴定人员在分析阶段点取特征点效果的影响，同时辅以对指纹鉴定人员心理认知能力的分析，希望将指纹鉴定程序更直观地展现给大家，为以后研究指纹鉴定意见的可靠性提供依据。

1实验

1.1　参与实验的人员

本实验选取86名初次接触并完成指纹检验课学习的大学本科生作为实验鉴定人员。

1.2　模拟现场检材手印制作

模拟实际案件情况，提取遗留在非渗透性客体表面、磁性粉刷显的指印。通过多次实验，选择4枚质量从高到低的现场指印印痕作为实验检材手印，顺序依次为指纹1、指纹2、指纹3、指纹4，如图1所示。随后采集该指纹清晰的3面捺印样本以供参考。

1.3　实验设计

为分析不同点取方法对指纹鉴定人员在分析阶段点取特征点数量、错误率、稳定性的影响，实验选取4枚模拟现场指纹，分两次进行特征点标记，每次实验之间间隔一周。

1.4　实验内容

1.4.1点取指纹细节特征

共进行两次实验，每次实验给参加实验的指纹鉴定人员发两张透明塑料袋、两张指纹打印照片(一张照片上印有指纹1和指纹2；另一张上印有指纹3和指纹4)。将指纹照片套在透明塑料袋里，然后按照上文中所述两次实验的点取方法在透明塑料袋上点取特征点。

图1　4枚模拟现场检材手印

表1　两次实验操作内容

1.4.2检材手印质量分区及汇总数据

为方便接下来数据的分析，邀请指纹专家对四枚检材手印进行人工质量分区，绿色代表高质量区，橙色代表中质量区，红色代表低质量区；然后对照清晰的样本指纹，标出认为确定存在的特征点并编号。

图2　指纹专家对4枚检材手印的质量分区及确定点编号

此外，在指纹专家对检材手印质量分区的基础上，对4枚手印的不同区域面积比重做一个数据汇总，如表2所示。

1.4.3实验数据统计

对86名参加实验的指纹鉴定人员在透明袋上点取的特征点位置进行记录，参照样本手印及专家点取结果将每位鉴定人员点取的特征点分为正确点和错误点，将4枚检材指纹的信息记录在EXCEL中，如表3所示。

将所有参加实验的指纹鉴定主体对4枚检材手印两次标记特征点位置进行汇总，得出表4中的数据。

表2　4枚手印不同区域面积比重

2实验结果及分析

这两次实验主要考察不同点取方法对鉴定人员点取特征点数量、错误率、稳定性的影响。由于篇幅有限，且4枚检材手印的分析方法完全一样，本文只对指纹一做具体介绍。

2.1　被点取特征点数量分析

统计所有参与实验的鉴定人员第二次实验较第一次实验在总数、正确数、错误数上的变化，如图3所示。横坐标表示鉴定人员编号(1-86)，纵坐标表示第二次实验与第一次实验的数量变化。

表3　部分参加实验的指纹鉴定人员点取指纹4的特征点数据

表4　4枚检材手印特征点数量

图3　第二次实验与第一次实验的数量差值

通过观察图3中数值的变化发现，大部分鉴定人员数量变化上较一致，即总数、正确数、错误数差值同大于0或同小于0。但有个别人员例外，如14号、29号、48号，总数和正确数的变化大于0，错误数的变化小于0，即第二次实验增加了对正确特征点的点取，减少了对错误点的点取；34号、42号，总数和正确数的变化小于0，错误数的变化大于0，即第二次实验减少了对正确特征点的点取，增加了对错误特征点的点取。但例外情况只占少数，说明第二次实验的操作方法对数量有一个普遍的提高。

指纹鉴定人员两次点取正确特征点的数量如图4所示，横坐标表示正确特征点位置编号1~42号，纵坐标表示被点取的数量(范围：1~86)。

图4　前两次实验点取正确特征点的数量

本文将超过60个人点取的特征点定义为高频点，高于20人低于60人点取的特征点定义为中频点，将低于20人点取的特征点定义为低频点。从图4中看到，第一次实验共有24个高频点、14个中频点、4个低频点；第二次实验共有26个高频点、11个中频点、5个低频点。第二次实验的高频点数量要比第一次实验多，而且对于同一个高频特征点，第二次实验点取的频数普遍要高于第一次实验；对于同一个中频点、低频点，第二次实验点取的频数普遍要低于第一次实验。由于第二次实验要求鉴定主体对有50%，80%，100%把握的点进行标记，一定程度上扩大了鉴定主体对于特征点检索范围并且促使其进行分类处理，优化了信息检索过程。最后，第二次实验操作增强了鉴定主体对自我判断的确定性，加强了对有把握的特征点点取，削弱了对不确定的特征点点取。

可以看出在42个特征点中，第二次实验点取的数量大于第一次的有：2、8、16、18、26、27、28、29、31、32、33、34、42，小于第一次的有：6、11、13、35、36、40；其他特征点两次实验点取的次数一样。从数量上来看，对于同一个正确特征点而言，第二次实验点取的数量普遍要高于第一次实验。再观察下42个正确特征点的分布区域：17%的点分布在橙色区域内，分别是1、2、4、5、6、7、40号特征点；5%的点分布在红色区域，是3、39特征点；78%的点分布在绿色区域内，分别是8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、41、42。数据说明第二次实验的点取方法能够帮助鉴定人员在清晰的区域点取更多的特征点。两次实验特征点的分布区域显示：在所有高频点中，只有6号特征点落在橙色区域，其他的高频点全部落在绿色区域；低频点主要分布在红色、橙色以及绿色的边缘区域，这些都是清晰度不高或者边缘容易被忽略的区域。对于初学者来说，他们对清晰区域的特征点把握较好，能够正确标出，但在模糊区域的识别能力有待提高。

为了更直观地表示两次实验操作方法对鉴定人员在点取正确特征点时的影响，将数据汇总在表5中。从表5中，可以很清楚的看到，第二次实验的操作方法普遍提高了正确特征点点取的频率。

表5　前两次实验所有鉴定人员点取正确特征点数据

2.2　特征点取错误率分析

将所有参与实验的鉴定人员点取指纹一中特征点汇总在一张图中，如图5所示，黄色点表示正确特征点(1-42号)，红色点表示错误特征点(43-63号)。通过数据发现，43号、51号、55号、61号特征点为点取率较高的错误点，这几个点落在橙色和红色区域，属于中心外围。这几个点的所在区域成像质量较低，纹线模糊，背景干扰严重，导致鉴定人员误认为该处存在特征点。

图5　指纹- 特征点分布图

对这两次实验每位鉴定人员的错误率进行统计分析，图6显示的是每位鉴定人员第二次实验错误率与第一次实验错误率的差。横坐标是鉴定人员编号(1-86)，纵坐标是两次实验错误率的差值。

从图6中得知：对于大部分鉴定人员而言，在第二次实验中的错误率基本上都要低于第一次实验。

2.3　特征点取稳定性分析

单纯地比较两次实验点取的特征点数量并不能反映稳定性的好坏，因为数量相同并不能代表特征点位置能一一对应。为了分析特征点点取的稳定性，应将增加或减少的每一个正确或错误的点都记录下来。本文参考文献中提出将变化程度指数MVI作为衡量每两次实验之间点取特征点变化的指标，计算公式是：

图6　第二次实验与第一次实验错误率的差值

其中ni表示第i种情况的个数，wi是相应的权重，对增加一个正确的特征点和减少一个错误的特征点与减少一个正确特征点和增加一个错误特征点赋予相同的权重，赋值为1[1]。MVI指标可以体现指纹检验人员的水平，数值越大说明指纹检验人员的稳定性越差，反之，说明指纹检验人员的稳定性越好。

图7　第一次实验和第二次实验MVI值

一般中级和高级的指纹鉴定主体MVI值在2~8之间，只有少量变化到10。图7横坐标表示点取的人数，纵坐标表示MVI值。从统计的MVI值看，高于15的人数占大半。刚刚学习指纹课程的学生两次实验稳定性差距较大，要远远低于中级和高级指纹专家[4]。

3结论

(1) 通过观察不同点取方法对点取效果的影响发现：分类点取特征点的方法可以使鉴定人员将确定特征点和不确定特征点区别开来，尤其对于绿色特征点，指纹鉴定人员在点取的时候会更加谨慎、认真，所以后期在统计数据的时候，绿色点点取的正确率也是比较高的；对点取数量和正确率而言，分类点取特征点的方法要远优于不分类点取的方法。分类点取特征点的方法，可以提高鉴定人员点取特征点的准确性，更细致全面地了解指纹细节特征，为提高分析阶段鉴定质量提供保障。

(2) 本实验一些不足的地方：首先，本文仅仅对错误率进行了统计，没有分析错误点的特征、分布区域以及错误的原因；其次，本文的鉴定主体为指纹检验的初学者，没有涉及有实际检验经验的鉴定人员。我们将在后续的研究中对这两个问题进行深入探讨和改进。

参考文献

[1]刘世权,罗亚平,吴健.指纹鉴定人员对现场指印认知能力的研究[J].刑事技术，2015(1).

[2]常武.对指纹特点的重新思考[J].公安大学学报：自然科学版，2001(4).

[3]LANGENBERG G. A performance study of the ACE-V process: a pilot study to measure the accuracy, precision, reproducibility, repeatability, and biasability of conclusions resulting from the ACE-V process[J]. Journal of Forensic Identification, 2009，59(2)：219-257.

[4]LANGENBERGG, CHAMPOD C. Informing the Judgments of fingerprint analysts using quality metric and statistical assessment tools[J]. Forensic Science Int. 2012, 219: 183-198.

(责任编辑陈小明)

作者简介冯雅娴(1992—)， 女， 山东菏泽人， 2013级痕迹检验方向研究生。

中图分类号D918.91