十指指纹纹型手性对称性规律的统计研究

张嘉宇，唐 玮，姜雨彤，张丽梅，张忠良,*，孙灏琳

（1.中国刑事警察学院刑事科学技术学院，沈阳 110035；2.沈阳市公安局沈河区分局刑警大队，沈阳 110801）

手性指一个物体不能与其镜像相重合的特性，在人类手指指纹上尤其明显。根据人体中心中轴线，人体左右组成两部分呈对称分布，但又存在差别，因此本研究从指纹纹型的对称性角度进行统计分析，探讨指纹纹型的手性对称性规律。目前，国内未见人类十指指纹纹型手性对称性规律的相关研究报道。2006年，后亚标[1]通过测量单枚指纹的虚拟对称中线和虚拟中心范围判断单枚指纹的左右手及可能的纹型，但其并未论证左右手同名手指上纹型对称性的强弱。2019年，刘丽等[2]通过计算左右手对称出现同种纹型的百分率，得到左右手对应手指的花纹种类具有较高对称性的结论，但其仅将斗形纹划分为两种并且其计算的为同种纹型出现对称的百分率，并非数学意义上的左右呈现的对称形态。本研究基于纹型的具体形态在同名手指之间呈现对称情况与否展开，从纹型的实用性角度进行统计分析，更能直观地表现出指纹纹型的手性对称性规律。本文对500名男性十指指纹卡的5 000枚指纹进行指纹分类和统计计算，通过当同名手指间同时出现同种纹型时该纹型呈现对称的概率来衡量十指指纹纹型对称性强弱，从统计学角度对指纹纹型的对称进行直观的描述与概括，从而得到十指指纹各指别上纹型的对称性规律以及各纹型在各指别上的对称性规律。

1 材料与方法

1.1 样本来源

本研究的样本来源于上世纪50年代东北地区部分公安局的十指指纹档案，从中随机选取500份捺印完整、纹线清晰的男性十指指纹卡，对左右手共5 000枚指纹的纹型进行统计计算并分析。

1.2 纹型分类及统计方法

1.2.1 纹型分类原则

按照指头乳突花纹六步分类法，将本研究中的指纹纹型分为十类。对于皮纹学中已有英文代号的指纹纹型利用对应代号进行标识[3]，对于皮纹学中没有英文代号的指纹纹型，则根据英文文献[4]中对应纹型实际英文的缩写进行标识。此外在纹型的方向和旋向方面，+表示向左倾斜和顺时旋向，-表示向右倾斜和逆时旋向（见表1）。

表1 指纹纹型的识别标准Table 1 Standard for identifying fingerprint patterns

十类纹型名称及标识如下：弧形纹（Simple Arch，As+，As-）、帐 形 纹（Tented Arch，At+，At-）、尺箕（Ulnar Loop，Lu）、桡箕（Radial Loop，Lr）、双箕斗（Double Loop，Wd+，Wd-）、环形斗（Round Whorl，Wr+，Wr-）、螺形斗（Spiral Whorl，Ws+，Ws-）、绞形斗（Twisted Whorl，Wt+，Wt-）、曲 形 斗（Composite Whorl，Wc+，Wc-）、囊 形 斗（Central Pocket Whorl，Wp+，Wp-）。由于箕斗、箕帐、并列双箕混杂型纹在样本中极少出现，不适宜统计对称性，故在此次研究中未统计。

现有的指纹分类体系中弧形纹、帐形纹和环形斗是否倾斜的区分标准为弓形线顶点连线、主支撑线和中心环形线的长轴是否明显倾斜，而本文从对称性角度区分指纹的左右对称性，所以将指纹的中心花纹朝向和旋向根据指纹的中轴线严格划分为左倾和右倾两种，以求得到更加直观的指纹对称性规律。

1.2.2 统计方法

以弓形纹和斗形纹为例，在图1a中，以弧形线顶点垂直于指纹作竖直中轴线，整体弧形线偏离中轴线即为左倾或右倾；图1b斗形纹同理，中心环形线偏离中轴线即为左倾或右倾。

本研究共准确识别500张十指指纹卡中的5 000枚指纹，对每一个十指指纹卡的同名手指各纹型对称性进行记录，统计对称样本数（指纹纹型相同的条件下中心花纹的旋向或朝向呈左右对称关系的样本数，记为S）、同形非对称样本数（指纹纹型相同的条件下中心花纹的旋向或朝向呈同一方向关系的样本数，记为B）、各纹型在同名手指间同时出现样本数（记为A），则可得：对称率＝S/A；同形非对称率＝B/A。

对称样本的识别标准如图2所示，以箕形纹为例，同名手指均为正箕，箕头朝向相反，为对称样本。

图2 箕形纹对称性识别标准Fig.2 Standard about symmetry identification of loop pattern

2 结果

2.1 样本指纹纹型分布情况

5 000枚指纹的纹型的统计分布情况见表2。

表2 左右手十枚指纹的指纹纹型分布情况Table 2 Appearance and symmetrical distribution of fingerprint patterns with ten left-/right-handed fingerprints

2.2 同名手指间纹型对称性统计与分析

各指别的对称率、同形非对称率如表3所示。

表3 左右手各指间纹型对称性分析结果Table 3 Analysis of fingerprint-pattern symmetry about each finger from left and right hands

拇指上各纹型对称率均较高，其中弧形纹、环形斗对称率最高为100%，箕形纹、双箕斗的对称率分别为97%、94%，表明当左右拇指同时出现弧形纹、环形斗、箕形纹、双箕斗时对称性很高；其次分别为绞形斗、囊形斗、曲形斗、螺形斗，依然表现出较高的对称性，同时受纹型出现率的影响，由于所统计样本中左右拇指并未同时出现帐形纹，所以尚未得出帐形纹在拇指上的对称率，但是拇指上其他纹型均呈现出高对称性的特点。

食指上各纹型的对称率均较高，其中曲形斗的对称率最高为100%，囊形斗、箕形纹的对称率为86%、80%，表明当左右食指同时出现曲形斗、囊形斗、箕形纹时对称性很高，其次分别为绞形斗、弧形纹、帐形纹、双箕斗、螺形斗、环形斗，各纹型的对称率均不低于50%，综上，食指上各纹型均体现出较高对称性。

中指上依然有对称性很高的绞形斗、双箕斗，对称率为100%，其后为箕形纹为96%，表明了极高的对称性，其后依次为弧形纹、曲形斗、螺形斗、囊形斗，各纹型的对称率均高于50%，因此，中指上各纹型对称性较高。

环指上绞形斗的对称率最高为100%，其次为囊形斗、箕形纹、曲形斗、环形斗、螺形斗、双箕斗、弧形纹，各纹型的对称率均不低于50%，表明环指上各纹型对称性较高。

小指上弧形纹、曲形斗、绞形斗、双箕斗、囊形斗的对称率均为100%，其后为箕形纹接近100%，表明当左右小指上同时出现以上几种纹型时，其对称性极高，其后依次为螺形斗、帐形纹，对称性明显不如上述纹型，同时受纹型出现率的影响，由于所统计样本中左右小指并未同时出现环形斗，所以尚未得出环形斗在小指上的对称率，因此，小指上各纹型的对称性较高。

2.3 区分纹型指纹对称性结果及分析

在三大宏观纹型层面：弓形纹在拇指中更易对称，箕形纹和斗形纹在小指中更易对称，见图3。

图3 不同纹型在不同指别中对称率条形图（橙色为弓形纹；蓝色为箕形纹；绿色为斗形纹）Fig.3 Histogram displaying the symmetry rates of different fingerprint patterns with various fingers (orange, blue and green indicate the respective pattern of arch, loop and whorl)

而在弓形纹中：弧形纹在各指上的对称率大小关系依次为：拇指、小指、食指、中指、环指；帐形纹在各指上的对称率大小关系依次为：食指、小指。斗形纹中：环形斗在各指上的对称率大小关系依次为：拇指、环指、食指；曲形斗在各指上的对称率大小关系依次为：食指、小指、环指、拇指、中指；绞形斗在各指上的对称率大小关系依次为：中指、环指、小指、拇指、食指；螺形斗在在各指上的大小关系依次为：环指、中指、小指、食指、拇指；双箕斗在各指上的对称大小关系依次为：中指、小指、拇指、食指、环指；囊形斗在各指上的对称率大小关系依次为：小指、环指、食指、拇指、中指。

弓形纹、斗形纹在同名手指间的对称率结果如表4所示。

表4 各纹型在同名手指间的对称率结果Table 4 Symmetrical occurrence (%) of each fingerprint pattern on the name-same fingers

2.4 区分纹型指纹相关性结果及分析

对于纹型出现数与对称数进行相关性分析，通过皮尔逊相关性分析可知，各指上纹型的出现数与对称数均显著相关（P＜0.01），其中食指、中指、小指的相关性系数最高为1即相关性最强，其次为拇指相关性系数为0.999，环指相关性系数为0.995，因此可知，环指上的相关性在各指间最弱，但是就相关性系数而言依然很高。

3 讨论

指纹因其特定性和稳定性而广泛应用于公安工作中，具体包括判断案件类型、犯罪嫌疑人活动路径以及对犯罪嫌疑人的同一认定[5-6]。然而犯罪手段日新月异，犯罪嫌疑人反侦查意识的不断增强使现场指纹提取和同一认定的难度大大增加。指纹的对称性可以通过同名手指中同种纹型的对称性强弱为现场勘查提供一种新的思路，当出现残缺指纹、模糊指纹以及变形指纹时，可以依据纹型特定区域对称性的强弱依次分析可能的纹型，或者判断左右手别。因此若在犯罪现场仅能精确发现并有效提取有限指纹的情况下，可以通过指头乳突花纹的整体纹型、纹线流向的对称性规律来快速分析、定位手别、指别，并提供指纹同一认定的依据，缩小侦查范围，从而提高办案效率。

本研究通过识别东北地区500名犯罪人员的5 000例指纹纹型并计算同名手指间纹型及各纹型在不同指别上的对称率及同形非对称率，发现各纹型在同名手指间表现出极高的对称性，尤其在个别手指上对称率达到100%，通过统计学分析为指纹的对称性理论研究提供数据支撑及潜在研究方向。

本研究仅适用于东北地区汉族人群，其他地区其他民族的指纹对称性研究还有待进一步探索。