指紋微觀細節特征在指紋鑒定中的應用條件探究

韓申，申暢

（中國人民公安大學，北京100038）

鑒定科學Research Paper

指紋微觀細節特征在指紋鑒定中的應用條件探究

韓申，申暢

（中國人民公安大學，北京100038）

目的 指紋微觀細節特征的反映性和穩定性極易受到影響。為了探究微觀細節特征穩定性的條件，對制作的120份潛指印樣本進行了研究。方法 分別在光滑玻璃、光滑油漆木和光滑塑料三種非滲透性客體上制作出潛指印實驗樣本，然后利用兩種種類不同的磁性粉刷顯，并在分辨率為1 200 dpi的條件下掃描觀察，找出在不同承受客體、不同種類磁性粉以及不同作用方式三個因素影響下指紋微觀細節特征的變化情況。結果 承受客體、磁性粉種類和粒徑大小、作用方式對指紋微觀細節特征的穩定性都存在不同程度的影響。結論 指紋微觀細節特征具有相對穩定性，可用于指紋鑒定工作，但會受到諸多限制。

微觀細節特征；非滲透性客體；汗孔印特征；紋線邊緣形態

在現場勘查中，磁性粉因其顯現效果好、便于攜帶，干凈節省等優點而被廣泛應用于現場指紋的發現、顯現、固定和提取，尤其是針對現場非滲透性客體如玻璃、光滑的紙張、塑料、光滑的油漆木等客體上遺留的潛在手印具有很好的顯現效果。然而，技術人員從犯罪現場提取的指紋往往是殘缺的、變形的、模糊的和局部的，其指紋紋線的宏觀細節特征較少，鑒定條件差，這就給目前主要利用指紋的宏觀特征的質量和數量，即依據一般和細節特征的質量和數量進行識別的鑒定工作增加了難度，往往難以作出確定性的鑒定意見，從而使被榮為“證據之王”的指紋地位受到質疑。因此，指紋微觀細節特征作為指紋鑒定輔助性依據的重要作用日益突顯，特別是針對質量低、數量少的指紋而言，其重要性更加突出；加之現階段指紋采集技術、計算機圖像處理技術、顯微技術等的飛速發展，也使得對指紋微觀細節特征的觀察、分析更為便捷和可行。

因此，本文選擇從影響指紋微觀細節特征穩定性的幾個主要因素方面入手，利用控制變量法和統計學原理，對指紋微觀細節特征的穩定性進行初步探究，以期能為指紋鑒定提供一定的幫助。

1 指紋微觀細節特征概述

指紋微觀細節特征是國內指紋特征分類的一種，即國外指紋學論著中所說的三級特征。其發生發展于1912年法國著名偵查學家埃德蒙·洛卡德（Edmond Locard）的有關指紋比對檢驗的觀點，即利用汗孔印的形態大小、紋線寬窄等指紋微觀細節特征進行指紋的鑒定工作。按照國外有關指紋學的觀點，指紋特征可以分為三級：一級特征，即國內所說的紋線類型特征，如弓形紋、箕形紋、斗形紋等，屬種類特征范疇，是進行種類認定的主要依據；二級特征，即國內所說的紋線細節特征，指紋線端點及紋線之間所表現出來的結構特點，如起點、終點、小眼、小棒等，屬個別特征范疇，是指紋同一認定的主要依據；三級特征，即微觀細節特征，包括紋線邊緣形態、紋線寬窄、汗孔特征、細點線特征等，因其需要放大到一定倍率條件下才能看到，所以目前在國內外實踐中的應用并不廣泛，多作為輔助性依據用于殘缺、變形指紋的鑒定。

2 材料與方法

2.1 材料與儀器

（1）實驗承受客體：長5 cm、寬3 cm的透明玻璃塊；光滑油漆木（以電腦桌面為例）；光滑塑料（以插線板外殼為例）。

（2）實驗粉末：兩種不同種類和粒徑大小的磁性粉末，即400～800目的普通磁性粉，主要成分是碳（C）；平均粒徑為20 nm的納米磁性粉，主要成分是四氧化三鐵（Fe3O4）。

（3）實驗器材：型號為CanoScan 5600F掃描儀、分度值為1 g的家用廚房電子秤、磁性粉刷2把、透明膠帶1卷。

2.2 預實驗及實驗條件的確定

（1）預實驗目的：為了消除捺印人在實驗中對中壓主觀把握的不穩定性帶來的影響，以確定實驗時中壓的變化區間，力求樣本均是在中壓條件下完成，同時探究實驗時進行樣本觀察的適宜條件，從而使實驗效果達到最佳，本文針對實驗中壓力的大小以及樣本處理和觀察儀器的選擇分別進行了預實驗。

（2）預實驗方法：①預實驗一：以實驗者本人（男性青年）作為捺印人。在家用廚房電子秤上放一張A4紙，捺印人根據自己的理解，按照輕壓、中壓、重壓的順序將十指的指印分別先垂直接觸按壓各一次，然后三面接觸滾轉按壓各一次，共計20次。②預實驗二：將預實驗一中的20枚指紋捺印樣本用磁性粉顯現后先分別在放大10、20、25、30倍的倍率下觀察，然后放置分辨率為600、800、1 000、1 200 dpi的掃描儀中掃描成像后進行觀察。

（3）實驗條件的確定：①通過對預實驗一中20次捺印壓力的統計分析發現，在每次按壓時，由于捺印人當時的心理因素、對壓力的主觀感受差異及一些偶然性因素的影響，實驗中對輕壓、中壓、重壓的掌控有所不同，其結果表明：垂直接觸按壓時，輕壓范圍在1～10N之間、中壓范圍在15～25N、重壓范圍在30～45N之間；三面接觸滾轉按壓時，輕壓范圍在1～8N之間、中壓范圍在12～20N之間、重壓范圍30～40N之間。本實驗所涉及的中壓符合上述壓力區間，即垂直接觸按壓時為15～25N，三面接觸滾轉時為12～20N。②有關資料顯示[1]：汗孔直徑一般為50～250 nm，每平方厘米范圍內大致分布300多個大小不等、形狀不同的汗孔，汗孔間的間距在0.2～1.0mm之間不等，且成年人乳突紋線寬度為0.2～0.3mm，因此包括紋線寬度和汗孔特征在內的指紋微觀細節特征必須放大到一定倍數才能進行觀察分析。預實驗二的結果表明：普通光學顯微鏡和600、800 dpi分辨率下的指紋掃描圖像因分辨率較低而無法清晰地觀察到微觀細節特征；另一方面，如果樣本放大倍數過大，會對指紋樣本微觀細節特征的整體性研究造成影響，綜合考慮以上因素之后，我們選擇使用掃描儀在1200dpi分辨率下獲取指紋圖像并進行觀察統計。

2.3 實驗樣本的制作

（1）將黃色襯紙裁成長15 cm、寬5 cm的長方形紙條，共120張。按照刷顯時使用的磁性粉的不同將紙條分成兩組，每組60張，且第一組為普通磁性粉刷顯，第二組為納米磁性粉刷顯，然后按組在每張紙條下方分別標注 L（R）1-5G（WP）、L'（R'）1-5G（WP）（其中G、W、P分別表示透明玻璃、光滑油漆木、光滑塑料；L、L'、R、R'分別表示左手垂直接觸按壓、左手三面接觸滾轉按壓、右手垂直接觸按壓和右手三面接觸滾轉按壓；1、2、3、4、5分別表示拇指按壓、食指按壓、中指按壓、環指按壓和小指按壓），如標注有GL1的紙條表示該紙條將用于粘貼左手拇指在光滑玻璃上垂直接觸按壓的指紋樣本。

（2）讓預實驗中捺印人按照每組紙條上標記的手位、指位、作用方式在透明玻璃（G）、光滑的電腦桌面（W）和光滑的插線板外殼（P）上分別按壓，共獲取60枚指印樣本。

（3）先用普通磁性粉顯現步驟2中的60枚指印，然后用透明膠帶粘取指印按步驟1中第一組紙條上的標注對應貼在黃色襯紙上①注意使膠帶與指印充分接觸，壓平、壓實，不能起皺和留有氣泡。，以備后續的觀察統計。

（4）重復步驟2，然后用納米磁性粉刷顯新獲得的60枚指印，并用透明膠帶固定提取粘貼在第二組黃色襯紙上，作為后續觀察統計的樣本。

2.4 觀察與統計

（1）將獲取的120份指紋捺印樣本按組分別置于型號為CanoScan 5600F的掃描儀中掃描成像，獲得分辨率為1200 dpi的指印圖像，共120張。

（2）觀察所有樣本圖片中指紋微觀細節特征的顯現效果，并按照顯現效果好、顯現效果一般、顯現效果不好的等級將樣本歸類，記錄在上述三種實驗變量影響下各顯現效果等級中的實驗樣本數目。

①顯現效果好：大部分紋線清晰，紋線邊緣形態和寬窄反映充分，汗孔和細點線清晰可見（圖1）。②顯現效果一般：部分紋線清晰，紋線邊緣形態和寬窄部分反映充分，部分汗孔和細點線清晰可見（圖2）。③顯現效果不好：大部分紋線模糊，紋線邊緣形態和寬窄無法識別，無或者只有少量汗孔和細點線特征被清晰地反映（圖3）。

圖1 效果好

圖2 效果一般

圖3 效果不好

（3）劃定觀察范圍：用于觀察比對的范圍應當根據磁性粉顯現指紋樣本的實際效果來劃定，一般選擇紋線特征反映清晰，無氣泡和褶皺處作為有效范圍，同時所選范圍面積及所選部位應當相同，否則不具有可比性。由于本次樣本制作實際過程中出現同一份指紋樣本不同部位的顯現效果不同、少許樣本觀察條件較差（有少許氣泡或褶皺，但不影響觀察比對）、三面接觸滾轉按壓的指紋樣本未出現中心花紋等結果，因此綜合考慮以上因素后選定樣本指紋中心花紋周圍（200×200）像素（1.69 cm×1.69 cm）的方框作為微觀細節特征穩定性觀察與統計的有效范圍（圖4）；對于中心花紋系統未顯現出來的指紋樣本，如大多數傾斜捺印的樣本都沒有中心花紋系統，選擇與參比樣本面積相同、紋線清晰的對應部位作為比對范圍（圖5～7）。

圖4 劃定的觀察范圍

圖5 W上傾斜捺印樣本的觀察范圍

圖6 G上傾斜捺印樣本的觀察范圍

圖7 P上傾斜捺印樣本的觀察范圍

（4）觀察、記錄、統計、分析：選擇紋線特征較清晰的指紋樣本圖片，在劃定的觀察范圍內，觀察各單一實驗變量控制下指紋微觀細節特征的穩定性，并用Photoshop軟件調節圖片透明度進行特征重合比對（圖8）。

圖8 不同客體上指紋微觀細節特征重合比對結果

3 觀察及統計結果

3.1 指紋微觀細節特征顯現清晰度的觀察統計結果

（1）本文同時探究了捺印客體、磁性粉種類和粒徑大小、作用方式三種因素對磁性粉顯現潛在手印微觀細節特征穩定性的影響，因此，在觀察統計過程中，運用控制變量法，得出單一實驗變量下指紋微觀細節特征顯現率②顯現率，即該顯現效果的樣本數目與樣本總數目的比值，以百分比的形式呈現，是顯現效果的量化。（顯現效果）的統計結果。其中：表1為納米磁性粉刷顯不同捺印客體和作用方式下指紋的微觀細節特征的顯現率；表2為普通磁性粉刷顯不同捺印客體和作用方式下指紋微觀細節特征的顯現率（LG+RG、LW+RW、LP+RP、L'G+R'G、L'W+ R'W、L'P+R'P分別代表玻璃上垂直接觸按壓的樣本、光滑油漆木上垂直接觸按壓的樣本、光滑塑料上垂直接觸按壓的樣本、玻璃上三面接觸滾轉按壓的樣本、光滑油漆木上三面接觸滾轉按壓的樣本、光滑塑料上三面接觸滾轉按壓的樣本）。

（2）為探究磁性粉種類和粒徑大小與指紋微觀細節特征顯現率的關系，將表1、表2中①列、②列、③列、④列、⑤列、⑥列的數據縱向進行對應比較，計算出不同磁性粉刷顯的指紋微觀細節特征顯現率的平均值（表3），并制得對應柱狀圖（圖9）。

表1 納米磁性粉刷顯的樣本的顯現率

表2 普通磁性粉刷顯的樣本的顯現率

表3 納米磁性粉與普通磁性粉刷顯指紋微觀細節特征顯現率平均值

圖9 不同客體上指紋微觀細節特征顯現率平均值

（3）為探究不同捺印客體上對指紋微觀細節特征顯現率的影響，將表1、表2中①②③列、④⑤⑥列的數據分別計算出平均值（表4），然后進行對應比較，并制作出如下柱狀圖（圖10）。

表4 不同捺印客體上指紋微觀細節特征顯現率平均值

圖10 不同捺印客體上指紋微觀細節特征顯現率的影響

（4）為探究不同作用方式對指紋微觀細節特征顯現率的影響，將表1、表2中①④列、②⑤列、③⑥列數據分別計算出平均值（表5），然后進行對應比較，并制作出柱狀圖（圖11）。

表5 不同作用方式下指紋微觀細節特征顯現率平均值

圖11 不同作用方式對指紋微觀細節特征顯現率的影響

3.2 指紋微觀細節特征穩定性觀察記錄結果

指紋微觀細節特征的穩定性觀察以劃定觀察范圍內汗孔的數目、形態大小以及相對位置為主，并輔以紋線寬窄、紋線邊緣形態以及細點線的數目、位置、長短等特征。

（1）在相同磁性粉刷顯，相同作用方式，不同捺印客體的條件下，在選定的觀察比較范圍內，汗孔印特征較多，“開放”和“閉合”狀態并存，汗孔數量、相對位置無明顯差異，紋線粗細均勻；光滑油漆木上按壓的樣本比玻璃和光滑塑料上按壓的樣本紋線略寬，濃淡不均；光滑塑料上的樣本顏色較淺，且玻璃和光滑塑料上按壓樣本的單一紋線常出現斷裂（圖12～14）。

圖12 G上的指印

圖13 W上的指印

圖14 P上的指印

（2）在相同捺印客體，相同作用方式，不同磁性粉刷顯的條件下，在選定的觀察比較范圍內，納米磁性粉刷顯的指印樣本總體上看不夠干凈整潔，顏色較深，常有磁性粉堆積的現象出現，影響了特征的連續性，且紋線邊緣不夠平整光滑，多出現放射狀“小尾巴 ”；而普通磁性粉刷顯的指印樣本總體上看干凈整潔，汗孔清晰可見，紋線邊緣光滑干凈，凹凸有致，特征連續性較好（圖15～16）。

圖15 納米磁性粉刷顯的指印

圖16 普通磁性粉刷顯的指印

（3）在相同捺印客體，相同磁性粉刷顯，不同作用方式的條件下，在選定的觀察比較范圍內，三面接觸滾轉按壓的指印單一紋線寬度較窄，汗孔印多呈“閉合”狀態，直徑較小；垂直接觸按壓的指印單一紋線寬度較寬，汗孔直徑較大。經重合比對發現，不同作用方式形成的汗孔印相對位置變化明顯，三面接觸滾轉按壓指印的相鄰汗孔印間距較小；紋線邊緣形態變化不大，起點邊緣一致（圖17～18）。

圖18 G上垂直接觸按壓

圖17 G上三面接觸滾轉按壓

4 結果及分析

第一，磁性粉可以顯現指紋微觀細節特征，但是承受客體種類、磁性粉的種類和粒徑大小、作用方式對其顯現效果有一定的影響。

（1）承受客體種類對指紋微觀細節特征顯現效果的影響。由表3和圖9可以看出，磁性粉對光滑油漆木上和玻璃上的潛在指印顯現效果相差無幾，但磁性粉對光滑油漆木上和玻璃上潛在指印的微觀細節特征顯現效果較光滑塑料上的潛在指印好得多，這可能是由于光滑油漆木和玻璃的滲透性比光滑塑料要小，表面汗液成分較多，因此能夠被磁性粉清晰地固定。

（2）磁性粉種類和粒徑大小對指紋微觀細節特征的影響。由表4和圖10可以看出，普通磁性粉的刷顯效果要遠好于納米磁性粉的刷顯效果，這可能是因為納米磁性粉粒徑遠小于汗孔直徑，造成刷顯時單個汗孔內粉末堆積，從而切斷了特征的連續性和反映性。

（3）作用方式對指紋微觀細節特征的影響。由表5和圖11可以看出，垂直接觸按壓形成的指紋微觀細節特征比三面接觸滾轉按壓時顯現效果好，主要是因為三面接觸滾轉按壓時主要留下邊緣紋線的特征，而邊緣紋線上的汗液量比中心紋線上的汗液量少，加之三面接觸滾轉按壓時比垂直接觸按壓時指印的變形大，導致汗孔印等微觀細節特征顯現率降低。

第二，指紋微觀細節特征穩定性不高，極易受到多種因素的影響。（1）由穩定性觀察結果1可以看出承受客體的種類主要影響指印單一紋線的寬窄，對汗孔印的形態大小、相對位置幾乎無影響，這可能是因為玻璃滲透性比光滑油漆木小，因此光滑油漆木上指印的紋線寬度較寬。

（2）磁性粉種類和粒徑大小主要對微觀細節特征的連續性造成了直接影響，由于粉末堆積現象比較嚴重，使得觀察中對微觀細節特征整體性的把握有所減弱，但從個別特征的顯現效果來看，納米磁性粉要比普通磁性粉的刷顯效果更佳。

（3）作用方式主要對汗孔直徑和紋線寬窄有間接影響，這是因為三面接觸滾轉按壓時紋線邊緣是著力點，而垂直接觸按壓時紋線邊緣受力減輕，導致垂直接觸按壓的汗孔直徑較大，紋線寬度較寬，所以作用方式對指紋微觀細節的影響是通過壓力來實現的。

5 結論

通過本次對磁性粉顯現非滲透性客體上潛在指印微觀細節特征的初步探究，證實了指紋微觀細節特征用于疑難指紋鑒定的科學性和可行性，但是相較于指紋宏觀特征的穩定性而言，其在實踐中的應用要受到更多的限制，諸如承受客體、磁性粉種類和粒徑大小、作用方式對指紋微觀細節特征的穩定性都存在不同程度的影響：承受客體的滲透性不同，直接影響了指紋微觀細節特征的反映性；而磁性粉的選擇也并非粒徑越小越好，粒徑太小，粉末容易堆積而直接影響了顯現效果，從而進一步影響鑒定的準確性。雖然指紋微觀細節在實踐中的應用有諸多限制條件，穩定系數較低，但其所具有特定性、相對穩定性和反映性仍能為其作為指紋鑒定的依據提供了相應的理論支撐。因此，在指紋鑒定實踐中，尤其是疑難指紋的鑒定中，只要能充分考慮到各種影響因素，就能準確利用指紋微觀細節特征輔助鑒定，從而得到科學可靠的鑒定意見，為偵查破案及審判提供有力的證據。

[1]趙向欣.中華指紋學[M].北京：群眾出版社，1997：65－69.

[2]趙向欣.指紋技術[M].北京：中國人民公安大學出版社，2003：205－214.

[3]劉微，王桂強，王蕊，等.對暗視場顯現指印汗孔特征細節特征的初步探究[J].遼寧警專學報，2007，（1）：55－58.

[4]郭少波，王芫，王炎，等.探析高分辨率指紋特定條件下三級特征的穩定性[J].中國司法鑒定，2013，（1）：56－61.

[5]羅亞平，郭威.指紋學教程[M].北京：中國人民公安大學出版社，2010：192－193.

[6]水晶晶，羅亞平.第四屆全國指紋學學術交流會論文選，第三部分[C].北京：經濟管理出版社，2011：393－397.

[7]常冉，羅亞平.第四屆全國指紋學學術交流會論文選，第三部分[C].北京：經濟管理出版社，2011：386－392.

[8]李航，羅亞平.油墨捺印指紋汗孔特征穩定性研究[J].刑事技術，2014，（2）：37－38.

[9]潘自勤，寧世強，張浩澤.尸體與活體指紋微觀細節特征的差異分析[J].中國司法鑒定，2014，（2）：67-70.

[10]李洪武.關于指紋汗孔的初步研究[J].遼寧警專學報，2007，（6）：32－34.

[11]Qijun Zhao，Jianjiang Feng，Anil K.Jain.Latent Fingerprint Matching：Utility of Level 3 Features[J].MSU Techical Report，2010，（8）：1-30.

（本文編輯：孫年峰）

Study on the M icro-detail Characteristics of Fingerprints

HAN Shen,SHEN Chang
(People's Public Security University of China,Beijing 100038,China)

Objective The reflection and stability ofmicro-detail characteristics of fingerprints is vulnerable to a variety of factors.This study was carried out to explore the conditionswhen themicro-detail characteristics of fingerprints are stable.M ethod 120 pieces of latent fingerprints samples were prepared on smooth and non-permeable objects including glass, paintwood and plastic.Two types ofmagnetic powder brushes were used to develop the latent fingerprints.The developed fingerprintswere then scanned with a resolution of1 200 dpi to find out the changes ofmicro-details of fingerprints under the influence of different objects,magnetic powders and manners of action.Results Different objects,magnetic powders and manners of action affected the micro-detail characteristics of fingerprints in varying degrees.Conclusion Micro-detail characteristics of fingerprints are relatively stable.They can be used in fingerprint identification,but will be subject to many restrictions.

micro-detail characteristics;non-permeable object;sweat pore feature;the edge shape of finger ridge

DF794.1

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2017.03.008

1671-2072-（2017）03-0045-07

2016-06-02

韓申（1992—），男，碩士研究生，主要從事指紋熒光顯現法研究。E-mail：csihan0712@163.com。