本实验目的重点考察指纹鉴定人员在分析阶段如何判断、标注特征信息, 进而分析不同指纹鉴定人员对特征的理解与把握。实验设计4组指印（每一组由模拟现场指印及清晰样本指印构成）, 其中, 两组指印的设计分别为模拟现场指印与样本指印来源同一, 两枚模拟现场指印特征反映质量分别为较高和较低; 另外两组指印选择两枚相对清晰模拟现场指印, 提供清晰的相似样本, 该两枚模拟现场指印（下文简称为现场指印）与指印样本来源不同一。

现场指印的制作模拟实际工作过程, 在非渗透性客体表面（有些客体表面光滑, 有些有略微凸起的棱线）遗留指印, 选择磁性粉刷显, 拍照提取。通过多次实验, 选择能够反映不同质量的现场指印的印痕作为实验现场指印。4枚现场指印见图1。

图1

Fig. 1

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	图1 模拟现场指印。从左到右依次为1、2、3、4。Fig. 1 Fingermarks used in experiment. From left to right: 1, 2, 3, 4.

本次实验邀请全国106个指纹鉴定机构参加。各参与实验机构拥有唯一的用户名与密码用于登录指纹鉴定分析系统平台。参加实验机构要求在7天时间内完成上述四组指印的分析及鉴定任务, 并被告知本次实验结果纳入机构的年度考核及绩效考核。

1.4.1 进入指纹鉴定分析系统平台后, 填写相关信息 本次测试以机构为单位开展, 反映本机构总体指纹鉴定水平。

1.4.2 分析判断现场指印 首先对现场指印质量进行评估, 用绿色标记出高质量区域（纹线反映清晰, 能够观察到清晰的细节特征甚至汗孔等微观特征）; 用橙色标画出中等质量区域（纹线流向特征明显, 能够观察到细节特征）; 用红色标画出低质量区域（仅可观察到纹线, 细节特征不明显）。然后, 标识细节特征, 在判断是细节特征点的位置用规定符号进行标注, 包括特征点的位置、类型和角度等。完成质量与特征标识后需回答4个问题：（1）现场指印的变形情况; （2）现场指印的类型、细节特征以及微观特征状况; （3）现场指印是否具备检验条件, 该问题通过选择是否具备同一认定条件、不具备同一认定条件但可用于排除或者无价值3个选项来完成。

利用指纹鉴定分析系统平台导出原始的JASON格式的数据文件, 再利用统计软件进行对实验数据进行整理, 并进行深入分析。采用统计学中假设检验的思想分析总体间的差异性问题, 并利用独立样本的T检验与配对样本的T检验及两个总体比例差的假设检验来说明不同总体间是否存在着显著性差异。

2.1.1 现场指印质量区域划分 利用指纹鉴定分析系统平台, 被测试机构首先要对现场指印的质量进行分析判断, 分别使用绿色、橙色及红色对现场指印进行标画。下图是将所有机构标示的质量区域重合到一起的效果图（见图2）。

图2

Fig. 2

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	图2 参与测试机构对4枚现场指印的质量分区的标画Fig. 2 Quality regions consensus of 4 fingermarks

测试机构对高质量区域（绿色）的标画比较一致, 即对于纹线清晰、细节特征清晰乃至微观形态清晰的区域, 测试者的肉眼观察、区分是趋于相同, 这一区分边界测试者能够理解。但是, 对于中质量区域（橙色）和低质量区域（红色）, 测试者的标画结果差异较大, 在标画的面积、形状、所处位置等都存在差异, 也就是说, 中质量区域与低质量区域的区分边界不是很明晰, 尽管文字能够描述清楚, 但是人的肉眼观察能力不同、认知能力不同导致标画的差异。尤其在高质量区域与其它质量区的交界处, 普遍认知存在一定的差异性, 这样的区域是容易出现选取不可靠特征的区域, 需要引起重视。实验设计标画指印质量区域, 其目的是要考察、分析被测试者观察指印图形, 尤其是观察模糊区域指印图形的认知结果, 进一步分析所选择细节特征的情况。

准确划分现场指印的质量区域具备两个作用：（1）将会提高指纹鉴定人员认知现场指印的能力, 进而提高选取准确与可靠细节特征点的能力, 最终提高指纹鉴定水平。（2）准确的现场指印质量分区将会提高指纹管理人员复核指纹鉴定的能力, 有效评估指纹鉴定过程中可能存在的风险, 确保指纹鉴定质量。目前, 实际鉴定过程中缺乏详细的现场指印质量分区的标准, 所以为了解决质量分区的认知差异性, 需要对现场指印的质量区域的划分进行详细的界定。

2.1.2 选取细节特征点的分布 指纹特征选取是指纹鉴定过程中的重要环节, 特征选取是否准确可靠关系到能否得出正确的指纹鉴定意见。本次实验所有参与测试机构选取的特征点在质量区域内显示（见图3）, 可以直观形象地看到参与测试机构所标示特征的分布。现场指印1的清晰区域面积小, 清晰区域内细节特征少, 故测试机构点取的特征大部分落在中、低质量区域, 在中、低区域内选取特征的一致性较差, 点取的特征离散程度较大; 现场指印2、3和4, 点取的特征大部分落在高质量区（绿色）, 且在该区域内选取特征的一致性较高; 部分测试机构点取的特征落在中、低质量区域, 点取的细节特征离散程度较小, 分布范围比较密集。限于篇幅, 本文仅对现场指印1和2做详细分析。

图3

Fig. 3

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	图3 4枚现场指印的质量区域划分与特征点位置的关系图。从左到右依次为现场指印1、2、3、4。Fig. 3 Quality regions and minutiae position consensus. From left to right: 1, 2, 3, 4.

（1）对现场指印1的特征点取结果分析。统计结果显示本次测试各机构共点取特征点为27个, 每一个特征点的位置见图4左; 实验邀请指纹专家对现场指印1进行高、中和低3个质量区域进行划分, 每一个特征点落在指印的区间情况见图4右; 每一个特征被点取的频率见图5。

图4

Fig. 4

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	图4 左：各机构在现场指印1中所点取的特征点; 右：细节特征点位置与指纹专家质量区域划分图Fig. 4 Left: annotated minutiae consensus of fingermark 1; right: Minutiae location and quality map of fingermark 1.

图5

Fig. 5

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	图5 各测试机构在现场指印1中点取细节特征点频率图Fig. 5 Minutiae frequency of fingermark 1

通过观察, 27个特征点中9个特征点落在高质量区, 分别为：1、2、3、4、5、6、7、9、19; 10个特征点落在中质量区, 分别为：8、10、11、12、13、14、15、24、25、26; 8个特征点落在低质量区, 分别为：16、17、18、20、21、22、23、27。

与指纹专家选取的特征对比。实验邀请指纹专家对照样本指印, 确定能够在现场指印中观察到的可靠的特征位置及个数, 专家选择的特征点为8个, 分别为：1、2、3、4、7、10、17、22（专家选取的8个特征在高、中、低质量区域中分布分别为5、1、2）, 各测试机构点取的27个特征点, 在清晰区域内符合专家选取特征率为55.5%, 在中质量区域内为10%, 在低质量区域内为25%。

与原始样本指印对比。对照样本指印, 高质量区域内的9个特征点中, 7个特征点为可靠的特征点, 2个特征点为伪特征点, 其中9号特征点位于高质量与中质量交界处, 存在一定的纹线交叉现象, 导致指纹鉴定人员将该处认定为一个细节特征点; 19号特征点为一处细线干扰, 部分鉴定人员将其认定为一个细节特征点。反映出, 在清晰区域内, 指纹鉴定人员认知特征点的能力与指纹专家的认知能力比较符合, 但是对于清晰区域内边界处干扰以及细线干扰的认知能力与指纹专家存在一定差距, 需要在高质量区内提高对这类特征的认知能力, 避免选取伪特征。

与公认选取的特征点对比。通过数据统计, 超过50%机构点取的特征点共计12个, 分别为：1、2、4、5、10、11、14、15、17、22、23、25, 其中与专家符合的特征点为6个, 分别是：1、2、4、10、17、22, 即与专家选取特征点的符合率为50%; 与专家不符合的特征点为6个, 分别是：5、11、14、15、23、25, 其中5号特征点落在高质量区, 该特征点由细线形成, 专家未选取, 其余5个特征点均落在中、低质量区域, 专家未选取。指纹鉴定人员的认知能力会随着指印质量的降低而降低, 所以在中、低质量区域内选取特征点的准确性与可靠性也会随之降低。建议指纹鉴定机构在中、低质量区域谨慎选取特征, 认识该区域特征可能存在的风险, 确保选取特征点的可靠性与稳定性。

（2）对现场指印2的特征点取结果分析。各测试机构在现场指印2总共点取18个特征点, 每一个特征点的位置在图6中标示, 每一个特征被点取的频率见图7。

图6

Fig. 6

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	图6 各机构在现场指印2中所点取的特征点Fig. 6 Annotated minutiae consensus of fingermark 2

图7

Fig. 7

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	图7 各测试机构在现场指印2中点取细节特征点频率图Fig. 7 Minutiae frequency of fingermark 2

实验邀请指纹专家对照样本指印, 确定能够在现场指印中观察到的可靠的特征位置及个数, 专家选取的特征点为11个, 分别为：2、3、4、6、7、8、11、13、14、15、16。通过观察18个特征点所在区域, 发现分布在高质量区域内的特征点为：1、2、4、5、6、7、8、11、13、14、15、16, 共11个, 其中与专家符合的特征点为10个, 专家符合率为83.3%; 分布在中质量区域内的特征点为1个, 专家符合率为100%; 分布在低质量区域内的特征点为：3、9、10、12、17、18, 共计6个, 其中与专家选取特征点符合的只有1个, 专家符合率为16.6%。结果显示, 各测试机构在高、中质量区域内点取特征点的专家符合率显著高于低质量区域。

106个机构点取的所有18个特征点中, 75%以上测试机构点取的特征点为10个, 分别为：2、4、6、7、8、11、13、14、15、16, 与指纹专家符合率为100%, 其中9个特征点落在高质量区域, 1个特征点落在中质量区域。数据显示, 各机构一致点取的特征点的可靠性较高, 并且全部落在高、中质量区域, 说明各机构对该指印在高、中质量区域内的特征点认知能力较高, 具备较高的认知准确性与可靠性。

18个特征点中有12个位于高、中质量区域, 有6个位于低质量区域, 分别计算这两组特征点被点取的频率：低质量区被点取的频率为 , 高质量区被点取的频率是 , 直观说明高质量区的点取频率是远高于低质量区点取的频率的, 利用统计学中假设检验的方法, 对这两个总体的比值做差异性检验。

原假设为 , 备择假设为

在 成立的条件下, 构造检验统计量

求出该检验的p值为0.000218, 显著性说明两个比例不等, 且质量高的区域点取频率高于质量低区域点取的频率。

各测试机构能否共同选定某些细节特征明显取决于现场指印的质量。具体分析如下：

①在高质量区域, 各机构选取的特征点比较可靠, 与指纹专家选取的特征点趋近一致, 说明在高质量区各机构细节特征点认知能力较高。

②在高、中质量区内, 各机构点取特征点的频率较高, 会尽最大可能将清晰区域特征标示出来。

③在低质量区域, 各机构点取特征的一致性随之降低, 点取特征的离散程度明显增大。反映出不同测试机构对细节特征点的认识与判断随着指印质量的降低而降低, 部分测试机构标注的特征点与指纹专家选取的特征点偏离较大, 有些特征的标注反映出是主观推断的结果。

指纹鉴定过程中, 选取细节特征的数量是得出指纹鉴定意见的主要依据之一。本次实验将106家参与测试机构对4枚现场指印在分析阶段点取的特征点数量进行统计。各机构对4枚现场指印点取特征的总数量见表1, 本次测试各机构在分析阶段共计点取特征点4698个。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 各机构对4枚现场指印点取特征点总数量及平均值 Table 1 Total number and mean number of 4 fingermark annotated minutiae 现场指印 特征点总数量 平均值 1 1224 11.54 2 1138 10.74 3 1171 11.05 4 1165 10.99

表1 各机构对4枚现场指印点取特征点总数量及平均值 Table 1 Total number and mean number of 4 fingermark annotated minutiae

将各机构点取4枚现场指印的特征点数量汇总, 见图8, 横坐标代表106个机构选择特征点数量由少至多的排序, 纵坐标代表选取细节特征点的总数量, 蓝色线代表各机构对现场指印1点取特征点的数量分布, 橙色线代表对现场指印2点取特征点的数量分布, 灰色线代表对现场指印3点取特征点的数量分布, 黄色线代表对现场指印4点取特征点的数量分布。

图8

Fig. 8

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	图8 参加测试机构在分析阶段对4枚现场指印点取特征点数量的分布图Fig. 8 Minutiae quantity distribution of 4 fingermarks on analysis process

图8显示, 对现场指印1的特征选取, 各测试机构一致性最低, 数量变化幅度很大, 从2个到27个特征点, 前期对现场指印1的质量评估中, 高质量区域面积小且分布在指印边缘, 故测试机构尽量在中、低质量区域寻找确定特征, 对特征的识别、认知差别较大。对现场指印4的特征选取, 各测试机构点取特征的一致性最高, 数量变化幅度小, 83.96%机构选取10个和11个特征点。现场指印2和3的点取特征数量一致性介于现场指印1和4之间。

统计结果显示：参与测试机构在现场指印分析阶段选取特征的数量与现场指印的质量之间有着明显的关联, 当高质量区域面积大, 中、低质量区域面积小时, 测试机构选定的细节特征点数量比较集中, 说明当鉴定人员认为在高质量区域找出的特征数量足以进行下一步比较检验时, 通常不再去中低质量区域寻找特征。相反, 当高质量区域面积小, 特征少时, 鉴定人员不情愿放弃, 而是仔细、认真在中低质量区域寻找特征。由于指印图像清晰度的降低, 导致不同鉴定人员认知中低质量区域特征的能力不同, 进而造成所确定的特征点位置不尽相同, 一致性降低。

实验要求各测试机构基于对现场指印类型及变形因素的评估、指印质量区域的划分以及细节特征点的数目与特征点组合类型等因素分析, 评估4枚现场指印是否具备鉴定价值, 总体结果见表2。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 参与测试机构对4枚现场指印的判断结果 Table 2 Fingermarks value judgment distribution 现场指印价值判断 现场指印 1 2 3 4 具备同一认定价值 85 96 105 105 不具备同一认定价值但具备否定价值 17 10 1 1 无价值 4 0 0 0 价值判断数量 106 106 106 106

表2 参与测试机构对4枚现场指印的判断结果 Table 2 Fingermarks value judgment distribution

各机构对4枚现场指印的具备同一认定条件的判断分别为：80.18%、90.56%、99.05%、99.05%, 不具备同一认定条件的判断为：16.03%、9.43%、0.94%、0.94%, 无价值的判断为3.77%、0.00%、0.00%、0.00%。

针对现场指印2, 96个机构认为具备同一认定价值, 10个机构认为仅能用于排除。专家在现场指印2点取了11个特征点, 10个分布在清晰区域, 106个机构平均点取特征为10.74。因此, 10个认为不具备同一认定价值的机构相对较为保守。对现场指印3、4的判断, 106个机构仅有1家认为只能用于排除, 反映出对现场指印认知能力的差异。

针对现场指印1, 认为具备同一认定条件的为80.18%, 85个机构认为具有同一认定价值, 17个机构认为仅能用于排除, 4个机构认为无价值。分别占80%、16%和3.7%。对该枚指印的特征点取数量最少的2个, 最多的27个。反映出对低质量指印, 无论在价值判断还是特征点取, 认知差异都很大。由此可见, 对于质量相对好的现场指印, 大多数鉴定机构认知趋于一致。而对于高质量区域面积小、清晰特征少的低质量指印, 机构的总体判断及特征认识都出现明显不一致。这也正是今后需要通过深入研究来解决的问题, 即针对疑难指印, 如何建立起相对客观并具有可操作性的评价指标, 进而使指纹鉴定人员的认知尽可能趋于一致。