参照文献^[8], 设计手印4组, 2组手印的模拟现场指印与样本指印为同一来源; 另外2组手印则由两枚相对清晰模拟现场指印及其清晰的相似样本组成, 但来源不同一。现场指印经磁性粉显现, 拍照提取。其中, 现场指印1为遗留在略微凸起金属表面上的汗潜指纹, 质量较高; 现场指纹2为遗留在平滑客体上的部分汗潜指纹, 质量较低。

邀请全国106家指纹鉴定机构在7d时间内使用指纹鉴定分析系统平台, 完成上述4组指印的分析及鉴定任务。登陆指纹鉴定分析系统平台, 完成初始调查问卷后进入指纹鉴定的分析阶段, 首先对现场指印进行特征点取、质量分区以及价值判断等活动, 完成后进入指纹比对阶段, 鉴定人员根据系统提供的样本指纹, 一对一寻找与分析阶段点取特征相似的特征点, 评估与判断相对应特征点的位置、类型及相关信息, 决定是否为相互匹配的特征点, 对认定匹配的特征点使用数字进行标画, 对认定存在差异的特征点使用星号进行标画。

实验数据由指纹鉴定分析系统平台导出, 通过统计学R软件进行统计和分析。采用统计学中假设检验思想分析个体与总体之间的差异性问题。

2.1.1 现场指印1的特征点取结果与分析

2.1.1.1 分析阶段各机构点取现场指印1特征点统计 将各测试机构在指纹鉴定分析阶段和比对阶段点取的特征汇总在指印图中, 如图1所示, 可直观显示各测试机构在分析和比对阶段点取特征发生了一定的变化, 具体包括点取特征的位置和数量。

图1

Fig.1

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	图1 各测试机构在指印1鉴定过程中点取的特征汇总图。从左到右依次为分析阶段、比对阶段和特征汇总图。Fig.1 Minutiae of fingermark 1 annotated by 106 agencies. From left to right: analysis phase, comparison phase and minutiae map.

从特征汇总指印图中可以看出, 各测试机构在分析阶段和比对阶段选取相互匹配的特征点共计27个, 实验中将每一个特征点赋予特定编号。实验统计每一个特征在分析阶段被点取的频率, 如图2所示。

图2

Fig.2

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	图2 现场指印1分析阶段特征点取频率分布图Fig.2 Minutiae frequency of fingermark 1 in analysis phase

经统计, 在分析阶段, 有12个特征点被超过40%以上机构点取, 特征点序号分别为:1、2、14、25、11、4、10、17、15、23、22、5(频率由高至低排列) 共计12个。

2.1.1.2 比对阶段各机构点取现场指印1特征点统计 在比对阶段, 有13个特征点被超过40%以上机构选取, 特征点序号分别为:1、2、14、4、10、17、11、15、23、22、25、12、13(频率由高至低排列)共计13个, 如图3所示。

图3

Fig.3

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	图3 现场指印1比对阶段特征点取频率分布图Fig.3 Minutiae frequency of fingermark 1 in comparison phase

在比对阶段, 各测试机构整体降低了5号特征点的点取率, 同时提高了12号和13号特征点的点取率, 超过40%的测试机构共同点取的特征点的数量增加1个。5号特征点位于高质量区域与低质量的交界处, 表现为细线, 当参考样本指印时部分测试机构认为该特征点不稳定, 不再标识为特征点。特征点12号和13号位于低质量区, 该2个特征点位于现场指印1的中心区, 其中12号特征点为箕头起点, 13号特征点是由两条纹线变为三条纹线形成的特征点, 因此当参考样本指印时部分测试机构认定该两个特征点比较稳定可靠, 将其标识为匹配特征。

将测试各机构在比对阶段点取的特征与超过40%机构点取的13个特征点进行比较, 其吻合程度(符合率)如图4所示。数据说明, 各机构点取的特征与超过40%机构点取的13个特征点的符合率在40%~100%之间, 说明各机构在点取特征的一致性方面呈现一定的差异性。

图4

Fig.4

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	图4 各测试机构点取指印1的特征点与超过40%机构点取的13个特征点符合率分布图Fig.4 Coincidence rate distribution of fingermark 1 minutiae selection by all agencies and 13 minutiae consensus from 40% of them in comparison phase

2.1.2 现场指印2特征点取结果分析

2.1.2.1 分析阶段各机构点取现场指印2特征点统计 将各测试机构在指纹鉴定分析和比对阶段点取的特征汇总在指印图中, 如图5所示, 直观显示各测试机构在分析和比对阶段点取特征发生了一定的变化, 但是变化程度较小。各测试机构在分析阶段和比对阶段选取相互匹配的特征点共计18个, 每一个特征点的位置标示在特征汇总图中。

图5

Fig.5

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	图5 各测试机构在指印2鉴定过程中点取的特征汇总图。从左到右依次为分析阶段、比对阶段和特征汇总图。Fig.5 Minutiae of fingermark 2 annotated by 106 agencies. From left to right: analysis phase, comparison phase and minutiae map.

统计每一个特征点在分析阶段和比对阶段被点取的频率, 如图6所示。在分析阶段, 超过80%以上机构选取了共同的10个特征点, 特征点序号分别为:11、13、15、4、14、8、2、7、16、6(频率由高至低排列)。

2.1.2.2 比对阶段各机构点取现场指印2特征点统计 在比对阶段, 超过80%以上机构选取了共同的10个特征点, 特征点序号分别为:4、11、14、15、13、7、8、16、6、2(频率由高至低排列)共计10个, 如图7所示。数据显示, 在分析与比对阶段, 各机构80%以上公认点取的特征点的位置和数量均没有发生改变, 低于20%的公认特征点由6个降低至4个, 说明各机构对现场指印2的认知具备较高的认知一致性。

将测试各机构在比对阶段点取的特征与超过80%机构点取的10个特征点相比较, 其符合率分布如图8所示。数据说明, 各机构的符合率是60%~100%, 说明各机构对现场指纹2的特征点取与认知具备较高的一致性。

图6

Fig.6

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	图6 现场指印2分析阶段特征点取频率分布图Fig.6 Minutiae frequency of fingermark 2 in analysis phase

图7

Fig.7

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	图7 现场指印2比对阶段特征点取频率分布图Fig.7 Minutiae frequency of fingermark 2 in comparison phase

图8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图8 各测试机构点取指印2特征与超过80%机构点取的10个特征点符合率分布图Fig.8 Coincidence rate distribution of fingermark 2 minutiae selection by all agencies and 10 minutiae consensus from 80% of them in comparison phase

2.1.3 讨 论 通过对测试机构在分析阶段和比对阶段点取特征点结果的比较分析, 指纹鉴定人员点取特征的稳定性呈现出一定的差异性。

(1)对于高质量指印(如现场指印2), 各机构点取特征的位置比较集中, 且各机构在分析阶段点取的特征点与大多数机构共同点取的特征点的符合程度趋于一致。说明指纹鉴定人员在分析阶段具备较强认知可靠特征点的能力。指纹鉴定人员在比对阶段受到样本指印的影响, 对现场指印内的特征进行再次认知, 并在样本指纹上寻找相互匹配的特征点, 由于现场指印2的质量较高, 分析阶段点取的特征点在比对阶段均找出相互匹配的特征点, 大多数机构点取相同特征点的位置和数量在分析阶段和比对阶段均没有发生改变, 显示出较高的点取特征稳定性。说明指纹鉴定人员在识别高质量指纹的特征方面具备较强的认知能力, 认知偏差不大。

(2)对于低质量指印(如现场指印1), 各机构无论在分析阶段还是比对阶段, 点取特征的位置和数量均比较分散, 且各机构在比对阶段点取的特征点与大多数机构点取的相同的特征点符合程度较低, 说明指纹鉴定人员在分析阶段对特征的理解和在比对阶段选取匹配特征的理解存在一定的差异性。在比对阶段, 由于清晰样本指印的存在, 为指纹鉴定人员再次认知特征点提供参考, 辅助指纹鉴定人员深入思考分析阶段点取的特征点, 将分析阶段点取的不确定的特征点去除, 将确认的特征点进行匹配, 增加了点取特征的一致性。由于现场指印1质量较低, 导致在分析阶段和比对阶段点取特征呈现一定的离散性, 虽然在比对阶段点取特征的一致性有所增加, 但离散程度仍然较高, 说明指纹鉴定人员在认知低质量指纹的特征点时存在认识上的偏差, 这些偏差会对接下来作出鉴定意见时会产生一定的影响, 后续待发表的论文将进一步分析认知偏差对指纹鉴定意见的影响。

实验结果表明, 对于高质量和清晰的指印, 指纹鉴定人员理解与选取匹配特征点的认知比较稳定与可靠, 值得信赖。但是对于低质量的指印, 指纹鉴定人员理解与选取匹配特征点的认知稳定性与可靠性较低, 尤其在中、低质量区内特征点选取需要认真与细致的分析。

使用指数I来表示衡量点取特征变化的程度, 用于衡量本次测试中指纹鉴定人员在分析阶段和比对阶段2次点取特征点变化的指标, 用来量化指纹鉴定人员在点取细节特征点过程中的稳定性。将分析阶段与比对阶段点取的特征变化分为以下二种情况:

情形一:某个特征点在第一次被点取, 而第二次没有被点取。

情形二:某个特征点第一次没有被点取, 而在第二次被点取。

稳定性是评估指纹鉴定人员的重要指标, I指标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, 同时I值也是指纹检验人员水平的一种体现, 因此我们提出如下的模型定义I:

其中 n_i 表示第 i 种情况的个数, w_i 是相应的权重, 对增加1个特征点与减少1个特征点赋予相同的权重, 赋值为1。例如, 计算本次实验中一位指纹鉴定人员在分析阶段和比对阶段点取特征的I值, 如表1, 该指纹人员在分析阶段, 对现场指印2点取9个特征点, 特征点序号分别为:2、4、8、11、13、14、15、16、18; 比对阶段点取11个特征点, 分别是2、3、4、6、7、8、11、13、14、15、16。首先计算增加的特征点数量, 比对阶段增加了3个特征点, 分别是3、6、7, 所以增加的I值为3; 其次计算减少点的I值, 比对阶段减少了一个特征点, 为18, 所以减少点的I值为1, 所以I= I_增加+ I_减少 = 3+1 = 4。数据显示该指纹人员在分析与比对阶段, 特征点取的数量变化值为11-9=2, I值为4, 说明该指纹鉴定人员在比对阶段由于样本指印的影响, 增加了3个特征点, 去除了1个特征点, 点取特征的稳定性表现为中等水平。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 指纹鉴定人员在分析和比对阶段点取特征点位置与数量 Table 1 Minutiae distribution in analysis and comparison phase annotated by a fingerprint examiner 特征点序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 总数量 分析阶段点取特征 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 9 比对阶段点取特征 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 11

表1 指纹鉴定人员在分析和比对阶段点取特征点位置与数量 Table 1 Minutiae distribution in analysis and comparison phase annotated by a fingerprint examiner

根据I值的定义和计算方式, 二枚指印的I值分布, 如图9所示。数据显示, 指印1的I值变化幅度最大, I值由0~23之间变化; 指纹2的I值变化幅度较小, I值由0~9之间变化。对106家机构的指纹1与指纹2点取特征变化的I值做一个相关性检验, 两个变量之间的相关分析就是研究两个变量间的线性相关程度, 并用合适的指标表示出来的统计方法。按照相关的性质分为正相关与负相关, 正相关是指两个变量变化的方向是一致的, 负相关指两个变量变动的方向是相反的。按照相关程度, 可以分为完全相关, 不完全相关与不相关。相关分析中, 常用的代表两个变量相关性的指标为皮尔逊相关系数, 取值在-1~1之间, 其绝对值越接近1, 说明两个变量相关性越强, 越接近于零说明相关性越弱。数据显示两个变量相关系数为0.37, 说明指印1和指印2之间I值具备相关性。

图9

Fig.9

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	图9 指纹1和指纹2特征变化指数I分布图Fig.9 Minutiae variability index I distribution of fingermark 1 and fingermark 2