劉世權,糜忠良,羅亞平,吳 劍
(1.中國人民公安大學刑事科學技術學院,北京 100038;2.上海市現(xiàn)場物證重點實驗室,上海200080;3.東北大學理學院,沈陽 110819)
指紋鑒定人員點取細節(jié)特征穩(wěn)定性問題研究
劉世權1,糜忠良2,羅亞平1,吳 劍3
(1.中國人民公安大學刑事科學技術學院,北京 100038;2.上海市現(xiàn)場物證重點實驗室,上海200080;3.東北大學理學院,沈陽 110819)
指紋鑒定意見是指紋鑒定人員結合自身從業(yè)經(jīng)驗并通過一系列的檢驗獲得的,整個指紋鑒定過程是由感性上升至理性的認知過程。在指紋鑒定過程中,指紋鑒定人員辨別現(xiàn)場指印中細節(jié)特征點的能力是影響指紋鑒定意見的重要因素,在獲得樣本指印后,對照樣本指印確認現(xiàn)場指印中的細節(jié)特征點則直接決定著鑒定意見。考察指紋鑒定人員在檢驗現(xiàn)場指印時點取細節(jié)特征點的結果,以及獲得樣本指印后對現(xiàn)場指印細節(jié)特征的變動情況,可以分析指紋鑒定人員在不同條件下判斷現(xiàn)場指印細節(jié)特征點的認知變化,有助于判斷指紋鑒定人員在分析階段理解現(xiàn)場指印特征的程度,有助于考察樣本指印對指紋鑒定人員點取特征產(chǎn)生的影響,進而分析點取特征穩(wěn)定性與指紋鑒定能力之間的關系,為指紋管理人員評估指紋鑒定人員鑒定能力提供一定幫助。本文重點針對指紋鑒定人
DOΙ: 10.16467/j.1008-3650.2015.02.006
指紋鑒定;特征變化指數(shù);穩(wěn)定性;鑒定意見
指紋鑒定的主要任務是解決指紋同一認定的問題[1,2],指紋鑒定意見作為一種法定證據(jù)形式在偵查、起訴和審判過程中發(fā)揮著重要的作用。指紋鑒定人員結合自身從業(yè)經(jīng)驗并通過一系列的檢驗獲得指紋鑒定意見,整個指紋鑒定過程是一個由感性上升至理性的認知過程。在指紋鑒定過程中,指紋鑒定人員的鑒定能力是影響指紋鑒定意見質量的重要因素,鑒定人員的鑒定能力由認知能力、記憶能力、分析能力和判斷能力等能力組成,其中鑒定人員的認知能力可由點取特征的穩(wěn)定性衡量。通過分析指紋鑒定人員在分析階段和比對階段點取特征的穩(wěn)定性,有助于理解:(1)指紋鑒定人員在分析階段理解現(xiàn)場指印特征的程度;(2)樣本指印對指紋鑒定人員點取特征產(chǎn)生的影響;(3)點取特征穩(wěn)定性與指紋鑒定能力之間的關系,從而為指紋管理人員評估指紋鑒定人員鑒定能力或者機構鑒定水平提供一定的幫助。
國外的研究表明,在分析階段點取特征的穩(wěn)定性能顯著影響比對階段選取正確匹配特征點的準確性,進而影響指紋鑒定意見的可靠性[3-7]。因此,研究我國指紋鑒定人員在分析階段和比對階段點取特征的穩(wěn)定程度,發(fā)現(xiàn)和指出目前在特征點取方面存在的問題,進而通過培訓和訓練提高我國指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性,具有一定現(xiàn)實意義。
本文在前期對指紋鑒定人員現(xiàn)場指印認知能力的研究基礎上[8],重點研究指紋鑒定人員指印分析和比對階段點取特征穩(wěn)定性,通過定義和計算特征變化指數(shù)(I)來衡量每一個鑒定機構點取特征的穩(wěn)定性和整體機構點取特征的穩(wěn)定性[9-11],實驗設計與實施涉及了指紋鑒定的分析階段、比對階段和綜合評斷。
1.1 實驗設計
參照文獻[8],設計手印4組, 2組手印的模擬現(xiàn)場指印與樣本指印為同一來源;另外2組手印則由兩枚相對清晰模擬現(xiàn)場指印及其清晰的相似樣本組成,但來源不同一?,F(xiàn)場指印經(jīng)磁性粉顯現(xiàn),拍照提取。其中,現(xiàn)場指印1為遺留在略微凸起金屬表面上的汗?jié)撝讣y,質量較高;現(xiàn)場指紋2為遺留在平滑客體上的部分汗?jié)撝讣y,質量較低。
1.2 實驗內容
邀請全國106家指紋鑒定機構在7d時間內使用指紋鑒定分析系統(tǒng)平臺,完成上述4組指印的分析及鑒定任務。登陸指紋鑒定分析系統(tǒng)平臺,完成初始調查問卷后進入指紋鑒定的分析階段,首先對現(xiàn)場指印進行特征點取、質量分區(qū)以及價值判斷等活動,完成后進入指紋比對階段,鑒定人員根據(jù)系統(tǒng)提供的樣本指紋,一對一尋找與分析階段點取特征相似的特征點,評估與判斷相對應特征點的位置、類型及相關信息,決定是否為相互匹配的特征點,對認定匹配的特征點使用數(shù)字進行標畫,對認定存在差異的特征點使用星號進行標畫。
實驗數(shù)據(jù)由指紋鑒定分析系統(tǒng)平臺導出,通過統(tǒng)計學R軟件進行統(tǒng)計和分析。采用統(tǒng)計學中假設檢驗思想分析個體與總體之間的差異性問題。
在分析階段,指紋鑒定人員根據(jù)自身對現(xiàn)場指印的理解,點取其認為可靠的特征點。實驗數(shù)據(jù)顯示指紋鑒定人員在分析階段,所點取的細節(jié)特征點的位置和數(shù)量存在一定的差異性。在比對階段,鑒定人員根據(jù)樣本指印以及自身的認知能力,評估和判斷特征點的匹配程度,結果顯示各測試機構在分析和比對階段點取特征發(fā)生了一定的變化。本研究涉及四枚模擬現(xiàn)場指印,鑒于篇幅所限,以下僅對現(xiàn)場指印1和2進行討論分析。
2.1 點取細節(jié)特征的結果與分析
2.1.1 現(xiàn)場指印1的特征點取結果與分析
2.1.1.1 分析階段各機構點取現(xiàn)場指印1特征點統(tǒng)計將各測試機構在指紋鑒定分析階段和比對階段點取的特征匯總在指印圖中,如圖1所示,可直觀顯示各測試機構在分析和比對階段點取特征發(fā)生了一定的變化,具體包括點取特征的位置和數(shù)量。
圖1 各測試機構在指印1鑒定過程中點取的特征匯總圖。從左到右依次為分析階段、比對階段和特征匯總圖。Fig.1 Minutiae of fi ngermark 1 annotated by 106 agencies.From left to right: analysis phase, comparison phase and minutiae map.
從特征匯總指印圖中可以看出,各測試機構在分析階段和比對階段選取相互匹配的特征點共計27個,實驗中將每一個特征點賦予特定編號。實驗統(tǒng)計每一個特征在分析階段被點取的頻率,如圖2所示。40%以上機構點取,特征點序號分別為:1、2、14、25、11、4、10、17、15、23、22、5(頻率由高至低排列) 共計12個。
圖2 現(xiàn)場指印1分析階段特征點取頻率分布圖Fig.2 Minutiae frequency of fi ngermark 1 in analysis phase經(jīng)統(tǒng)計,在分析階段,有12個特征點被超過
2.1.1.2 比對階段各機構點取現(xiàn)場指印1特征點統(tǒng)計在比對階段,有13個特征點被超過40%以上機構選取,特征點序號分別為:1、2、14、4、10、17、11、15、23、22、25、12、13(頻率由高至低排列)共計13個,如圖3所示。
圖3 現(xiàn)場指印1比對階段特征點取頻率分布圖Fig.3 Minutiae frequency of fi ngermark 1 in comparison phase
在比對階段,各測試機構整體降低了5號特征點的點取率,同時提高了12號和13號特征點的點取率,超過40%的測試機構共同點取的特征點的數(shù)量增加1個。5號特征點位于高質量區(qū)域與低質量的交界處,表現(xiàn)為細線,當參考樣本指印時部分測試機構認為該特征點不穩(wěn)定,不再標識為特征點。特征點12號和13號位于低質量區(qū),該2個特征點位于現(xiàn)場指印1的中心區(qū),其中12號特征點為箕頭起點,13號特征點是由兩條紋線變?yōu)槿龡l紋線形成的特征點,因此當參考樣本指印時部分測試機構認定該兩個特征點比較穩(wěn)定可靠,將其標識為匹配特征。
將測試各機構在比對階段點取的特征與超過40%機構點取的13個特征點進行比較,其吻合程度(符合率)如圖4所示。數(shù)據(jù)說明,各機構點取的特征與超過40%機構點取的13個特征點的符合率在40%~100%之間,說明各機構在點取特征的一致性方面呈現(xiàn)一定的差異性。
圖4 各測試機構點取指印1的特征點與超過40%機構點取的13個特征點符合率分布圖Fig.4 Coincidence rate distribution of fi ngermark 1 minutiae selection by all agencies and 13 minutiae consensus from 40% of them in comparison phase
2.1.2 現(xiàn)場指印2特征點取結果分析
2.1.2.1 分析階段各機構點取現(xiàn)場指印2特征點統(tǒng)計將各測試機構在指紋鑒定分析和比對階段點取的特征匯總在指印圖中,如圖5所示,直觀顯示各測試機構在分析和比對階段點取特征發(fā)生了一定的變化,但是變化程度較小。各測試機構在分析階段和比對階段選取相互匹配的特征點共計18個,每一個特征點的位置標示在特征匯總圖中。
圖5 各測試機構在指印2鑒定過程中點取的特征匯總圖。從左到右依次為分析階段、比對階段和特征匯總圖。Fig.5 Minutiae of fi ngermark 2 annotated by 106 agencies.From left to right: analysis phase, comparison phase and minutiae map.
統(tǒng)計每一個特征點在分析階段和比對階段被點取的頻率,如圖6所示。在分析階段,超過80%以上機構選取了共同的10個特征點,特征點序號分別為:11、13、15、4、14、8、2、7、16、6(頻率由高至低排列)。
2.1.2.2 比對階段各機構點取現(xiàn)場指印2特征點統(tǒng)計在比對階段,超過80%以上機構選取了共同的10個特征點,特征點序號分別為:4、11、14、15、13、7、8、16、6、2(頻率由高至低排列)共計10個,如圖7所示。數(shù)據(jù)顯示,在分析與比對階段,各機構80%以上公認點取的特征點的位置和數(shù)量均沒有發(fā)生改變,低于20%的公認特征點由6個降低至4個,說明各機構對現(xiàn)場指印2的認知具備較高的認知一致性。
將測試各機構在比對階段點取的特征與超過80%機構點取的10個特征點相比較,其符合率分布如圖8所示。數(shù)據(jù)說明,各機構的符合率是60%~100%,說明各機構對現(xiàn)場指紋2的特征點取與認知具備較高的一致性。
圖6 現(xiàn)場指印2分析階段特征點取頻率分布圖Fig.6 Minutiae frequency of fi ngermark 2 in analysis phase
圖7 現(xiàn)場指印2比對階段特征點取頻率分布圖Fig.7 Minutiae frequency of fi ngermark 2 in comparison phase
圖8 各測試機構點取指印2特征與超過80%機構點取的10個特征點符合率分布圖Fig.8 Coincidence rate distribution of fi ngermark 2 minutiae selection by all agencies and 10 minutiae consensus from 80% of them in comparison phase
2.1.3 討 論 通過對測試機構在分析階段和比對階段點取特征點結果的比較分析,指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性呈現(xiàn)出一定的差異性。
(1)對于高質量指?。ㄈ绗F(xiàn)場指印2),各機構點取特征的位置比較集中,且各機構在分析階段點取的特征點與大多數(shù)機構共同點取的特征點的符合程度趨于一致。說明指紋鑒定人員在分析階段具備較強認知可靠特征點的能力。指紋鑒定人員在比對階段受到樣本指印的影響,對現(xiàn)場指印內的特征進行再次認知,并在樣本指紋上尋找相互匹配的特征點,由于現(xiàn)場指印2的質量較高,分析階段點取的特征點在比對階段均找出相互匹配的特征點,大多數(shù)機構點取相同特征點的位置和數(shù)量在分析階段和比對階段均沒有發(fā)生改變,顯示出較高的點取特征穩(wěn)定性。說明指紋鑒定人員在識別高質量指紋的特征方面具備較強的認知能力,認知偏差不大。
(2)對于低質量指?。ㄈ绗F(xiàn)場指印1),各機構無論在分析階段還是比對階段,點取特征的位置和數(shù)量均比較分散,且各機構在比對階段點取的特征點與大多數(shù)機構點取的相同的特征點符合程度較低,說明指紋鑒定人員在分析階段對特征的理解和在比對階段選取匹配特征的理解存在一定的差異性。在比對階段,由于清晰樣本指印的存在,為指紋鑒定人員再次認知特征點提供參考,輔助指紋鑒定人員深入思考分析階段點取的特征點,將分析階段點取的不確定的特征點去除,將確認的特征點進行匹配,增加了點取特征的一致性。由于現(xiàn)場指印1質量較低,導致在分析階段和比對階段點取特征呈現(xiàn)一定的離散性,雖然在比對階段點取特征的一致性有所增加,但離散程度仍然較高,說明指紋鑒定人員在認知低質量指紋的特征點時存在認識上的偏差,這些偏差會對接下來作出鑒定意見時會產(chǎn)生一定的影響,后續(xù)待發(fā)表的論文將進一步分析認知偏差對指紋鑒定意見的影響。
實驗結果表明,對于高質量和清晰的指印,指紋鑒定人員理解與選取匹配特征點的認知比較穩(wěn)定與可靠,值得信賴。但是對于低質量的指印,指紋鑒定人員理解與選取匹配特征點的認知穩(wěn)定性與可靠性較低,尤其在中、低質量區(qū)內特征點選取需要認真與細致的分析。
2.2 點取特征的變化指數(shù)結果與分析
使用指數(shù)I來表示衡量點取特征變化的程度,用于衡量本次測試中指紋鑒定人員在分析階段和比對階段2次點取特征點變化的指標,用來量化指紋鑒定人員在點取細節(jié)特征點過程中的穩(wěn)定性。將分析階段與比對階段點取的特征變化分為以下二種情況:
情形一:某個特征點在第一次被點取,而第二次沒有被點取。
情形二:某個特征點第一次沒有被點取,而在第二次被點取。
穩(wěn)定性是評估指紋鑒定人員的重要指標,I指標越大說明指紋檢驗人員的穩(wěn)定性越差,反之,說明指紋檢驗人員的穩(wěn)定性越好,同時I值也是指紋檢驗人員水平的一種體現(xiàn),因此我們提出如下的模型定義I:
其中 表示第 種情況的個數(shù), 是相應的權重,對增加1個特征點與減少1個特征點賦予相同的權重,賦值為1。例如,計算本次實驗中一位指紋鑒定人員在分析階段和比對階段點取特征的I值,如表1,該指紋人員在分析階段,對現(xiàn)場指印2點取9個特征點,特征點序號分別為:2、4、8、11、13、14、15、16、18;比對階段點取11個特征點,分別是2、3、4、6、7、8、11、13、14、15、16。首先計算增加的特征點數(shù)量,比對階段增加了3個特征點,分別是3、6、7,所以增加的I值為3;其次計算減少點的I值,比對階段減少了一個特征點,為18,所以減少點的I值為1,所以I= I增加+ I減少= 3+1 = 4。數(shù)據(jù)顯示該指紋人員在分析與比對階段,特征點取的數(shù)量變化值為11-9=2,I值為4,說明該指紋鑒定人員在比對階段由于樣本指印的影響,增加了3個特征點,去除了1個特征點,點取特征的穩(wěn)定性表現(xiàn)為中等水平。
根據(jù)I值的定義和計算方式,二枚指印的I值分布,如圖9所示。數(shù)據(jù)顯示,指印1的I值變化幅度最大,I值由0~23之間變化;指紋2的I值變化幅度較小,I值由0~9之間變化。對106家機構的指紋1與指紋2點取特征變化的I值做一個相關性檢驗,兩個變量之間的相關分析就是研究兩個變量間的線性相關程度,并用合適的指標表示出來的統(tǒng)計方法。按照相關的性質分為正相關與負相關,正相關是指兩個變量變化的方向是一致的,負相關指兩個變量變動的方向是相反的。按照相關程度,可以分為完全相關,不完全相關與不相關。相關分析中,常用的代表兩個變量相關性的指標為皮爾遜相關系數(shù),取值在-1~1之間,其絕對值越接近1,說明兩個變量相關性越強,越接近于零說明相關性越弱。數(shù)據(jù)顯示兩個變量相關系數(shù)為0.37,說明指印1和指印2之間I值具備相關性。
表1 指紋鑒定人員在分析和比對階段點取特征點位置與數(shù)量Table1 Minutiae distribution in analysis and comparison phase annotated by a fingerprint examiner
圖9 指紋1和指紋2特征變化指數(shù)I分布圖Fig.9 Minutiae variability index Ι distribution of fi ngermark 1 and fi ngermark 2
(1)指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性與現(xiàn)場指印質量存在一定的關聯(lián)。在高質量指印的鑒定過程中,指紋鑒定人員無論在分析階段還是比對階段,呈現(xiàn)出對細節(jié)特征選取的一致性與穩(wěn)定性,說明指紋鑒定人員的穩(wěn)定性較高,且樣本指印未對鑒定人員的認知能力產(chǎn)生影響;在低質量指印的鑒定過程中,指紋鑒定人員在分析階段和比對階段認知和理解細節(jié)特征呈現(xiàn)一定的差異性,數(shù)據(jù)顯示點取特征的穩(wěn)定性較差。
(2)特征變化指數(shù)I值可有效的衡量指紋鑒定人員在指紋鑒定過程中點取特征的穩(wěn)定性。指紋管理人員可依據(jù)機構或鑒定人員在指紋測試或能力驗證中I值變化程度,評估其鑒定水平,進而采取相應培訓措施,提高指紋鑒定過程中點取特征的穩(wěn)定性,達到確保指紋鑒定質量的要求。
總體而言,指紋鑒定人員在分析階段和比對階段選取特征的穩(wěn)定性是給出正確指紋鑒定意見的重要依據(jù)之一。后續(xù)研究將對指紋鑒定意見的準確性與可靠性做深入研究,并對顯著影響指紋鑒定意見的因素做統(tǒng)計與分析,建立指紋鑒定質量控制體系確保指紋鑒定過程的透明性、穩(wěn)定性和可靠性。
致謝:感謝王桂強研究員和馬繼雄高級工程師對本文提出的寶貴意見和建議。
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引用本文格式:劉世權,糜忠良,羅亞平,等.指紋鑒定人員點取細節(jié)特征穩(wěn)定性問題研究[J].刑事技術,2015,40(2):108-113.
Study on Fingerprint Examiner’s Stability of Feature Selection
LΙU Shi-quan1, MΙ Zhong-liang2, LUO Ya-ping1, WU Jian2
(1.School of Criminal Science and Technology, People’s Public Security University of China, Beijing 100038, China; 2.Shanghai Key Laboratory of Crime Scene Evidence,Shanghai 200080,China; 3.School of Science, Northeastern University, Shenyang 110819, China)
The decision of fi ngerprint identifi cation depends on the fi ngerprint examiner’s knowledge and experience.The fi ngerprint identifi cation process is a recognition process which can be described as a process from perceptual cognition to rational cognition.During the process, one of the factors that impacts the quality of fi ngerprint identifi cation is the capability of the fingerprint examiner.Fingerprint examiners select corresponding minutiae on fingermark in comparison phase and the capability can be measured by fingerprint examiners’ stability of minutiae selection.Some research has demonstrated that stability of minutiae selection has infl uenced the quality of fi ngerprint identifi cation conclusion, hence it is critical for conducting such fundamental research on stability of minutiae selection for Chinese fingerprint examiners.Our research is focused on analysis of stability of minutiae selection between analysis phase and comparison phase and can help us to understand: how fi ngerprint examiners understand the minutiae of fi ngermark in analysis phase; how to control fi ngerprint impacts fi ngerprint examiners’ decision in minutiae selection in comparison phase; what is the relationship between stability of minutiae selection and fi ngerprint identifi cation ability.Ιn this study 106 fi ngerprint agencies around China were invited to take a profi ciency test and fi nish four trials from the same source.The data were collected by web-based software and were analyzed by R statistical software.The results show that different analysts performed differently and fi ngerprint quality impacted the stability of minutiae selection.Ιf fi ngerprint quality values were high, examiners reported highly stable minutiae selection, while they reported highly unstable minutiae selection if quality values were low, especially on the border of high quality and low quality area.Stability of minutiae selection can be effectively measured by Ι, which is defi ned as Minutiae Variability Ιndex.This suggests that there is a need for developing a tool to assess the quality of fi ngermarks to predict the performance of fi ngerprint examiners during the fi ngerprint identifi cation process.According to distribution of Ι, manager can effectively evaluate identifi cation ability of agency or examiner and then take effective measurement to improve the stability of minutiae selection (such as document identifi cation activity and add more verifi cation stage) and make sure the quality of the fi ngerprint identifi cation.
fi ngerprint identifi cation; minutiae variability index; stability; conclusion員點取特征的穩(wěn)定性進行研究,邀請106家鑒定機構對4組指印進行特征點取,使用統(tǒng)計學工具對點取特征的結果進行統(tǒng)計與分析。實驗結果表明:不同機構指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性存在一定的差異性;指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性與現(xiàn)場指印質量之間存在顯著關系,高質量指印鑒定過程中,指紋鑒定人員選取特征的穩(wěn)定較高,且樣本指印未對鑒定人員的認知能力產(chǎn)生影響,低質量指印鑒定過程中,指紋鑒定人員在分析階段和比對階段點取特征的穩(wěn)定性較差,尤其在高低質量區(qū)交界處點取特征的離散程度較高;點取特征變化指數(shù)I可有效衡量指紋鑒定人員點取特征的穩(wěn)定性,指紋管理人員可依據(jù)I值變化程度,評估機構或者鑒定人員的鑒定水平,進而采取相應培訓措施,提高指紋鑒定過程中點取特征的穩(wěn)定性,確保指紋鑒定質量。
上海市刑事科學技術研究院現(xiàn)場物證重點實驗室開放課題(No.2014XCWZK15)
劉世權(1981—),男,遼寧盤錦人,博士研究生,研究方向為指紋鑒定。 E-mail:shiquan.liu@hotmail.com
羅亞平,女,教授,博士,研究方向為指紋鑒定。 E-mail:lyp6698@163.com
DF794.1
A
1008-3650(2015)02-0108-06
2015-02-26