左琦，馬龍飛，董毓恒

（1.河南警察學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系，河南鄭州 450046； 2.湯陰縣公安局，河南安陽 456150）

司法實(shí)踐中的檢材指紋經(jīng)常出現(xiàn)殘缺、模糊、重疊等情況，且沒有足夠的細(xì)節(jié)特征用于同一認(rèn)定，這時(shí)指紋中微觀細(xì)節(jié)特征汗孔有可能為案件的檢驗(yàn)提供幫助。 汗孔直徑一般為50～250 μm，3～5 個(gè)汗孔/mm，一枚完整指紋有2000～4 000個(gè)汗孔[1]。汗孔是從乳突紋線內(nèi)部構(gòu)造的角度來描述指紋信息的微觀特征，其高特征密度、高區(qū)分度的特點(diǎn)吸引著學(xué)者不斷的探索，逐漸成為指紋學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[2]。 王有民等[3-4]對(duì)汗腺導(dǎo)管螺旋走行的形態(tài)學(xué)特征觀察，并對(duì)表皮更替時(shí)間內(nèi)汗孔位置的生物學(xué)變化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明：表皮內(nèi)汗腺導(dǎo)管螺旋走行有一定規(guī)律，其管徑、螺長(zhǎng)、螺徑、圈數(shù)、螺距均在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，且在一定程度上影響著汗孔的位置與大小變化；表皮更替時(shí)間內(nèi)，手指指腹乳突紋線上的汗孔在縱、橫兩個(gè)方向均有位置變化，其縱向位置位移值顯著大于橫向，男性指紋縱、橫兩個(gè)方向的位移值顯著大于女性。梁娜等[5]在對(duì)手指指腹表皮新陳代謝研究過程中發(fā)現(xiàn)，汗孔大小因表皮更替而呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，其中男性指紋汗孔普遍大于女性，男性指紋汗孔變化幅度普遍大于女性。 在較長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)觀察手指汗孔發(fā)現(xiàn)，汗孔的生理變化遠(yuǎn)沒有捺印壓力、捺印方式引起的變化大，以細(xì)節(jié)特征為參考定點(diǎn)考察汗孔特征時(shí)，汗孔位置在一定生理階段內(nèi)保持穩(wěn)定[6]。在對(duì)單個(gè)汗孔個(gè)體特征進(jìn)行觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，汗孔的大小、形狀、排列等均有所不同，由此可以觀察汗孔間更細(xì)微的差異，進(jìn)而區(qū)分不同的汗孔[7-8]。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)承痕客體、刷顯粉末種類和粒徑大小、作用方式等對(duì)指紋微觀細(xì)節(jié)特征的穩(wěn)定性都存在不同程度的影響，使汗孔的形態(tài)、大小、出現(xiàn)率有所不同，但汗孔之間的相對(duì)位置及相互關(guān)系具有相對(duì)穩(wěn)定性[9-10]。 在汗孔采集方面，油墨捺印法可以反映出汗孔[11]，但反映效果不夠理想，汗孔、紋線形態(tài)等特征在不同壓力下的穩(wěn)定性較差[12]。 油畫顏料法與石墨法可以采集到更清晰、完整的汗孔，為汗孔采集提供一種新思路[13]。 在汗孔提取研究中，SHI等[14]發(fā)現(xiàn)遺留在硝酸纖維素膜上的汗?jié)撝讣y和油潛指紋，浸泡在水溶性染料表面后，可以提取到清晰的汗孔特征。 WANG等[15]提出利用親水的Fe3O4@SiO2-CdTe納米顆粒、WEI等[16]提出利用鈣鈦礦磁性納米顆粒來顯現(xiàn)指紋，這兩種方法均可以將指紋中的汗孔特征清晰地顯現(xiàn)出來。

在司法鑒定中特征識(shí)別的數(shù)量和質(zhì)量是應(yīng)用的基礎(chǔ)，其識(shí)別的準(zhǔn)確性是應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有研究中還沒有關(guān)于汗孔識(shí)別準(zhǔn)確性的研究。 一枚完整指紋面積大、汗孔數(shù)量多，加之汗孔細(xì)微、反映性差的特點(diǎn)，使汗孔作為特征被全部識(shí)別是困難的，易出現(xiàn)錯(cuò)標(biāo)和漏標(biāo)等情況，而小面積局部指紋內(nèi)汗孔數(shù)量有限，給汗孔特征識(shí)別提供了條件。 本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)局部指紋內(nèi)汗孔進(jìn)行顯現(xiàn)、標(biāo)注，統(tǒng)計(jì)識(shí)別的正確率、錯(cuò)誤率、漏標(biāo)率，分析影響識(shí)別準(zhǔn)確性的因素，為汗孔特征的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

EPSON V600 型掃描儀。

A4 白紙、搪瓷杯、玻璃板、不銹鋼杯、納米磁性粉[平均粒徑20nm，主要成分為四氧化三鐵（Fe3O4）]、金粉、銀粉、刷子、多波段光源、橡膠手套、指紋膠帶、馬蹄鏡、2B 鉛筆、紙張快速顯現(xiàn)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為TFD-2）、Photoshop 圖像處理軟件等。

1.2 樣本制作

1.2.1 滲透性客體——A4 白紙上樣本手印的制作

通過預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作用力對(duì)汗孔形成影響較大，在中等壓力、垂直向下捺印條件下形成的汗孔反映較好，本次實(shí)驗(yàn)樣本均采用此方法遺留樣本手印。 隨機(jī)挑選實(shí)驗(yàn)者（22 歲，男性），其右手拇指在A4 白紙上遺留汗?jié)撌钟?shù)枚，將遺留手印的A4白紙置于TFD-2 系統(tǒng)載物臺(tái)中，在紅外輸出強(qiáng)度90%，載物臺(tái)流速1 500 mm/min 條件下顯現(xiàn)手印，并在多波段光源（加橙色濾光鏡）下觀察拍照提取，選取一枚汗孔反映好的手印作為A4 白紙樣本手印。

1.2.2 非滲透性客體——搪瓷杯、玻璃板、不銹鋼杯上樣本手印的制作

實(shí)驗(yàn)者右手拇指在搪瓷杯、玻璃板、不銹鋼杯表面分別遺留汗?jié)撌钟?shù)枚，選擇納米磁性粉末、金粉、銀粉刷顯，將顯出的手印用膠帶分別提取。 通過觀察發(fā)現(xiàn)，納米磁性粉末刷顯出的手印汗孔效果優(yōu)于金粉、銀粉刷顯效果，遂對(duì)納米磁性粉刷顯出的手印進(jìn)行拍照提取。 在三種承痕客體上提取的手印中，分別選取一枚汗孔反映好的手印作為搪瓷杯樣本手印、玻璃板樣本手印、不銹鋼杯樣本手印。

1.2.3 參照樣本手印制作

在前期的研究中發(fā)現(xiàn)，石墨法采集的指紋汗孔數(shù)量多、反映清晰完整。 本次實(shí)驗(yàn)采用該方法制作參照樣本手印。 利用2B 鉛筆在A4 白紙上均勻用力、反復(fù)摩擦制造光滑平面， 將實(shí)驗(yàn)者右手拇指在此平面均勻摩擦粘附石墨，用指紋膠帶粘取摩擦后的手指數(shù)次，將膠帶粘貼在A4 白紙上，采集手印數(shù)枚。 重復(fù)將A4 白紙置于EPSON V600 型掃描儀中，在600、1 200、2 400、3 600 dpi 不同分辨率下分別掃描，發(fā)現(xiàn)1 200 dpi分辨率的掃描質(zhì)量高于600 dpi，但1 200 dpi分辨率的掃描質(zhì)量與2400、3600dpi 相比，汗孔反映差別不明顯。 因此，實(shí)驗(yàn)使用1200dpi 掃描參照樣本，選取一枚汗孔反映好的指紋作為參照樣本指紋。

1.3 方法

1.3.1 局部指紋的確定

觀察發(fā)現(xiàn)在400 dpi×400 dpi 像素區(qū)域內(nèi)，手印上有50～100 個(gè)汗孔，一枚手印中有5 個(gè)以上400dpi×400 dpi 像素區(qū)域，在此范圍標(biāo)注汗孔工作量適中，易于標(biāo)注統(tǒng)計(jì)分析。 另外在此范圍內(nèi)一般有2～3 個(gè)細(xì)節(jié)特征，可用于特征的整體定位，故本次實(shí)驗(yàn)以400 dpi×400 dpi 像素區(qū)域作為考察識(shí)別汗孔的一個(gè)局部指紋。

1.3.2 局部指紋的選取

在A4 白紙樣本手印上選取5 個(gè)局部指紋，每個(gè)局部指紋內(nèi)至少有2 個(gè)細(xì)節(jié)特征，標(biāo)記為樣本1～5，在參照樣本手印上選取5 個(gè)相同區(qū)域的局部指紋，標(biāo)記為參照樣本1～5。 按照相同的方法，分別在搪瓷杯樣本手印上標(biāo)記為樣本6～10，參照樣本6～10；在玻璃板樣本手印上標(biāo)記樣本11～15，參照樣本11～15；在不銹鋼杯樣本手印上標(biāo)記樣本16～20，參照樣本16～20。

1.3.3 樣本與參照樣本汗孔特征標(biāo)注

在標(biāo)注局部指紋內(nèi)汗孔特征時(shí)，先對(duì)樣本1～20進(jìn)行標(biāo)注，再對(duì)參照樣本1～20 進(jìn)行標(biāo)注。 開始標(biāo)注時(shí)，首先找出該局部指紋內(nèi)的細(xì)節(jié)特征，然后以細(xì)節(jié)特征為參考定點(diǎn)，順著紋線依次標(biāo)注汗孔。 由于需要利用參照樣本對(duì)樣本進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證，因此參考樣本的標(biāo)注尤為重要，需要反復(fù)比較確定參照樣本汗孔的位置、距離、角度、排列等情況，盡量客觀、真實(shí)、全面地反映局部指紋內(nèi)的所有汗孔，這一步是準(zhǔn)確驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟。

1.3.4 汗孔特征標(biāo)注方式

本次實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)特征用25 像素×25 像素區(qū)域的紅色實(shí)心圓標(biāo)注，汗孔特征用15 像素×15 像素區(qū)域的紅色空心圓標(biāo)注。 樣本與參照樣本比較后正確標(biāo)注的汗孔用紅色空心圓表示，錯(cuò)誤標(biāo)注的汗孔用藍(lán)色空心圓表示，遺漏標(biāo)注的汗孔用黃色空心圓表示。

1.3.5 樣本與參照樣本汗孔特征的比較統(tǒng)計(jì)

將標(biāo)注好的樣本1～20 與參照樣本1～20 分別進(jìn)行比較，以細(xì)節(jié)特征為參考定點(diǎn)，以參照樣本汗孔特征為標(biāo)準(zhǔn)，順紋線依次比較樣本與參照樣本汗孔位置、距離等關(guān)系是否一致，統(tǒng)計(jì)20 個(gè)局部指紋汗孔標(biāo)注的正確數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)、漏標(biāo)數(shù)，并計(jì)算標(biāo)注正確率、錯(cuò)誤率、漏標(biāo)率（以下簡(jiǎn)稱“三率”）。

2 結(jié)果

2.1 樣本汗孔特征標(biāo)注與參照樣本汗孔標(biāo)注的比較

A4 白紙樣本1～5 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較（圖1）；搪瓷杯樣本6～10 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較（圖2）；玻璃板樣本11～15 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較（圖3）；不銹鋼杯樣本16～20 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較（圖4）。

圖1 A4 白紙樣本1～5 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較

圖2 搪瓷杯樣本6～10 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較

圖3 玻璃板樣本11～15 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較

圖4 不銹鋼杯樣本16～20 的選取及汗孔特征標(biāo)注與參照樣本的比較

2.2 汗孔特征識(shí)別三率數(shù)據(jù)總體結(jié)果

統(tǒng)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)中四種承痕客體上提取的手印中，20個(gè)局部指紋內(nèi)汗孔特征識(shí)別的三率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。其中：正確率等于正確數(shù)除以正確數(shù)與錯(cuò)誤數(shù)之和；錯(cuò)誤率等于錯(cuò)誤數(shù)除以正確數(shù)與錯(cuò)誤數(shù)之和；漏標(biāo)率等于漏標(biāo)數(shù)除以正確數(shù)與漏標(biāo)數(shù)之和。從表1 中可以看出，樣本1～20中，正確率最高為98.51%，最低為85.45%，平均正確率為92.30%；錯(cuò)誤率最高為14.55%，最低為1.49%，平均錯(cuò)誤率為7.70%；漏標(biāo)率最高為22.73%，最低為1.18%，平均漏標(biāo)率為7.39%。

表1 四種承痕客體20 個(gè)樣本中汗孔識(shí)別三率統(tǒng)計(jì)總表

2.3 不同承痕客體汗孔識(shí)別三率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)中A4白紙上汗孔標(biāo)識(shí)平均正確率最高為94.67%，搪瓷杯上汗孔標(biāo)識(shí)平均正確率最低為89.36%，兩者相差5.31個(gè)百分點(diǎn)；搪瓷杯上汗孔平均標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤率最高為10.64%，A4白紙上汗孔標(biāo)識(shí)平均錯(cuò)誤率最低為5.33%，兩者相差5.31個(gè)百分點(diǎn)；不銹鋼杯上汗孔平均漏標(biāo)率最高為10.18%，玻璃板上汗孔漏標(biāo)率最低為4.85%，兩者相差5.33個(gè)百分點(diǎn)。 四種承痕客體汗孔識(shí)別三率差別不大，A4白紙上汗孔標(biāo)識(shí)效果略優(yōu)于其他承痕客體。

2.4 不同顯現(xiàn)方法汗孔識(shí)別三率統(tǒng)計(jì)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)滲透性客體——A4白紙上汗?jié)撌钟〔捎脽嶂聼晒夥@現(xiàn)，汗孔識(shí)別正確率為94.67%，錯(cuò)誤率為5.33%，漏標(biāo)率為7.27%；非滲透性客體——玻璃板等承痕客體上手印采用納米磁性粉顯現(xiàn)，平均正確率為91.50%，錯(cuò)誤率為8.50%，漏標(biāo)率為7.42%。兩種顯現(xiàn)方法提取手印后的汗孔標(biāo)注，正確率相差3.17個(gè)百分點(diǎn)，錯(cuò)誤率相差3.17個(gè)百分點(diǎn)，漏標(biāo)率相差0.15個(gè)百分點(diǎn)?？傮w來說，兩種顯現(xiàn)方法汗孔識(shí)別三率總體差別不大，熱致熒光顯現(xiàn)法效果略優(yōu)于納米磁性粉刷顯法。

3 討論

（1）一枚完整手印中汗孔數(shù)量大，分布密集，給識(shí)別帶來困難，而本實(shí)驗(yàn)小面積局部指紋內(nèi)，乳突紋線上汗孔數(shù)量有限，汗孔間距離近、變形小，易于有效識(shí)別。 統(tǒng)計(jì)標(biāo)注的平均正確率為92.30%，平均錯(cuò)誤率為7.70%，平均漏標(biāo)率為7.39%，可以認(rèn)為汗孔特征識(shí)別的準(zhǔn)確性較高。 本次實(shí)驗(yàn)20 個(gè)樣本中，沒有完全標(biāo)注正確的樣本，均出現(xiàn)錯(cuò)誤或漏標(biāo)的情況，說明汗孔反映性差，不能像手印中的起點(diǎn)、終點(diǎn)等細(xì)節(jié)特征可以完全準(zhǔn)確識(shí)別，汗孔特征需要審慎使用。

（2）本次實(shí)驗(yàn)中A4白紙、搪瓷杯、玻璃板、不銹鋼杯承痕客體表面汗孔識(shí)別正確率較高，但并非承痕客體表面越光滑、滲透性越低，識(shí)別正確率越高。 從表1 可以看出，A4白紙上汗孔的識(shí)別的正確率略高于搪瓷杯、玻璃板、不銹鋼杯上汗孔識(shí)別的正確率。分析認(rèn)為承痕客體表面光滑、平整，乳突紋線遺留完整，易于準(zhǔn)確識(shí)別汗孔，但承痕客體的光滑程度主要影響乳突紋線的連貫性，對(duì)汗孔的位置、數(shù)量、形態(tài)大小等影響小。 當(dāng)手指汗液量略大，在非滲透性光滑客體遺留手印時(shí)，易滑動(dòng)變形，影響手印的形成，使玻璃板等承痕客體的汗孔識(shí)別正確率略低于A4白紙。

（3）使用熱致熒光法和納米磁性粉末法顯現(xiàn)手印后，汗孔識(shí)別均獲得較好的效果，其中A4白紙上汗孔識(shí)別的正確率略高于玻璃板等客體汗孔識(shí)別的正確率。 分析認(rèn)為，A4白紙上汗?jié)撌钟±眉t外熱成像方法處理，經(jīng)長(zhǎng)波紫外觀察激發(fā)熒光顯現(xiàn)手印，整個(gè)過程不接觸遺留手印的A4白紙，乳突紋線反映較好，汗孔識(shí)別效果好。 玻璃板等承痕客體表面光滑，粉末刷顯時(shí)，刷子與乳突紋線直接接觸，可能導(dǎo)致汗孔輕微破壞，另外納米粉末顆粒小于汗孔直徑，粉末用量大、操作不當(dāng)?shù)葧?huì)引起汗孔堵塞，或者紋線斷裂等情況，給汗孔的標(biāo)注帶來困難，最終導(dǎo)致汗孔識(shí)別正確率有所降低。

（4）為了更好地標(biāo)注汗孔特征，實(shí)驗(yàn)者對(duì)汗孔生理結(jié)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)形成汗孔反映效果的復(fù)雜因素進(jìn)行分析，對(duì)局部指紋內(nèi)乳突紋線上汗孔數(shù)量、形態(tài)、大小等進(jìn)行顯微鏡觀察比較，最終獲得較高的汗孔識(shí)別正確率。 但汗孔細(xì)微、反映性差，加之復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，給現(xiàn)場(chǎng)手印汗孔識(shí)別帶來一定困難，如指紋檢驗(yàn)人員對(duì)汗孔特征認(rèn)識(shí)不足，出現(xiàn)標(biāo)注錯(cuò)誤及漏標(biāo)增加的情況，會(huì)放棄汗孔特征的尋找使用。人為因素對(duì)汗孔識(shí)別有一定的影響，但容易被忽視。

4 結(jié)論

通過對(duì)局部指紋內(nèi)汗孔特征標(biāo)注與驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)表明，汗孔特征在一定條件下可以準(zhǔn)確識(shí)別。 但汗孔識(shí)別的準(zhǔn)確性受手印遺留面積的大小、承痕客體性質(zhì)、顯現(xiàn)方法以及對(duì)汗孔認(rèn)識(shí)程度等多方面因素影響。 人手乳突紋線中汗孔特征客觀存在，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。 隨著計(jì)算機(jī)紋理識(shí)別技術(shù)、深度學(xué)習(xí)方法等指紋圖像識(shí)別技術(shù)的深入發(fā)展，有望使汗孔特征的價(jià)值逐步被接受，成為輔助手印鑒定的依據(jù)之一。