指纹研究论文

一、追溯指纹识别技术的最早 （1）最早的指纹术 中国是世界上公认的“指纹术”发祥地，在指纹应用方面具有非常悠久的历史。追溯中华民族的指纹历史，可以上溯到6000年以前的新石器时代中期。在半坡遗址出土的陶器上就印有清晰可见的指纹图案。距今有5000年历史的红山文化遗址处（今天的内蒙赤峰市东效红山），考古发现的古陶罐上有3组几何曲线画，是3枚相同的、典型的箕形指纹画，每枚指纹画都有一条中心线和6条围线。在位于青海省乐都县柳湾墓地的马家窖文化，出土了距今5000年的人像指纹彩陶壶。其上绘有4幅原始螺旋形指纹画。嵴线的起点、终点的细节特征都很明显，在两组画之间绘制一个三角，一个中心花纹配左右两个三角纹，组成了一幅完整的斗形指纹画。 指纹学家确认，指纹曾是古人进行陶器纹样设计的模板。新石器时代陶器上被考古学家命名的几何装饰纹中，如波形纹、弧形纹、圆圈纹、曲线纹、旋涡纹、雷云纹等在指纹上应有尽有。这是在积累了丰富的指纹观察经验的基础上，准确生动的创作的指纹画。这种创作的成功，是深刻理解指纹特性基础上的再创作，是对指纹术认识的前奏曲。 中国古代第一个利用指纹的保密措施。秦汉时代（公元前221年～公元25年）盛行封泥制。当时的公私文书大都写在木简或木牍上，差发时用绳捆绑，在绳端或交叉处封以粘土，盖上印章或指纹，作为信验，以防私拆。这种泥封指纹，是作为个人标识，也表示真实和信义。还可防止伪造。这个保密措施可靠易行。 中国古代第一个印有指纹的契约文书。1959年新疆米兰古城出土了一份唐代藏文文书（借粟契）。这封契是用长厘米、宽厘米，棕色、较粗的纸写成的，藏文为黑色，落款处按有4个红色指印。其中一个能看到嵴线，可以肯定为指纹。 另外在我国宋代时期，判案就讲证据讲科学。指纹在那时已作为正式刑事判案的物证。《宋史－元绛传》中记载有元绛利用指纹判案的故事。 （2）指纹术的正式形成 指纹最早应用在中国，但指纹技术的形成却是西方人对世界的贡献。亨利?福尔茨博士是英国皇家内外科医师学会会员，1874-1886年在日本京筑地医院工作。1880年10月8日，他在第22期英国《自然》杂志上发表了《手上的皮肤垄沟》论文。几乎同一时间，威廉?赫谢尔爵士——大英帝国派驻印度殖民地的内务官，他于1853-1878年在孟加拉胡格里地区民政部任职。1880年11月28日，第23期英国《自然》杂志也发表了他的文章——《手的皮肤垄沟》。比起亨利?福尔茨博士的论文来，他的论文仅迟了一期在同样的杂志上发表，但两篇论文的题目却惊人的相似。 亨利?福尔茨博士在日本讲授生物学的13年间，他看到日本许多文件和中国一样，都用手印来签署。亨利?福尔茨博士出于对生物学知识的敏感，对古代陶器的指纹产生了浓厚的兴趣。他收集了大量的指纹进行研究，并经过大量的观察比对，认定人的指纹各不相同。从而成为第一个提出指纹第一大特性的人。为了了解指纹是否在人的生命周期内发生变化，他组织日本的学生和医生进行各种试验。用砂纸、酸碱试着去磨去或腐蚀指纹，但新长出来的指纹与原来一模一样。亨利?福尔茨博士凭着自己深厚的生物学知识功底，从一开始就利用生物学理论和方法规范自己的指纹研究，很快就得到了指纹各不相同的结论，并证实了由吉森大学讲师、人类学家奥尔克于1856年提出的指纹终身不变的理论。到了1921年，亨利?福尔茨又连续７期出版了《指纹学》双月期杂志，奠定了其在西方指纹学方面的主导地位。 威廉?赫谢尔爵士1853-1878年在印度任职时发现孟加拉的一些中国商人有时在契约上按大拇指印。他也就采用盖手印的方法让每一个士兵在领津贴的名单和收据上盖两个指纹，结果重领和冒领的情况戛然而止。后来，他又让犯人按右手中指和食指为质，制止了当时常有的罪犯雇人服刑、冒名顶替的现象。威廉?赫谢尔爵士在自己长达19年的指纹试验和实践中，收集了数千人的指纹档案。这些档案为进一步研究指纹技术提供了宝贵的资料。1877年在他在印度写出了《手之纹线》一文。 1891年高尔顿用统计学和概率论的理论，整理出指纹的形态规律。他是达尔文的表弟，擅长统计学，他以指纹的三角数目的多少和有无为依据，将千奇百态的指纹合并为弓、箕、斗三大类型，再从其中细分出亚形，对各种形态编制数字代码，大大方便了指纹档案的管理。亨利?福尔茨的理论经高尔顿的系统整理，于1892年高尔顿出版了经典力作《指纹学》。此书标志着非经验意义上的、有着科学意义的现代指纹学的诞生。 威廉?赫谢尔爵士的继任者亨利，于1893年学习了高尔顿的《指纹学》，创造出指纹档案分类登记法，他把指纹分为５个种类：桡侧环（正箕）、尺侧环（反箕）、螺型、平拱和凸拱（见图26）,并开始在印度使用。1901年英国政府采用了亨利指纹分类法，1903年德国、1904年美国、1914年法国也都相继使用了亨利指纹法。其它国家如瑞士、挪威、俄罗斯、意大利、埃及等国也在后来陆续采用了亨利的指纹分类法。从此亨利指纹分类法在世界上广泛使用，包括我国在内。 二、人工指纹识别技术成形 自亨利指纹法提出以来，世界各国都开始在自己的刑侦领域广泛使用这一分类方法。那时指纹的建档是通过指纹卡作为载体来存储指纹的。随着收集的指纹越来越多，指纹的亚类型越来越丰富，FBI和其它机构在经过多年实际应用的经验后，扩大了亨利指纹系统，增加了更多的判定数据作为辅助分类的依据。同时考虑到指纹卡存储、检索与管理的方便性，FBI开发了指纹卡的标准，包括卡片大小、墨水类型、指纹数量、应该收集的指纹名称（拇指等）、指纹按压位置、描述文字所在位置等。 当时环境下，指纹采集均采用指纹卡的形式。在刑侦现场，收集嫌疑人留下的指纹的方法，大多是采用化学显影等方法显现指纹，之后再通过拍照的方式取得现场指纹并保存下来，以备后续进行人工比对。显现指印的具体方法许多，主要归纳为物理附着作用显色、化学反应显色、荧光显现等几大类。但没有任何一种方法是到处可以适用的"万能方法"。必须因质、因时、因地做具体筛选，否则不会奏效，甚至破坏现场手印。 以下是一位多年从事刑侦工作的工作人员所提供的基本思路。 (一)先在自然光或人造光源下，通过调整光的强弱与角度检查，更加能观察清楚，即直接拍照。 (二)在普通光线下观察不清的，试用在各种色光、紫外和激光下，配用不同的滤光镜进行荧光检验。许多物质(包含汗液物质)在外界光能激发下，都会产生荧光。不同物质、在不同波长激发光的激发下，发出荧光的波长范围也不一样。而滤光片有若干种，当滤光片与指印物质的荧光波长匹配，我们即可透过滤光镜看到和拍摄到清晰的指印。 (三)使用特种胶薰显法，大部分指印可以显出。而且薰显出来的纹线粘附力增强，还可以继续用碘薰等其他方法增强薰显效果。 (四)薰显后，如效果不佳，可以放置挥发，继续用化学方法显色，一般采用喷雾方法。视不同客体，可用不同的试剂。 (五)对薰显后，不宜再采用化学方法的，可以适当用物理方法显现，再用真空镀膜法增强效果。 (六)最后，还可以用二次荧光技术进行检验。 人工指纹比对一般是由专业技术人员根据事先制定的指纹分类方法和指纹细节辨识方法，对从现场采集回来的指纹与指纹库中的指纹卡上的进行人工肉眼辨识。当时的人工比对主要是用于刑事侦破和法院判案，所以保证人工比对的准确性是非常重要的。 三、自动指纹识别应运而生 在20世纪60年代，以电子计算机为代表的信息技术的逐步兴起，为人们研究指纹识别提供了新的思路和方法。早在1961年的时候就有记载关于自动比较指纹的论文发表出来。1963年，著名的《自然》杂志也发表了关于指纹自动识别的论文。而指纹卡的应用，到1969年的时候，仅FBI收集的指纹就有超过1600万人的。当时，FBI已经发现存储和搜索指纹任务之繁重到了FBI职员不能承受的地步。于是向美国国家标准局提出要求帮助研究自动比较的技术。当时的法国、英国、俄罗斯、加拿大、日本也开始了类似的研究。目前全球著名的自动指纹识别系统（AFIS）公司大多都是这一阶段创立和发展起来的，如SAGEM(Morpho System)、UltraScan、Printrak Motorola、NEC、Biolink、Idenicator、Cogent等。 在我国， “指纹识别”作为重要的证据之一，在以前的破案工作中，技术人员需要举着放大镜，把现场提取的指纹在几十万份指纹档案中一一核对，有时需要十几个人连着干两个月，才有可能找出相同的指纹。20世纪90年代初，北京市公安局刑事科学技术研究所(以下简称刑科所)研制成功了具有国际先进水平、符合我国刑侦部门实际需要的指纹自动识别系统，彻底结束了这种繁重的体力劳动。 用指纹自动识别系统来做同样的工作，最多只要5分钟。警方从案发现场提取的指纹，不论模糊、残缺、变形甚至故意破坏的指纹，经扫描输入计算机后，可以几分钟内对比出同样的指纹以及这枚指纹的主人情况，或者告知用户在数据库中没有同样的指纹。在侦破鹿宪洲抢劫运钞车系列案等重大刑事案件过程中，这套系统立下了汗马功劳。 目前，这套系统已在全国公安机关中推广使用，并建立起庞大的前科指纹档案数据库，大部分已实现了远程比对。运用这一系统，北京市在1999年破获刑事案件117 起，今年截止到现在已破案近百起。这套系统在全国推广以来，已破案1万余起，挽回经济损失达亿元以上。 四、警用AFIS（指纹识别系统）到民用AFIS（指纹识别系统） 上世纪90年代以前，指纹识别技术基本上仅应用于刑侦领域，满足国家刑事侦察与法院身份鉴定的专项需要。警用AFIS系统由于指纹库庞大、图像信号处理的复杂程度高，以及对实时性要求高等原因，其硬件成本及对运行环境的要求均较高，使用与维护的成本也相对较高，不易大规模普及，因此主要应用于司法与刑侦领域。 指纹识别技术在民用领域中的应用和发展缓慢，其中最大的障碍是由于计算机系统过于庞大、价格昂贵以及指纹采集方式落后，使用困难。传统的采集方法是将手指按在纸上留下指纹捺印，再用扫描仪等装置将指纹捺印输入计算机进行处理，速度慢而且很不方便，指纹图像的质量也无法得到保证，常有重叠、粘连等现象，使识别准确率大大受到影响。 随着计算机图像处理和模式识别理论及大规模集成电路技术的不断发展与成熟，指纹自动识别系统发生了质的飞跃，体积缩小，速度提高，实现成本以及对运行环境的要求逐步降低，指纹采集的速度和方便性都得到提高。这些都使指纹认证技术的实用化向前迈进了一大步，大量应用于政府、银行、税务、社保、学校和公司机构等部门的文件保密、信息安全、门禁控制、考勤管理与证卡管理等各类需要计算机进行自动身份认证的场合。这个变化发生在自动识别的第二个阶段。 总体来说，警用AFIS的应用重点是把指纹当证据，把指纹识别当作一种有效的取证技术手段。民用AFIS的应用重点则是把指纹当成个人身份的识别标记，把指纹识别当成应用系统中行之有效的身份确认方法。 五、指纹识别技术的基础是指纹的两大特性 正所谓万变不离其中，指纹识别技术不管怎么发展，对它本身而言，“指纹”始终是最基本的构成元素，也是指纹识别的主体对象，任其技术如何发展最终都只能说是对“指纹”这个主体对象的技术识别。 因此，指纹的特性是指纹识别技术的基础。 指纹的两大特性分别是指（1）“每个人的指纹形状终身不变”；（2）“每个人的指纹均不相同”。 （1）其中“指纹终身不变”的理论，是由吉森大学讲师、人类学家奥克尔在1856年提出的。他对自己34岁和75岁时的指纹进行了对比，发现指纹的纹形类型和细节点特征没有变化，于是提出这一理论。“指纹终身不变”是指指纹的嵴线形状在一生之中不会改变。人出生后随着年龄的增长，嵴线会变粗、纹形面积会增大。但到了成年之后，这些变化就不明显了。“指纹的终身不变”，还表现在它具有一定的复原性和难以毁灭性。复原性来源于真皮乳头的再生能力，只要不伤及真皮，即使表皮大面积剥脱也能慢慢恢复起来，而且保持与原来的完全同样的纹形和结构，以及全部特征点。 （2）指纹的另外一大特性是“各不相同”。它是由英国人亨利·福尔茨提出的，也就是第一位撰写《指纹学》的亨利。他是英国皇家内外科医师学会会员，教授生物学。他在日本传教期间，看到许多日本的文件和中国的文件一样，常常按捺手印，就开始大量收集指纹进行研究，并组织日本的学生和医生进行各种有关指纹的试验，从而证明了每个人的指纹各不相同。同时他还证明了奥克尔提出的“指纹终身不变”的理论。