指纹分析

用图像处理和模式识别方法对指纹进行特征抽取和识别的技术。用光电输入设备把指纹档案或照片变换为数字图像，通过计算机处理，抽取指纹的总体和细节特征，并确定特征间的相互关系，在这个基础上进行指纹文件的编辑、分类和存储，以建立指纹数据库，供需要时检索、查找和比对。

       生物识别技术是人体生物特征进行身份鉴别的技术。要求这些特征具有“人各有异”、“终身不变”和“随身携带”这三大特点。 常见的生物识别技术有：指纹识别、手掌识别、静脉识别、面像识别、虹膜识别、视网膜识别、声音识别、签名识别等等。手指上的指纹表征了一个人的身份特征。指纹具有惟一性（随身携带、无法复制、人人不同、指指相异）。根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12个特征时的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不出两个指纹完全相同的人，即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹，或同一个人的十指之间，指纹也存在明显差异。指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依据。

       每个人的指纹都不相同而且终身不变，因此指纹可作为人身鉴定的依据。现代已研制出指纹计算机分析系统，可用于迅速处理和查找大量指纹档案。指纹计算机分析系统具有多种基本功能。

①指纹输入：能自动输入十指指纹卡、单指指纹卡和现场遗留指纹照片，能在显示器上以不同的放大倍数显示指纹的各个部分，并由操作人员送入姓名、年龄、性别、住址等有关信息。

②处理：对输入图像进行灰度处理以消除噪声,求取隆起线方向,进行二值化和细化，消除细化图像中的假分叉点和小孔洞等，连补因噪声造成的隆起线上的切断，确定指纹中心点位置和定位用坐标轴等。

③特征抽取：一般是抽取大范围内的隆起线主要方向、隆起线的分叉点和端点位置以及该点的隆起线方向、特征点之间的隆起线数目、具有代表性的纹形形状和相应的形状特征等。

④分类、查找和比对：有十指分类、单指分类和现场遗留指纹的鉴定等方法。

⑤数据库管理：对指纹文件进行存储、检索、增添、删改、处理、调用和传输。

⑥图像输出和人机交互：利用专业人员的特长对疑难指纹进行干预和修改。

⑦通信：各个指纹分析系统同中央、地区等系统进行联系和指纹文件的交换。

指纹识别分析是一门古老的学科，1788年Mayer首次提出没有两个人的指纹完全相同，1823年Purkinie首次把指纹纹形分成9类，1889年Henry提出了指纹细节特征识别理论，奠定了现代指纹学的基础。但采用人工比对的方法，效率低、速度慢。20世纪60年代，开始用计算机图像处理和模式识别方法进行指纹分析，这就是自动指纹识别系统（简称AFIS）。20世纪70年代末80年代初，刑事侦察用自动指纹识别系统（Police AFIS，P AFIS）投入实际运用。20世纪90年代，AFIS进入民用，称为民用自动指纹识别系统（Civil AFIS，C AFIS）。

　　每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现惟一性且终生不变。据此，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证它的真实身份，这就是指纹识别技术。

　　指纹识别分析主要根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定，得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究，已经开始走入我们的日常生活，成为目前生物检测学中研究最深入、应用最广泛、发展最成熟的技术。

与人工处理不同，一般的生物识别技术公司并不直接存储指纹的图像，而是使用不同的数字化算法在指纹图像上找到并比对指纹的特征。每个指纹都有几个独一无二、可测量的特征点，每个特征点都有大约500多个特征，我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征，这足以说明指纹识别是一个更加可靠的鉴别方式。

　　识别指纹主要从总体特征和局部特征这两个方面展开。

　　总体特征

　　总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。

　　纹形：指纹专家在长期实践的基础上，根据脊线的走向与分布情况一般将指纹分为三大类——环型（loop，又称斗形）、弓形（arch）、螺旋形（whorl），如图2所示。其他指纹图案都是基于这三种基本图案衍生而成的。

模式区：即指纹上包括了总体特征的区域，从此区域就能够分辨出指纹是属于哪一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据，有的则使用所取得的完整指纹。

　　核心点：位于指纹纹路的渐进中心，它在读取指纹和比对指纹时作为参考点。许多算法是基于核心点的，即只能处理和识别具有核心点的指纹。

　　三角点：位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点，或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计数跟踪的开始之处。

　　纹数：即模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹路时，一般先连接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。

　　局部特征

　　局部特征是指指纹上节点的特征，这些具有某种特征的节点称为细节特征或特征点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的细节特征，却不可能完全相同。指纹纹路并不是连续的、平滑笔直的，而是经常出现中断、分叉或转折。这些断点、分叉点和转折点就称为“特征点”，就是这些特征点提供了指纹惟一性的确认信息，其中最典型的是终结点和分叉点，其他还包括分歧点、孤立点、环点、短纹等。特征点的参数包括：方向（节点可以朝着一定的方向）、曲率（描述纹路方向改变的速度）、位置（节点的位置通过x/y坐标来描述，可以是绝对的，也可以是相对于三角点或特征点的）。

      代谢指纹分析是整体性地定性分析样品，比较图谱的差异快速鉴别和分类，而不分析或测量具体组分。

　　目前常见的几种代谢指纹分析技术：核磁共振技术、质谱技术、分析技术联用。

遗传指纹分析（Genetic fingerprinting）有时也称为基因标定或基因鉴定等，是一种使用通过比较DNA片段来区别不同个体的方法。于1985年，由莱斯特大学的en:Alec Jeffreys教授发明。

美国《分析化学》杂志近日发表的一项新研究表明，新指纹分析法可以提供嫌疑人员的饮食、种族和性别等特征信息。 该技术由英国皇家学院伦敦化学工程部教授索格·卡茨瑞恩领导的研究小组发明。科学家用凝胶带来收集指纹，先使用光谱显微镜进行分析，并用红外线照射来确认分子，提供详细的化学组成；然后由红外阵列检测仪用化学方法比对化学组成，形成化学图像，该图像几乎包含了指纹上的所有信息。因此该技术能收集并完整保存指纹及指纹上的化学残留，而此前传统指纹识别技术易扰乱和破坏化学成像所需要的重要化学信息。 通过化学成像获取的信息一般能决定某人的主要特征，提供其是否使用过火药、麻醉剂、生化武器等违禁品的信息。同时还能反应性别、饮食等特征，比如尿液里如有较高尿素成分就能推定此人是男性，而尿素含量低的话就是女性；特定的氨基酸能推定其主人是素食主义者还是肉食主义者。 卡茨瑞恩教授说，该技术能让刑侦科学家观察指纹是怎样随时间地点而变化的。“通过分析指纹中的残留物质可以推断案件发生时间，且观察指纹在高温时的变化对纵火案中指纹提取和分析极有帮助”。卡茨瑞恩预测，在不久的将来，化学成像将成为法庭中的重要证据。该技术在反犯罪领域将发挥重要作用，能帮助司法部门将更多犯罪分子绳之以法。