韩申，申畅

（中国人民公安大学，北京100038）

鉴定科学Research Paper

指纹微观细节特征在指纹鉴定中的应用条件探究

韩申，申畅

（中国人民公安大学，北京100038）

目的 指纹微观细节特征的反映性和稳定性极易受到影响。为了探究微观细节特征稳定性的条件，对制作的120份潜指印样本进行了研究。方法 分别在光滑玻璃、光滑油漆木和光滑塑料三种非渗透性客体上制作出潜指印实验样本，然后利用两种种类不同的磁性粉刷显，并在分辨率为1 200 dpi的条件下扫描观察，找出在不同承受客体、不同种类磁性粉以及不同作用方式三个因素影响下指纹微观细节特征的变化情况。结果 承受客体、磁性粉种类和粒径大小、作用方式对指纹微观细节特征的稳定性都存在不同程度的影响。结论 指纹微观细节特征具有相对稳定性，可用于指纹鉴定工作，但会受到诸多限制。

微观细节特征；非渗透性客体；汗孔印特征；纹线边缘形态

在现场勘查中，磁性粉因其显现效果好、便于携带，干净节省等优点而被广泛应用于现场指纹的发现、显现、固定和提取，尤其是针对现场非渗透性客体如玻璃、光滑的纸张、塑料、光滑的油漆木等客体上遗留的潜在手印具有很好的显现效果。然而，技术人员从犯罪现场提取的指纹往往是残缺的、变形的、模糊的和局部的，其指纹纹线的宏观细节特征较少，鉴定条件差，这就给目前主要利用指纹的宏观特征的质量和数量，即依据一般和细节特征的质量和数量进行识别的鉴定工作增加了难度，往往难以作出确定性的鉴定意见，从而使被荣为“证据之王”的指纹地位受到质疑。因此，指纹微观细节特征作为指纹鉴定辅助性依据的重要作用日益突显，特别是针对质量低、数量少的指纹而言，其重要性更加突出；加之现阶段指纹采集技术、计算机图像处理技术、显微技术等的飞速发展，也使得对指纹微观细节特征的观察、分析更为便捷和可行。

因此，本文选择从影响指纹微观细节特征稳定性的几个主要因素方面入手，利用控制变量法和统计学原理，对指纹微观细节特征的稳定性进行初步探究，以期能为指纹鉴定提供一定的帮助。

1 指纹微观细节特征概述

指纹微观细节特征是国内指纹特征分类的一种，即国外指纹学论著中所说的三级特征。其发生发展于1912年法国著名侦查学家埃德蒙·洛卡德（Edmond Locard）的有关指纹比对检验的观点，即利用汗孔印的形态大小、纹线宽窄等指纹微观细节特征进行指纹的鉴定工作。按照国外有关指纹学的观点，指纹特征可以分为三级：一级特征，即国内所说的纹线类型特征，如弓形纹、箕形纹、斗形纹等，属种类特征范畴，是进行种类认定的主要依据；二级特征，即国内所说的纹线细节特征，指纹线端点及纹线之间所表现出来的结构特点，如起点、终点、小眼、小棒等，属个别特征范畴，是指纹同一认定的主要依据；三级特征，即微观细节特征，包括纹线边缘形态、纹线宽窄、汗孔特征、细点线特征等，因其需要放大到一定倍率条件下才能看到，所以目前在国内外实践中的应用并不广泛，多作为辅助性依据用于残缺、变形指纹的鉴定。

2 材料与方法

2.1 材料与仪器

（1）实验承受客体：长5 cm、宽3 cm的透明玻璃块；光滑油漆木（以电脑桌面为例）；光滑塑料（以插线板外壳为例）。

（2）实验粉末：两种不同种类和粒径大小的磁性粉末，即400～800目的普通磁性粉，主要成分是碳（C）；平均粒径为20 nm的纳米磁性粉，主要成分是四氧化三铁（Fe3O4）。

（3）实验器材：型号为CanoScan 5600F扫描仪、分度值为1 g的家用厨房电子秤、磁性粉刷2把、透明胶带1卷。

2.2 预实验及实验条件的确定

（1）预实验目的：为了消除捺印人在实验中对中压主观把握的不稳定性带来的影响，以确定实验时中压的变化区间，力求样本均是在中压条件下完成，同时探究实验时进行样本观察的适宜条件，从而使实验效果达到最佳，本文针对实验中压力的大小以及样本处理和观察仪器的选择分别进行了预实验。

（2）预实验方法：①预实验一：以实验者本人（男性青年）作为捺印人。在家用厨房电子秤上放一张A4纸，捺印人根据自己的理解，按照轻压、中压、重压的顺序将十指的指印分别先垂直接触按压各一次，然后三面接触滚转按压各一次，共计20次。②预实验二：将预实验一中的20枚指纹捺印样本用磁性粉显现后先分别在放大10、20、25、30倍的倍率下观察，然后放置分辨率为600、800、1 000、1 200 dpi的扫描仪中扫描成像后进行观察。

（3）实验条件的确定：①通过对预实验一中20次捺印压力的统计分析发现，在每次按压时，由于捺印人当时的心理因素、对压力的主观感受差异及一些偶然性因素的影响，实验中对轻压、中压、重压的掌控有所不同，其结果表明：垂直接触按压时，轻压范围在1～10N之间、中压范围在15～25N、重压范围在30～45N之间；三面接触滚转按压时，轻压范围在1～8N之间、中压范围在12～20N之间、重压范围30～40N之间。本实验所涉及的中压符合上述压力区间，即垂直接触按压时为15～25N，三面接触滚转时为12～20N。②有关资料显示[1]：汗孔直径一般为50～250 nm，每平方厘米范围内大致分布300多个大小不等、形状不同的汗孔，汗孔间的间距在0.2～1.0mm之间不等，且成年人乳突纹线宽度为0.2～0.3mm，因此包括纹线宽度和汗孔特征在内的指纹微观细节特征必须放大到一定倍数才能进行观察分析。预实验二的结果表明：普通光学显微镜和600、800 dpi分辨率下的指纹扫描图像因分辨率较低而无法清晰地观察到微观细节特征；另一方面，如果样本放大倍数过大，会对指纹样本微观细节特征的整体性研究造成影响，综合考虑以上因素之后，我们选择使用扫描仪在1200dpi分辨率下获取指纹图像并进行观察统计。

2.3 实验样本的制作

（1）将黄色衬纸裁成长15 cm、宽5 cm的长方形纸条，共120张。按照刷显时使用的磁性粉的不同将纸条分成两组，每组60张，且第一组为普通磁性粉刷显，第二组为纳米磁性粉刷显，然后按组在每张纸条下方分别标注 L（R）1-5G（WP）、L'（R'）1-5G（WP）（其中G、W、P分别表示透明玻璃、光滑油漆木、光滑塑料；L、L'、R、R'分别表示左手垂直接触按压、左手三面接触滚转按压、右手垂直接触按压和右手三面接触滚转按压；1、2、3、4、5分别表示拇指按压、食指按压、中指按压、环指按压和小指按压），如标注有GL1的纸条表示该纸条将用于粘贴左手拇指在光滑玻璃上垂直接触按压的指纹样本。

（2）让预实验中捺印人按照每组纸条上标记的手位、指位、作用方式在透明玻璃（G）、光滑的电脑桌面（W）和光滑的插线板外壳（P）上分别按压，共获取60枚指印样本。

（3）先用普通磁性粉显现步骤2中的60枚指印，然后用透明胶带粘取指印按步骤1中第一组纸条上的标注对应贴在黄色衬纸上①注意使胶带与指印充分接触，压平、压实，不能起皱和留有气泡。，以备后续的观察统计。

（4）重复步骤2，然后用纳米磁性粉刷显新获得的60枚指印，并用透明胶带固定提取粘贴在第二组黄色衬纸上，作为后续观察统计的样本。

2.4 观察与统计

（1）将获取的120份指纹捺印样本按组分别置于型号为CanoScan 5600F的扫描仪中扫描成像，获得分辨率为1200 dpi的指印图像，共120张。

（2）观察所有样本图片中指纹微观细节特征的显现效果，并按照显现效果好、显现效果一般、显现效果不好的等级将样本归类，记录在上述三种实验变量影响下各显现效果等级中的实验样本数目。

①显现效果好：大部分纹线清晰，纹线边缘形态和宽窄反映充分，汗孔和细点线清晰可见（图1）。②显现效果一般：部分纹线清晰，纹线边缘形态和宽窄部分反映充分，部分汗孔和细点线清晰可见（图2）。③显现效果不好：大部分纹线模糊，纹线边缘形态和宽窄无法识别，无或者只有少量汗孔和细点线特征被清晰地反映（图3）。

图1 效果好

图2 效果一般

图3 效果不好

（3）划定观察范围：用于观察比对的范围应当根据磁性粉显现指纹样本的实际效果来划定，一般选择纹线特征反映清晰，无气泡和褶皱处作为有效范围，同时所选范围面积及所选部位应当相同，否则不具有可比性。由于本次样本制作实际过程中出现同一份指纹样本不同部位的显现效果不同、少许样本观察条件较差（有少许气泡或褶皱，但不影响观察比对）、三面接触滚转按压的指纹样本未出现中心花纹等结果，因此综合考虑以上因素后选定样本指纹中心花纹周围（200×200）像素（1.69 cm×1.69 cm）的方框作为微观细节特征稳定性观察与统计的有效范围（图4）；对于中心花纹系统未显现出来的指纹样本，如大多数倾斜捺印的样本都没有中心花纹系统，选择与参比样本面积相同、纹线清晰的对应部位作为比对范围（图5～7）。

图4 划定的观察范围

图5 W上倾斜捺印样本的观察范围

图6 G上倾斜捺印样本的观察范围

图7 P上倾斜捺印样本的观察范围

（4）观察、记录、统计、分析：选择纹线特征较清晰的指纹样本图片，在划定的观察范围内，观察各单一实验变量控制下指纹微观细节特征的稳定性，并用Photoshop软件调节图片透明度进行特征重合比对（图8）。

图8 不同客体上指纹微观细节特征重合比对结果

3 观察及统计结果

3.1 指纹微观细节特征显现清晰度的观察统计结果

（1）本文同时探究了捺印客体、磁性粉种类和粒径大小、作用方式三种因素对磁性粉显现潜在手印微观细节特征稳定性的影响，因此，在观察统计过程中，运用控制变量法，得出单一实验变量下指纹微观细节特征显现率②显现率，即该显现效果的样本数目与样本总数目的比值，以百分比的形式呈现，是显现效果的量化。（显现效果）的统计结果。其中：表1为纳米磁性粉刷显不同捺印客体和作用方式下指纹的微观细节特征的显现率；表2为普通磁性粉刷显不同捺印客体和作用方式下指纹微观细节特征的显现率（LG+RG、LW+RW、LP+RP、L'G+R'G、L'W+ R'W、L'P+R'P分别代表玻璃上垂直接触按压的样本、光滑油漆木上垂直接触按压的样本、光滑塑料上垂直接触按压的样本、玻璃上三面接触滚转按压的样本、光滑油漆木上三面接触滚转按压的样本、光滑塑料上三面接触滚转按压的样本）。

（2）为探究磁性粉种类和粒径大小与指纹微观细节特征显现率的关系，将表1、表2中①列、②列、③列、④列、⑤列、⑥列的数据纵向进行对应比较，计算出不同磁性粉刷显的指纹微观细节特征显现率的平均值（表3），并制得对应柱状图（图9）。

表1 纳米磁性粉刷显的样本的显现率

表2 普通磁性粉刷显的样本的显现率

表3 纳米磁性粉与普通磁性粉刷显指纹微观细节特征显现率平均值

图9 不同客体上指纹微观细节特征显现率平均值

（3）为探究不同捺印客体上对指纹微观细节特征显现率的影响，将表1、表2中①②③列、④⑤⑥列的数据分别计算出平均值（表4），然后进行对应比较，并制作出如下柱状图（图10）。

表4 不同捺印客体上指纹微观细节特征显现率平均值

图10 不同捺印客体上指纹微观细节特征显现率的影响

（4）为探究不同作用方式对指纹微观细节特征显现率的影响，将表1、表2中①④列、②⑤列、③⑥列数据分别计算出平均值（表5），然后进行对应比较，并制作出柱状图（图11）。

表5 不同作用方式下指纹微观细节特征显现率平均值

图11 不同作用方式对指纹微观细节特征显现率的影响

3.2 指纹微观细节特征稳定性观察记录结果

指纹微观细节特征的稳定性观察以划定观察范围内汗孔的数目、形态大小以及相对位置为主，并辅以纹线宽窄、纹线边缘形态以及细点线的数目、位置、长短等特征。

（1）在相同磁性粉刷显，相同作用方式，不同捺印客体的条件下，在选定的观察比较范围内，汗孔印特征较多，“开放”和“闭合”状态并存，汗孔数量、相对位置无明显差异，纹线粗细均匀；光滑油漆木上按压的样本比玻璃和光滑塑料上按压的样本纹线略宽，浓淡不均；光滑塑料上的样本颜色较浅，且玻璃和光滑塑料上按压样本的单一纹线常出现断裂（图12～14）。

图12 G上的指印

图13 W上的指印

图14 P上的指印

（2）在相同捺印客体，相同作用方式，不同磁性粉刷显的条件下，在选定的观察比较范围内，纳米磁性粉刷显的指印样本总体上看不够干净整洁，颜色较深，常有磁性粉堆积的现象出现，影响了特征的连续性，且纹线边缘不够平整光滑，多出现放射状“小尾巴 ”；而普通磁性粉刷显的指印样本总体上看干净整洁，汗孔清晰可见，纹线边缘光滑干净，凹凸有致，特征连续性较好（图15～16）。

图15 纳米磁性粉刷显的指印

图16 普通磁性粉刷显的指印

（3）在相同捺印客体，相同磁性粉刷显，不同作用方式的条件下，在选定的观察比较范围内，三面接触滚转按压的指印单一纹线宽度较窄，汗孔印多呈“闭合”状态，直径较小；垂直接触按压的指印单一纹线宽度较宽，汗孔直径较大。经重合比对发现，不同作用方式形成的汗孔印相对位置变化明显，三面接触滚转按压指印的相邻汗孔印间距较小；纹线边缘形态变化不大，起点边缘一致（图17～18）。

图18 G上垂直接触按压

图17 G上三面接触滚转按压

4 结果及分析

第一，磁性粉可以显现指纹微观细节特征，但是承受客体种类、磁性粉的种类和粒径大小、作用方式对其显现效果有一定的影响。

（1）承受客体种类对指纹微观细节特征显现效果的影响。由表3和图9可以看出，磁性粉对光滑油漆木上和玻璃上的潜在指印显现效果相差无几，但磁性粉对光滑油漆木上和玻璃上潜在指印的微观细节特征显现效果较光滑塑料上的潜在指印好得多，这可能是由于光滑油漆木和玻璃的渗透性比光滑塑料要小，表面汗液成分较多，因此能够被磁性粉清晰地固定。

（2）磁性粉种类和粒径大小对指纹微观细节特征的影响。由表4和图10可以看出，普通磁性粉的刷显效果要远好于纳米磁性粉的刷显效果，这可能是因为纳米磁性粉粒径远小于汗孔直径，造成刷显时单个汗孔内粉末堆积，从而切断了特征的连续性和反映性。

（3）作用方式对指纹微观细节特征的影响。由表5和图11可以看出，垂直接触按压形成的指纹微观细节特征比三面接触滚转按压时显现效果好，主要是因为三面接触滚转按压时主要留下边缘纹线的特征，而边缘纹线上的汗液量比中心纹线上的汗液量少，加之三面接触滚转按压时比垂直接触按压时指印的变形大，导致汗孔印等微观细节特征显现率降低。

第二，指纹微观细节特征稳定性不高，极易受到多种因素的影响。（1）由稳定性观察结果1可以看出承受客体的种类主要影响指印单一纹线的宽窄，对汗孔印的形态大小、相对位置几乎无影响，这可能是因为玻璃渗透性比光滑油漆木小，因此光滑油漆木上指印的纹线宽度较宽。

（2）磁性粉种类和粒径大小主要对微观细节特征的连续性造成了直接影响，由于粉末堆积现象比较严重，使得观察中对微观细节特征整体性的把握有所减弱，但从个别特征的显现效果来看，纳米磁性粉要比普通磁性粉的刷显效果更佳。

（3）作用方式主要对汗孔直径和纹线宽窄有间接影响，这是因为三面接触滚转按压时纹线边缘是着力点，而垂直接触按压时纹线边缘受力减轻，导致垂直接触按压的汗孔直径较大，纹线宽度较宽，所以作用方式对指纹微观细节的影响是通过压力来实现的。

5 结论

通过本次对磁性粉显现非渗透性客体上潜在指印微观细节特征的初步探究，证实了指纹微观细节特征用于疑难指纹鉴定的科学性和可行性，但是相较于指纹宏观特征的稳定性而言，其在实践中的应用要受到更多的限制，诸如承受客体、磁性粉种类和粒径大小、作用方式对指纹微观细节特征的稳定性都存在不同程度的影响：承受客体的渗透性不同，直接影响了指纹微观细节特征的反映性；而磁性粉的选择也并非粒径越小越好，粒径太小，粉末容易堆积而直接影响了显现效果，从而进一步影响鉴定的准确性。虽然指纹微观细节在实践中的应用有诸多限制条件，稳定系数较低，但其所具有特定性、相对稳定性和反映性仍能为其作为指纹鉴定的依据提供了相应的理论支撑。因此，在指纹鉴定实践中，尤其是疑难指纹的鉴定中，只要能充分考虑到各种影响因素，就能准确利用指纹微观细节特征辅助鉴定，从而得到科学可靠的鉴定意见，为侦查破案及审判提供有力的证据。

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（本文编辑：孙年峰）

Study on the M icro-detail Characteristics of Fingerprints

HAN Shen,SHEN Chang
(People's Public Security University of China,Beijing 100038,China)

Objective The reflection and stability ofmicro-detail characteristics of fingerprints is vulnerable to a variety of factors.This study was carried out to explore the conditionswhen themicro-detail characteristics of fingerprints are stable.M ethod 120 pieces of latent fingerprints samples were prepared on smooth and non-permeable objects including glass, paintwood and plastic.Two types ofmagnetic powder brushes were used to develop the latent fingerprints.The developed fingerprintswere then scanned with a resolution of1 200 dpi to find out the changes ofmicro-details of fingerprints under the influence of different objects,magnetic powders and manners of action.Results Different objects,magnetic powders and manners of action affected the micro-detail characteristics of fingerprints in varying degrees.Conclusion Micro-detail characteristics of fingerprints are relatively stable.They can be used in fingerprint identification,but will be subject to many restrictions.

micro-detail characteristics;non-permeable object;sweat pore feature;the edge shape of finger ridge

DF794.1

A

10.3969/j.issn.1671-2072.2017.03.008

1671-2072-（2017）03-0045-07

2016-06-02

韩申（1992—），男，硕士研究生，主要从事指纹荧光显现法研究。E-mail：csihan0712@163.com。