Не пальцем делана. Как дактилоскопия завоёвывала признание в России

Информационные признаки отпечатков пальцев [ ]

Файл:Fingerprintonpaper.jpg

Отпечаток пальца на бумаге

В каждом отпечатке пальца можно определить два типа признаков — глобальные и локальные.

Глобальные признаки — те, которые можно увидеть невооружённым глазом:

Папиллярный узор [ ]

Область образа — выделенный фрагмент отпечатка, в котором локализованы все признаки.

Ядро — пункт, локализованный в середине отпечатка или некоторой выделенной области.

Пункт «дельта» — начальная точка. Место, в котором происходит разделение или соединение бороздок папиллярных линий, либо очень короткая бороздка (может доходить до точки).

Тип линии — две наибольшие линии, которые начинаются как параллельные, а затем расходятся и огибают всю область образа.

Счётчик линий — число линий на области образа, либо между ядром и пунктом «дельта».

Типы папиллярных узоров:

1 — 4 — узоры типа «петля» (левая, правая, центральная, двойная), 5 и 6 — узоры типа «дельта» или «дуга» (простая и острая), 7 и 8 — узоры типа «спираль» (центральная и смешанная))

Другой тип признаков — локальные. Их называют минуциями — уникальные для каждого отпечатка признаки, определяющие пункты изменения структуры папиллярных линий (окончание, раздвоение, разрыв и т. д.), ориентацию папиллярных линий и координаты в этих пунктах. Каждый отпечаток содержит до 70 минуций.

На данном отпечатке пальца отмечены следующие признаки: две линии — «тип линии»; то, что между ними — может выступать в качестве области образа, но обычно берётся вся площадь отпечатка; красная окружность слева — пункт «дельта»; красная окружность ниже — ядро; жёлтые окружности показывают некоторые минуции. Папиллярный узор — левая петля.

Практика показывает, что отпечатки пальцев разных людей могут иметь одинаковые глобальные признаки, но совершенно невозможно наличие одинаковых микроузоров минуций. Поэтому глобальные признаки используют для разделения базы данных на классы и на этапе аутентификации. На втором этапе распознавания используют уже локальные признаки.

Принципы сравнения отпечатков по локальным признакам [ ]

(Локальные признаки — минуции) Этапы сравнения двух отпечатков:

Этап 1. Улучшение качества исходного изображения отпечатка. Увеличивается резкость границ папиллярных линий.

Этап 2. Вычисление поля ориентации папиллярных линий отпечатка. Изображение разбивается на квадратные блоки, со стороной больше 4 пикселей и по градиентам яркости вычисляется угол t ориентации линий для фрагмента отпечатка.

Этап 3. Бинаризация изображения отпечатка. Приведение к чёрно-белому изображению (1 bit) пороговой обработкой.

Этап 4. Утончение линий изображения отпечатка. Утончение производится до тех пор, пока линии не будут шириной 1 пиксель.

Этап 5. Выделение минуций. Изображение разбивается на блоки 9х9 пикселей. После этого подсчитывается число чёрных (ненулевых) пикселей, находящихся вокруг центра. Пиксель в центре считается минуцией, если он сам ненулевой, и соседних ненулевых пикселей один (минуция «окончание») или два (минуция «раздвоение»).

Координаты обнаруженных минуций и их углы ориентации записываются в вектор: W(p)=[(x1, y1, t1), (x2, y2, t2)…(xp, yp, tp)] (p — число минуций). При регистрации пользователей этот вектор считается эталоном и записывается в базу данных. При распознавании вектор определяет текущий отпечаток (что вполне логично).

Этап 6. Сопоставление минуций.

Два отпечатка одного пальца будут отличаться друг от друга поворотом, смещением, изменением масштаба и/или площадью соприкосновения в зависимости от того, как пользователь прикладывает палец к сканеру. Поэтому нельзя сказать, принадлежит ли отпечаток человеку или нет на основании простого их сравнения (векторы эталона и текущего отпечатка могут отличаться по длине, содержать несоответствующие минуции и т. д.). Из-за этого процесс сопоставления должен быть реализован для каждой минуции отдельно.

Этапы сравнения:

  • Регистрация данных.
  • Поиск пар соответствующих минуций.
  • Оценка соответствия отпечатков.

При регистрации определяются параметры аффинных преобразований (угол поворота, масштаб и сдвиг), при которых некоторая минуция из одного вектора соответствует некоторой минуции из второго.

При поиске для каждой минуции нужно перебрать до 30 значений поворота (от −15 градусов до +15), 500 значений сдвига (от −250 пкс до +250 пкс — хотя, конечно, границы выбирают и поменьше…) и 10 значений масштаба (от 0,5 до 1,5 с шагом 0,1). Итого до 150 000 шагов для каждой из 70 возможных минуций. (На практике, все возможные варианты не перебираются — после подбора нужных значений для одной минуции их же пытаются подставить и к другим минуциям, иначе было бы возможно сопоставить практически любые отпечатки друг другу).

Оценка соответствия отпечатков выполняется по формуле K=(D*D*100 %)/(p*q), где D — количество совпавших минуций, p — количество минуций эталона, q — количество минуций идентифицируемого отпечатка). В случае, если результат превышает 65 %, отпечатки считаются идентичными (порог может быть понижен выставлением другого уровня бдительности).

Если выполнялась аутентификация, то на этом всё и заканчивается. Для идентификации необходимо повторить этот процесс для всех отпечатков в базе данных (затем выбирается пользователь, у которого наибольший уровень соответствия (разумеется, его результат должен быть выше порога 65 %)).

Метод на основе графов

Метод сравнения отпечатков на основе графов.

Исходное изображение отпечатка (1) преобразуется в изображение поля ориентации папиллярных линий (2). На нём (2) заметны области с одинаковой ориентацией линий, поэтому можно провести границы между этими областями (3). Затем определяются центры этих областей и получается граф (4). Стрелкой «d» отмечена запись в базу данных при регистрации пользователя. Определение подобия отпечатков реализовано в квадрате 5. (Дальнейшие действия аналогичны предыдущему методу — сравнение по локальным признакам).

Стандарты на отпечатки пальцев

Сейчас в основном используются стандарты ANSI и ФБР США. В них определены следующие требования к образу отпечатка:

  • каждый образ представляется в формате несжатого TIF;
  • образ должен иметь разрешение не ниже 500 dpi;
  • образ должен быть полутоновым с 256 уровнями яркости;
  • максимальный угол поворота отпечатка от вертикали не более 15 градусов;
  • основные типы минуций — окончание и раздвоение.

Обычно в базе данных хранят более одного образа, что позволяет улучшить качество распознавания. Образы могут отличаться друг от друга сдвигом и поворотом. Масштаб не меняется, т. к. все отпечатки получают с одного устройства.

Папиллярные узоры

Из Лувра была похищена знаменитая картина Леонардо да Винчи «Джоконда». Поиски велись долго, и только в 1913 году вора наконец нашли и задержали. Сделать это удалось лишь благодаря отпечаткам его пальцев на стекле рамы, из которой похититель извлёк бесценную картину. Узоры на коже пальцев, ладоней и стоп называют папиллярными. Название это произошло от латинского слова «папилла», что в переводе означает сосочек. Действительно, структура узоров включает чувствительные кожные сосочки. Папиллярные рисунки начинают формироваться ещё в утробе матери, на третьем-пятом месяце развития плода. И рисунок кожного узора, который тогда сформировался, не изменится никогда. О том, что на пальцах человека есть неповторимые узоры, было известно уже в глубокой древности. Более того, отпечатками пальцев пользовались как печатью. Ими свидетельствовались важные документы в Индии, Тибете, Древнем Китае. В Европе на отпечатки пальцев и на их значение обратили внимание гораздо позже, чем на Востоке. Термин «дактилоскопия» (от греческих слов «дактилос» — палец и «скопео» — смотрю) был придуман английским чиновником Уильямом Гершелем, служившим в 70-х годах XIX века в Индии. Выплачивая жалованье английским служащим, Гершель заставлял каждого из них оставлять в платёжных ведомостях отпечаток пальца.

Примерочная занята

«Откровенный беспредел» стал подходить к концу только после III Всемирного конгресса криминалистов 1885 г. Тогда Альфонс Бертильон предъявил миру свой метод антропометрии. Суть его заключалась в промерах некоторых частей тела, которые, по идее, у всех людей должны хоть сколько-то отличаться.

Спустя 5 лет систему признали годной и в России. На практике применяли минимальный бертильонаж. Измерялись: рост стоя; высота тела сидя; длина распростертых рук; длина и ширина уха; длина и ширина головы; длина локтя; длина пальцев; длина ступни. Также определяли «особые приметы» и делали уже подешевевший к тому времени фотоснимок.

Это была более или менее надёжная система. Но всё-таки она оставалась дорогой — в 1892 г. стоимость выявления каждого рецидивиста составляла 7 руб. 67 коп. По тем меркам немало — на эти деньги можно было купить 120 кг. ржаной или 70 кг. пшеничной муки.

А ещё — довольно трудоёмкой и медленной. Чтобы найти одного человека в базе данных по всем этим восьми промерам, требовалось в среднем от 40 до 60 рабочих часов. Полноценная неделя.

Вопрос-ответ Правда ли, что все россияне будут обязаны сдавать отпечатки пальцев?

Узоры в наследство

Пользуясь трудами Гальтона, Скотленд-Ярд раскрыл сотни, казалось бы, совершенно «глухих» преступлений. В Англии дактилоскопия стала официально признанным методом изобличения преступников, а несколько позже — и в других странах. Гальтон определил три основных типа узоров на пальцах — дуги, петли и завитки. Имеются также переходные формы и варианты. Дуги являются самыми простыми элементами кожного узора. Завитки — самые сложные и замысловатые. Ещё Гальтон сравнивал отпечатки пальцев у родителей и у их детей. Он собрал более 130 папиллярных узоров у сыновей и свыше 200 — у дочерей, а также у их отцов и матерей. Конечно, как и ожидалось, полного сходства отпечатков не обнаружилось, однако некоторые совпадения в характере узоров все же просматривались. У близнецов тоже различаются отпечатки пальцев, в том числе у однояйцовых, внешнее сходство которых бывает настолько велико, что их с трудом различают даже родные.

Теги

Adblock
detector