Дактилоскопи́я (от — палец и — смотрю, наблюдаю) — способ опознания (идентификации) человека по следам пальцев рук (в том числе ладоней), основанный на неповторимости рисунка папиллярных линий кожи. Широко применяется в криминалистике. Основана на идеях англичанина Уильяма Гершеля, выдвинувшего в 1877 году гипотезу о неизменности папиллярного рисунка ладонных поверхностей кожи человека. Эта гипотеза стала результатом долгих исследований автора, служившего полицейским чиновником в Индии.
Получила признание на рубеже XIX—XX веков. Так, 9 сентября 1902 года в Великобритании вынесли приговор, основываясь на отпечатках пальцев. Разные страны мира вводили у себя дактилоскопические методы в течение следующих полутора-двух десятилетий. Одной из последних была Франция.
Несмотря на широкое практическое использование, предположение о неповторимости отпечатков не имеет достаточного научного обоснования, а для метода опознания по отпечаткам нет оценки достоверности (на практике принимается за 100%).
История
Некоторые свидетельства того, что людей интересовали линии на руках и в доисторическую эпоху, обнаружили ещё в XIX веке. Например, в 1832 году при раскопках кургана на французском острове Гаврини в заливе Морбиан были найдены каменные плиты с чертежами, напоминающими папиллярные узоры пальцев рук. Однако на протяжении долгого времени археологи предполагали совсем другое: одни считали загадочные знаки символами друидов или буквами древних алфавитов, другие — свидетельством культа змей, и т. д. Первым ключ к разгадке предложил в 1885 году Александр Бертран, который в своей статье в журнале «Magasin pittoresque» отметил удивительное сходство наскальных изображений с узорами на пальцах, однако эта публикация в научных кругах прошла тогда незамеченной. Наконец в 1921 году бельгийский криминалист Эжен Стокис () сумел убедительно доказать, что бретонские артефакты ничто иное, как обширная коллекция изображений папиллярных линий на ногтевых фалангах и ладонях.
В VI—XIII веках в Китае, Японии и Корее для подписания документов использовался отпечаток пальца руки. Правда, никто не приводит данных, что при этом был важен рисунок узора на пальце, что он использовался для опознания личности. Важен был лишь «след прикосновения». Основания для таких подписей посредством отпечатков пальцев были мистического характера: считалось важным войти в соприкосновение с документом и оставить на нём след своего тела.
В Европе со времён античности узоры на руках интересовали прежде всего с точки зрения хиромантии. Если же говорить о научном периоде, предвосхитившем зарождение дактилоскопии, считается, что впервые папиллярные узоры научно описал итальянский естествоиспытатель XVII века Марчелло Мальпиги. В 1665 году в письме книгоиздателю Якобу Рюффу он сообщил следующее:
...рассматривая крайнюю верхнюю часть пальца, наблюдаем бесчисленные морщины, которые как будто идут кругообразно или извиваясь...
Кроме того, в изданном в том же году трактате «О внешних органах чувств» () Мальпиги написал, что в микроскоп видел «открытые отверстия для пота, расположенные посреди хребтов извивающихся морщин». Позднее подобные исследования проводили и другие учёные. Так например, в 1747 году Кристиан Яков Гинце () стал автором сочинения «Анатомические исследования папиллярных линий кожи, служащих для осязания» (; опубликовано в 1751 году).
Особо отмечают работу, написанную на латыни чешским анатомом Яном Пуркинье «К вопросу об исследовании физиологии органа зрения и кожного покрова человека» (1823), которая считается первым научным трудом, содержащим описание и классификацию узоров кожи на пальцах.
Широкому распространению дактилоскопии препятствовало отсутствие простой и надёжной классификации папиллярных узоров. Первый шаг на пути её создания сделал выходец из Далмации аргентинский полицейский чиновник Хуан Вучетич (1858—1925). В сентябре 1891 г. он разработал десятипальцевую систему классификации дактилоскопических отпечатков, которую затем непрерывно улучшал и шлифовал до 1904 г.
Первые сведения о применении дактилоскопии в Аргентине относятся к 1892 г., когда по кровавым отпечаткам пальцев Франсиска Рохас была изобличена в убийстве своих двоих детей.
Дактилоскопическая классификация Вучетича осталась в те годы неизвестной в Европе, которая всю честь решения этой задачи приписала помощнику комиссара английской полиции сэру Эдварду Р. Генри, бывшему шефом полиции в Бенгалии. Его классификация папиллярных узоров оказалась настолько удачной, что используется во многих странах в неизменном виде и в наши дни, либо легла в основу других систем.
Началось триумфальное шествие дактилоскопии по всему миру: 1896 г. — Аргентина, 1897 г. — Британская Индия, 1902 г. — Венгрия и Австрия, 1903 г. — Германия, Бразилия и Чили, 1906 г. — Россия и Боливия, 1908 г. — Перу, Парагвай, Уругвай. Дольше всех сопротивлялась дактилоскопии Франция. Однако в августе 1911 г. из Лувра похитили знаменитый шедевр Леонардо да Винчи «Мона Лиза», и это сильно повлияло на общественное мнение. Поэтому когда весной 1914 г. в Монако собрался Международный полицейский конгресс, который должен был решить, какому методу учёта и опознания преступников следует отдать предпочтение (рассматривался среди прочего бертильонаж), неслучайной оказалась победа дактилоскопии.
Отпечатки пальцев В каждом отпечатке пальца можно определить два типа признаков — глобальные и локальные.
Глобальные признаки — те, которые можно увидеть невооружённым глазом:
Папиллярный узор Область узора — выделенный фрагмент отпечатка, в котором локализованы все глобальные признаки.
Ядро или центр — точка, локализованная 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:
узоры типа «петля» (левая, правая, центральная, двойная), узоры типа «дельта» или «дуга» (простая и острая), узоры типа «спираль» (центральная и смешанная)
Другой тип признаков — локальные. Их называют минуциями (особенностями или особыми точками) — 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 может содержать до 70 и более минуций.
На данном отпечатке пальца отмечены следующие признаки: две линии — «тип линии»; то, что между ними — может выступать в качестве области узора, но обычно берётся вся площадь отпечатка; красная окружность слева — пункт «дельта»; красная окружность ниже — остров; 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.
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, так как все отпечатки получают с одного устройства.
В России биометрические стандарты регламентируются по ГОСТГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-4-2006 Автоматическая идентификация. Идентификация биометрическая. Форматы обмена биометрическими данными..
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 3х3 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 три (минуция «ветвление»).
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 иногда выбирают и меньшие границы) 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 где D — количество совпавших минуций, p — количество минуций эталона, q — количество минуций опознаваемого 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 опознания 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 %)).
Другие подходы к сравнению отпечатков