10.05.2015

Выбор системы электронного дактилоскопирования

Одним из важных условий повышения результативности работы АДИС (AFIS) является использование современных цифровых технологий ввода дактилоскопической информации, призванных заменить традиционное чернильное дактилоскопирование и сканирование бумажных носителей на планшетных сканерах.

Критерии выбора сканера для АДИС (AFIS)
Функциональность и размер
Соответствие изображения требованиям нормативов
Необходимость полной прокатки и компенсации смаза
Сканирование «плохих» пальцев и исключение влаги
Удобство интерфейса и эргономика

Цифровые технологии ввода, основанные на применении электронных дактилоскопических сканеров, позволяют наиболее точно фиксировать изображения дактилоскопических отпечатков и формировать высококачественные дактилоскопические массивы.
Высокое качество отпечатков гарантирует высокую точность автоматического распознавания и кодирования изображений в АДИС (AFIS), и как следствие, повышение ее важнейших поисковых характеристик (надежности, избирательности, быстродействия).

Помимо кардинального улучшения качества дактилоскопических массивов, применение дактилоскопических сканеров позволяет решать еще ряд важнейших задач, возникающих при построении систем дактилоскопической идентификации:

обеспечение высокой оперативности ввода информации в АДИС (AFIS) (исключается этап создания и сканирования бумажных дактилокарт)
обеспечение удаленной передачи информации из системы электронного дактилоскопирования в АДИС (AFIS) по телекоммуникационным каналам
обеспечение минимизации влияния человеческого фактора при регистрации дактилоскопической информации.

Широкое применение АДИС (AFIS) для нужд правоохранительных органов, возросший интерес к применению методов дактилоскопической идентификации личности в гражданских системах безопасности повлекли за собой рост предложений дактилоскопических сканеров от фирм-производителей всего мира.

Сегодня на рынке представлено множество моделей сканеров отпечатков пальцев и ладоней различного типа (оптические, емкостные, термические, электромагнитные и т.д.).

При создании криминалистических идентификационных систем (АДИС (AFIS)) наибольшее распространение получили оптические дактилоскопические сканеры.

Первые оптические сканеры появились более 50-ти лет назад.


Первый запатентованный в Советском Союзе (1956 г.) оптический прибор – папилляроскоп, предназначенный для дактилоскопического исследования отпечатков пальцев рук.

Принцип работы оптических сканеров основан на эффекте нарушенного полного внутреннего отражения света на границе прозрачных сред – лучи подсветки призмы, падающие с ее внутренней стороны, полностью отражаются на участках, соответствующих впадинам папиллярного узора, чего не происходит на участках, соответствующих папиллярным гребням.

Качественные оптические сканеры формируют изображения с лучшими характеристиками по разрешению и динамическому диапазону, по сравнению с другими типами приборов.

Критерии выбора дактилоскопического сканера для работы в АДИС (AFIS)

При выборе дактилоскопических сканеров и систем бескраскового дактилоскопирования необходимо руководствоваться следующими критериями:

Функциональность сканера и размер окна сканирования
Соответствие характеристик формируемого изображения требованиям нормативных документов
Способность к компенсации смаза изображения (для сканеров, выполняющих прокатку пальцев)
Способность к формированию качественных изображений для сложных пальцев (сухие, стертые, с низким рельефом папиллярных линий)
Способность к исключению влияния влажности при сканировании чрезмерно влажных рук и запотевании призмы

Удобство программного интерфейса пользователя и прочие эргономические характеристики (например, соответствие габаритов и исполнения устройства условиям эксплуатации)

Относительная значимость основных характеристик сканера
(по оценке АО «ПАПИЛОН»)

Функциональность сканера и размер окна сканирования

Выбор функционального типа сканера зависит от характера стоящей перед ним задачи:

1. Регистрация дактилокарт в АДИС (AFIS):

Поскольку в АДИС (AFIS) производятся поиски не только по отпечаткам пальцев, но и по следам, изъятым с мест преступления, а также по фрагментам папиллярного узора (неопознанные трупы, жертвы катастроф и военных действий), выбранный дактилоскопический сканер обязательно должен обеспечивать регистрацию прокатанных отпечатков пальцев «от ногтя – к ногтю».
Если в состав регистрируемых дактилокарт входят изображения контрольных оттисков, сканер должен иметь достаточный размер чувствительной области для одновременного сканирования 4-х пальцев.
Если АДИС (AFIS) выполняет поиски не только по следам и отпечаткам пальцев, но и по следам и отпечаткам ладоней, необходимо применение прибора ладонного типа – с размером чувствительной области, достаточным для регистрации изображений ладоней.

2. Дактилоскопические проверки личности по оттиску пальца по базам данных АДИС (AFIS) (“оперативные проверки” в АДИС (AFIS) Папилон):

Для поддержки данного режима достаточно применения однопальцевого дактилоскопического сканера с чувствительной областью, предназначенной для сканирования одного неподвижно прижатого пальца.
Размер зоны сканирования должен обеспечивать получение полных необрезанных дактилоскопических изображений.
Несоблюдение этого требования ведет к утере части признаков, и следовательно, к снижению эффективности работы АДИС (AFIS).
Также недостаточный размер окна сканирования усложняет работу оператора по позиционированию пальцев дактилоскопируемого лица на панели прибора.

Необходимые размеры области сканирования сканера (Ш х В), в зависимости от вида получаемых изображений:
Прокатанные отпечатки пальцев не менее 41 х 38 мм (1.6 х 1.5″)
Контрольные оттиски 4-х пальцев не менее 81 х 76 мм (3.2 x 3.0″)
Оттиски ладоней не менее 127 х 127 мм (5.0 х 5.0″)
Плоские оттиски пальцев(PIV single finger flat impression (FAP levels)) не менее 20 х 20 мм

Соответствие характеристик изображения требованиям нормативных документов

Для тестирования планшетных и дактилоскопических сканеров на предмет сертификации в ФБР США используется «Методика тестирования для проверки требований к качеству изображений, получаемых со сканера, в системе АДИС (AFIS)» («Test Procedures for Verifying IAFIS Scanner Image Quality Requirements», CJIS-TD-0010 v.7).

Требования этого документа были продублированы в ряде международных стандартов в области биометрии, а затем и в российских национальных стандартах.

В частности, ГОСТ Р ИСО/МЭК 19794-4-2006 «Автоматическая идентификация. Идентификация биометрическая. Форматы обмена биометрическими данными. Часть 4. Данные изображения отпечатка пальца» прямо предписывает необходимость сертификации на соответствие требованиям ФБР для сканеров, используемых в целях обеспечения правопорядка.

Данные требования регламентируют основные количественные характеристики качества изображения, получаемого с дактилоскопического сканера, в том числе:

разрешение считывания отпечатков пальцев (требуемое значение – 500±5 ppi в продольном и поперечном направлениях)
геометрическая точность изображения (уровень оптических искажений прибора)
характеристики передаточной функции (способность сканера к точному воспроизведению пространственно-периодичной картины изображения).
отношение сигнал-шум (устойчивость уровня выходного сигнала к влиянию аппаратных, электромагнитных помех, изменению параметров электропитания и т.д.)
динамический диапазон шкалы «серого» (способность к созданию достаточно контрастных изображений)
линейность шкалы «серого» (правильность передачи градаций полутоновых изображений отпечатков)
однородность уровня «серого» (идентичность изображений отпечатка одного и того же пальца, полученных на различных участках окна сканирования)

Конечно, сертификация необходима, являясь надежным доказательством высокого профессионального уровня разработчиков приборов. Однако, наличие у дактилоскопического сканера сертификата ФБР не является гарантией высокой эффективности прибора при практическом использовании в АДИС (AFIS). Объяснение этому простое: на дактилоскопические сканеры перенесены требования, предъявляемые к планшетным сканерам, назначение которых – без искажения преобразовать в электронный вид ранее созданный неподвижный, плоский, бумажный оригинал (дактилокарту).

Для дактилоскопических сканеров, являющихся инструментами не преобразования, а исходной регистрации дактилоскопической информации, необходим контроль дополнительных, не учтенных пока в нормативных документах требований качественного характера, выполнение которых имеет критически важное значение при формировании изображений, прямо влияя на качество создаваемых массивов и показатели работы АДИС (AFIS):

способность к компенсации смаза изображений при прокатке пальцев
способность качественного сканирования «плохих» пальцев (излишне сухих, с низким рельефом папиллярного узора, со стертым папиллярных узором, т.н. «пальцы домохозяйки» и т.д.)
способность качественного сканирования влажных рук (повышенная потливость).

Необходимость полной прокатки пальцев и компенсации смаза изображений.

Влияние зарегистрированной площади изображений отпечатков на надежность работы АДИС (AFIS).

Предприятием АО «Папилон» были проведены статистические исследования на базе данных АДИС (AFIS) размером 2 млн дактилокарт и 130 тыс следов в одном из крупных городов России:

Режим работы
1. Штатный режим работы с зарегистрированными изображениями прокатанных отпечатков пальцев
Результат 11 000 результатов «след-отпечаток»

Режим работы
2. Замена прокатанных отпечатков пальцев контрольными оттисками (55% от площади изображений прокатанных пальцев)
Результат Снижение надежности поиска на 35%

Режим работы
3. Замена прокатанных отпечатков пальцев оттисками пальцев размером дюйм на дюйм (такой размер принят в некоторых зарубежных АДИС (AFIS)). Площадь «обрезанных» изображений меньше площади исходных изображений в среднем на 9%.
Результат Снижение надежности поиска на 7%

Режим работы
4. Изменение некоторых параметров изображений, проверяемых при сертификации дактилоскопических сканеров (речь о них шла выше):
– уменьшение разрешения изображений отпечатков с 500 до 400 ppi
Результат Снижение надежности поиска на 1%
– уменьшение разрешения изображений отпечатков с 500 до 300 ppi
Результат Снижение надежности поиска на 3%
– искусственное сужение динамического диапазона изображений со 128 до 16-ти уровней серого
Результат Снижение надежности поиска на 2%
– искусственные геометрические искажения отпечатков, в среднем ±5%
Результат Снижение надежности поиска на 0,5

Полученные результаты показали:

влияние зарегистрированной площади отпечатков на надёжность поиска не менее существенно, чем влияние параметров изображений, проверяемых при сертификации сканеров в ФБР
каждые 10% увеличения площади отпечатков пальцев относительно площади контрольных оттисков дают около 8% увеличения надёжности поиска.

Вывод: для регистрации в АДИС (AFIS) требуется как можно более полный ввод изображения отпечатка пальца – палец должен прокатываться «от ногтя-к ногтю». Если в АДИС (AFIS) вводятся неполные изображения, то следы, оставленные незарегистрированными частями пальцев, никогда не будут найдены, даже если дактилокарты оставивших их лиц находятся в базе данных.

В приведенных ниже примерах следы идентифицированы в АДИС (AFIS) по прокатанным отпечаткам, но не идентифицированы по участкам размером дюйм на дюйм.

Изображение следа (11 закодированных точек)

Прокатанный отпечаток пальца

Во введенный в АДИС (AFIS) участок размером дюйм на дюйм (выделен рамкой) попали только четыре точки.

Изображение следа (18 закодированных точек)

Прокатанный отпечаток пальца

Во введенный в АДИС (AFIS) участок размером дюйм на дюйм (выделен рамкой) попали только 4-5 точек.

Механизм образования смаза при прокатке и способы компенсации. Изображение прокатанного отпечатка пальца представляет собой развертку рисунка папиллярных линий поверхности пальца на плоскость бумаги или чувствительной призмы прибора, в зависимости от используемого метода дактилоскопирования.

Геометрическая форма ногтевой фаланги пальца не совпадает с идеальной поверхностью вращения в форме цилиндра, и при прокатке происходит проскальзывание пальца по призме (или бумаге) с образованием смазов изображения. Чем полнее прокатывается палец, тем больше вероятность появления смаза.

Также степень проявления данного дефекта изображения зависит от анатомических особенностей пальца и навыка оператора дактилоскопирования.

На дактилокартах с полной прокаткой пальцев, создаваемых по чернильной технологии, в результате смаза появляются области, мало или вовсе непригодные для распознавания. Еще раз отметим, что для чернильной технологии данный дефект изображения является практически неустранимым.

Смаз прокатанного изображения на бумажной дактилокарте

При прокатке пальцев на дактилоскопических сканерах ситуация другая.

Существуют аппаратные и программные методы, позволяющие, при их успешной реализации, практически полностью устранить явление смаза на формируемом изображении и при прочих равных условиях увеличить его полезную площадь на 5-10% (именно такая часть отпечатка в среднем оказывается непригодной на бумажных картах).

К аппаратным методам компенсации смаза относятся:

увеличение частоты обновления кадров при захвате изображения,
использование протяжки линейного чувствительного элемента.

Недостаток первого способа в том, что он требует применения камер с высокой частотой кадров.
Камеры с высокой частотой и высоким разрешением дороги, их применение резко увеличивает себестоимость производства сканера и является, по сути, решением проблемы за счет потребителя.
Попытки использования камер с меньшим разрешением (и соответственно, более дешевых) оборачиваются уменьшением размеров области сканирования и снижением информативности получаемых дактилоскопических изображений.

Недостатком второго способа аппаратной компенсации является наличие в конструкции прибора перемещаемых механических частей и средств автоматики, усложняющих прибор, снижающих его надежность и требующих периодического обслуживания или замены (например, обмотки и подвижные части шагового электродвигателя, привод перемещения каретки, концевые выключатели и т.д.).

При программной компенсации смаза результирующее изображение прокатанного отпечатка формируется путем программной склейки фрагментов последовательно снимаемых кадров.
Данный подход лишен недостатков аппаратных методов, но предъявляет, в свою очередь, высокие требования к разработчикам программного обеспечения для сканеров.
Таким образом, создание сканера, устраняющего проблему смаза и формирующего изображение с высоким разрешением, а также имеющего при этом цену, приемлемую для потребителей, является противоречивой и сложной задачей.
Не всем разработчикам удается ее успешное решение, а значит, не все приборы, выполняющие прокатку пальцев, одинаково надежно справляются с проблемой смаза.

Проверка способности сканера к компенсации смаза

Поскольку в настоящее время не существует методик, контролирующих способность дактилоскопического сканера к компенсации смаза при прокатке, можно порекомендовать потребителям при выборе прибора самостоятельно визуально оценивать качество формируемых изображений.

Для этого достаточно прокатать большие пальцы (дающие, как правило, максимальный смаз) нескольких человек и, распечатав полученные изображения, внимательно их просмотреть.

“Неприкрытый” смаз – на изображении присутствуют резкие сдвиги и разрывы

“Стыдливый” смаз – сдвиги и разрывы на изображении затушеваны

Качественная компенсация смаза

Сканирование «плохих» пальцев и исключение влияния влаги

Излишне сухая или потная кожа, папиллярные узоры со стертым или мелким от природы рельефом – все эти факторы искажают истинную картину формируемого дактилоскопического отпечатка.

Изображения сухих и стертых пальцев получаются малоконтрастными, с плохо различимым рисунком линий, происходит утрата части значимых деталей из-за отсутствия непосредственного контакта естественно увлажняющей палец субстанции и поверхности призмы.
Изображения излишне потных пальцев, наоборот, очень темные, отдельные области могут сливаться в яркие черные пятна, вследствие заполнения влагой межгребневого пространства папиллярных линий.
Качественный дактилоскопический сканер должен снижать негативное влияние перечисленных факторов и формировать информативное изображение дактилоскопического отпечатка вне зависимости от состояния кожи.
Проблема сухости кожи, например, во многом исключается применением эластичного покрытия контактной поверхности призмы. Отдельными производителями найдены эффективные решения для устранения влияния влаги.

Чтобы проверить, как прибор работает с сухими пальцами, нужно перед сканированием высушить кожу мелом или спиртом.
Имитировать потную кожу можно, просто окунув пальцы в воду или смочив их влажной салфеткой.

Анализ полученных изображений позволит сделать выводы об эффективности сканера при работе со сложными пальцами.

Низкая информативность изображения из-за чрезмерно сухого кожного покрова или недостаточного контакта с призмой прибора

Отпечаток очень потного пальца

Удобство программного интерфейса и эргономические характеристики

К показателям качества системы электронного дактилоскопирования можно отнести наличие ряда важных функций, обеспечивающих автоматизацию процесса сканирования и минимизацию влияния человеческого фактора на качество формируемого изображения, а также простоту и удобство работы.

Например:

автоматический контроль порядка следования дактилоскопических изображений и очередности прокатки пальцев. Система проверяет путем сравнения отпечатков пальцев с контрольными оттисками, чтобы все изображения, включаемые в дактилокарту, принадлежали одному человеку, и не допускает часто встречающихся ошибок, когда вместо правой руки сканируется левая, вместо одного пальца – другой.
автоматический контроль качества. Система самостоятельно оценивает размер и качество полученного изображения, в случае неудовлетворительного результата выдает сообщения о предполагаемой причине и дает возможность неоднократного повторного сканирования для достижения требуемого качества.
автоматическая запись в дактилокарту текущего отсканированного изображения при переходе к сканированию следующего.
поддержка встроенной базы данных дактилокарт с возможностью поиска записи по оттиску пальца, приложенного к призме прибора, или по введенным текстовым данным.
возможность автономного управления процессом сканирования, без использования монитора и клавиатуры базового компьютера.
стандартный интерфейс сопряжения сканера с компьютером (USB, IEEE1394).

Вместе с тем, невозможно составить исчерпывающий перечень функций, которыми должна обладать некая «идеальная» система электронного дактилоскопирования. Качественно разработанное программное обеспечение, как правило, придает системе гибкость, позволяющую адаптировать ее к требованиям конкретного заказчика и выполнению конкретно поставленной задачи.

Эргономические требования к дактилоскопическим сканерам не оригинальны и не требуют особых пояснений. Сюда входят показатели, характеризующие, помимо удобства работы, простоту монтажа, настройки, обслуживания прибора и т.д. Важное значение имеет соответствие габаритов и исполнения сканера условиям эксплуатации (например, повышенная прочность корпуса, необходимая в работе сотрудников правоохранительных органов).