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指纹中的秘密

发布时间:2018-05-09 11:34:00 文章来源:未来智讯    
    
    1905年,阿尔佛雷德・斯塔顿和艾伯特・斯塔顿兄弟俩被判谋杀罪,他们在伦敦城外的一座小城市谋杀了一家商店的店主夫妇,证据是留在犯罪现场的一枚拇指指纹。兄弟俩最后被判处绞刑。这是西方法律体系第一次利用指纹证据判决谋杀案,而这一判决结果是查尔斯・达尔文的表兄弟弗朗西斯・高尔顿的胜利。高尔顿花了数年时间搜集指纹,并研究、分类箕形纹、弓形纹和斗形纹的图案样式。他不是靠推测,而是通过证据证明,指纹是判定某人身份的一种可靠方法,他建议警察部门用指纹证据指证犯罪分子。
    利用指纹进行人的身份鉴定实际上是生物测定学中的一个门类,生物测定学是指利用人的身体特征对其进行鉴定的科学。因此,撇并非专用来鉴定犯罪分子的身份,而是一种可以用来证明它是你的,而不是别人的一种认定方法。
    
    指纹的形成是基因表达和环境因素共同作用的结果。
    
    指纹是由一种叫做摩擦嵴的脊状突起系列组成的。每条突起都分布着许多毛孔,与皮肤下面的汗腺相接,你留在玻璃、桌子以及其他东西上的指纹都是由于出汗的缘故。科学家通过观察指纹线的数目、大小、形状和排列方式就能辨别一个人的身份。世界上没有拥有相同指纹的人,每个^的指纹模式都不一样,两个拥有完全相同指纹的人的出现概率为640亿分之一。指纹甚至比DNA更为独特,同卵双生者尽管拥有相同的DNA,但却没有相同的指纹。
    那么,指纹是怎样形成的呢?猫和狗的趾垫上没有凸纹和条纹,趾垫基本上是平的。鼯猴(一种小型滑翔哺乳动物)的手和脚也没有指纹。但是很多哺乳动物生有类似指纹的斑纹,其中灵长类动物、树嗣、树袋熊和负鼠等动物最为明显。亨利・弗尔德是第一位在科学杂志上介绍指纹的人,他在发表于1880年的《自然》杂志上的文章中提到,猴子长有与人类相似的指纹。
    指纹在我们的触感中起着重要作用,它在提高动物抓握力方面所起的作用更大。例如,善于攀爬树木的啮齿动物在其爪垫上生有浓密、明显的凸纹,而善于挖掘的啮齿动物则没有。指纹增强抓握力的最有力证据来自蜘蛛猴以及与其有亲缘关系的灵长类动物。蜘蛛猴长着长长的、适于抓握的尾巴,专用于从树枝上悬挂和抓拿物体。蜘蛛猴的尾巴相当于它的第三只手,而在其尾尖附近长有一个“趾垫”,上面没有毛发,生有凸纹和斑纹。看上去非常像指纹。
    研究发现,当一个人还在子宫时,其指纹就已经长出来了。胎儿大约在20周大后就长出了指纹,并伴随他(或她)的一生。指纹的形成机制至今仍不十分清楚。
    与毛发和眼睛的颜色不同,指纹不是由基因事先设定好的,也就是说,没有哪种基因能导致形成拥有三个斗形纹的指印。这或许可以用来解释为什么同卵双生者也没有相同指纹。指纹的形成包含许多偶然因素,显然是基因表达和环境因素共同作用的结果。
    然而,遗传紊可以影响指纹的形成样式。例如,患有猫叫综合症(一种由5号染色体部分严重缺失导致的疾病)的人比正常人生有更多的凸纹。这种患者除了出生时像猫一样尖叫外,其口部和头部都比正常人要小,耳朵短肥,并患有严重的智力缺陷。这种疾病是因胎儿在子宫内异常生长所致。至少一种与生长有关的基因要对5号染色体缺失负责,毫无疑问,它也影响了指纹的生长。
    影响不足20周大的婴儿生长的因素可能也影响了指印的生长。比如,风疹引起的病毒感染致使指纹中出现更多的斗形纹。子宫里的婴儿营养不足也会影响指纹的生长。一项研究证明,甚至不同的受孕季节也能影响指纹的生长式样,改变手指上的凸纹比例。光的强度、维生素D、饮食等是否会影响指纹的生长模式,目前还不得而知。
    
    人们早在几百年前就已经开始使用指纹识别技术。
    
    有记录显示,早在几百年前人们就已经开始使用指纹识别技术了,虽然那时的技术没有现在的精密复杂。古代巴比伦人在泥片上按压指纹,以记录商业往来;中国人在纸张上按压油墨手印,用来记录商业活动,或用来识别自己的孩子;在19世纪的印度,目不识丁的文盲可以用指纹代替签名。到1860年,指纹第一次被官方正式采用。当时英国驻印度殖民地的治安宫威廉・赫歇尔认识到,指纹可以作为一种领取退休金的身份识别方法。领取退休金者要按压手印,以便与文档中的指印进行比较,通过这种办法可以防止人们冒领退休金。
    当时赫歇尔猜测每个人的指纹可能都不一样,而他的这一猜测最后得到了证实。证据是由高尔顿提供的。高尔顿从统计学上证实,两个拥有相同指纹的人的存在概率几乎可以忽略不计。他还通过研究赫歇尔送给他的指纹证明指纹不会随着年龄改变而改变。此后,高尔顿开始研究编录指纹的方法,以便警察能按照指纹的类型存档。并在需要时迅速对两个指纹进行对比。为此,他搜集了8000多枚各种各样的指纹,对其进行了研究分析。1892年,他出版了《指纹》一书,简要介绍了指纹分类系统。
    几乎与高尔顿同时,一位名叫阿方斯・贝迪永的法国执法人员也研发出了一种犯罪鉴定系统。这个系统被称作“贝迪永式人体测定法”,专用来测量人的头、脚以及其他可识别的身体部位。这些“会说话”的画像使得执法人员可以根据特定的身体特征拘捕嫌犯。1890年,印度的英国警务人员采纳了这个系统。此后不久,阿根廷布宜诺斯艾利斯市的一个名叫胡安・乌斯迪克的警员开发出一种改进型指纹识别系统。1892年,乌斯迪克应有关部门请求协助调查布宜诺斯艾利斯附近一个村庄的两名男孩被谋杀案。该案的嫌犯最初是一个名叫威拉斯克的男人,他是孩子母亲弗朗西斯・洛佳丝的情人。但是,当警方将在谋杀现场发现的指纹与威拉斯克和洛佳丝的指纹进行比对后发现,只有洛佳丝的指纹与之完全匹配。最终后者承认了犯罪事实。这是指纹第一次被用作犯罪调查。乌斯迪克将他发明的这个系统称作“比较指纹系统”。这个系统被许多讲西班牙语的国家采用。
    1896年,伦敦警署专员爱德华・亨利结合高尔顿的技术,根据指纹摩擦嵴的方向、流向、样式以及其他特征,创造了一套新的分类系统――亨利系统,这是世界上应用最广泛的指纹分类系统。
    自高尔顿创造出第一套指纹分类系统,时间已过去了100多年。现在,科学家已经研发出了多种生物识别技术,包括牙齿记录、虹膜扫描、DNA指纹图(根据一系列遗传标记对某人进行分类或描述的方法,除非是同卵双生,拥有相同DNA指纹图的人几乎为零)、面部和步态识别等。其中虹膜扫描是最新高科技手段,可以准确验证一个人的身份,而DNA指纹图在犯罪案件中可以作为最佳指控证据,它可以从血迹、烟蒂把上的唾液,甚至些微皮肤细胞中获得。1989年以来,美国有200多被判定有罪的人因DNA证据而被平反。顺便说一句,DNA指纹不仅能从DNA残留物中采集到,而且
       也能从其他物质比如麻醉药品和爆炸物等的残迹中获得。
    但是,即便在DNA技术大行其道的时候,简单的手指指纹仍得到最广泛的应用,至少指纹资料库要比DNA资料库大得多。不仅如此,指纹也更容易迅速和廉价地搜集到。比如现在,到美国访问的外国人都要在人境处留下指纹,过程很简单,按一下无墨数字扫描仪即可,只需数秒钟。
    
    现代高科技使指纹识别技术得到广泛应用。
    
    亨利系统让执法人员能够分类和识别每个人的指纹。不幸的是,这个系统过于繁琐。当指纹出现时,侦查人员必须亲自动手与档案中特定罪犯的指纹进行对比。这一过程费时费力,需要数小时甚至数天,而且并不总是有效。20世纪70年代,计算机开始得到广泛应用,日本国家警察机构首先为指纹自动检测开创先河。他们于1980年建立了第一个电子指纹比对系统。自动指纹鉴定系统(AFIS)使得执法人员能在瞬间交叉检查数百万个指纹记录。
    自动指纹鉴定系统通过传感器搜集数字指纹,然后由计算机查找样式和细点,以便从资料库中找出最佳配对。美国的第一个自动指纹鉴定系统在投入使用后,其速度显然比人工系统要快得多。但这个系统存在一个问题,就是在各个警局之间缺乏协调,因为在美国,许多地方、州和联邦执法部门没有将相同的自动指纹鉴定系统连接在一起,因此无法共享信息。这意味着,如果一个^在亚利桑那州的菲尼克斯市被捕,但其指纹却在明尼苏达州的德卢斯市,那么亚利桑那州的警察就没办法找到他的指纹记录。
    随着综合自动指纹鉴定系统的引进,问题得到了解决。该系统由美国联邦调查局刑事司法信息服务部负责操控,它能在30分钟之内分类、寻找、取回全国各地的指纹记录。这个系统还包括大约4700万人的面部照 片和犯罪历史。综合自动指纹鉴定系统使得地方、州和联邦执法机构能够共享庞大的信息资料库。
    当然,综合自动指纹鉴定系统不仅仅用于犯罪调查。它还为就业、执照发放和社会服务计划等收集指纹。所有这一切全部加起来,大约每六个美国人就有一个人在综合指纹鉴定系统中留有指纹记录。
    
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    生物测定技术
    在每天的现实生活中,你可能随时随地都要采取安全预防措施,比如给你家的房门上锁,给电脑加密。你或许还会遇到由于丢失钥匙或忘记密码而带来的不便。而且这些行为恐怕不只是给你带来了不便,如果你丢失的钥匙或记在纸上的密码被心术不正的人捡到了,他们就可能利用这些东西窃取你家的财产或者至关重要的信息。
    生物测定技术不是利用一把钥匙或一个简单的密码,而是让你自己来验证自己。生物测定技术可以利用你的面部、指纹、虹膜、静脉血管等生理特征,或者你的声音、字迹或打字节奏等行为特征对你的身份进行验证。与钥匙和密码不同,你的个人特征很难丢失或忘记,而且它们还很难被复制。基于这个原因,生物测定技术才能在今天的安检中大行其道。
    生物测定系统看起来很复杂,实际上它们只有三个步骤:第一,注册;当你第一次使用生物测定系统时,它会记录你的名字、身份证号码等基本信息,然后摄取图像,或记录你的显著特点。第二,储存:与你在电影中看到的不同,大部分系统并不储存完整图像或记录,只是分析你的个人特征,将它转换成代码或曲线图。有些系统将这些资料记录在你随身携带的智能卡上。第三,比对:当你下次使用这个系统时,它会对比你在该系统留存的有关信息特征,然后作出决定,要么接受你的请求,要么拒绝。
    
    笔迹
    乍一听,通过笔迹识别一个人的身份似乎并不是一个好主意,因为许多人可以通过模仿练习来伪造他人的笔迹,并且不会花费太多的时间和精力,而且有时得到一个人的签名笔迹也不是什么难事。然而,生物测定系统并不观察你如何写字,只是分析你的写字行为,检查你写字时的压力、速度和节奏。它还记录你写字的先后顺序。
    与单纯的字体不同,人的写字行为特点很难模仿。即使有人拿到了你的签名笔迹,并模仿得惟妙惟肖,几可乱真,他也很难通过系统的检测。
    笔迹识别系统使用的传感器包括触感书写界面和一支书写笔,书写笔里装有可检测角度、压力和方向的传感器。软件将书写笔迹转换成曲线图,利用它甚至可以识别一个人的笔迹每天每时出现的微小变化。
    
    手和手指形状
    每个人的手和手指都有自己独特的地方,除高安保单位外,企业和学校大都喜欢用手和手指形状读取器验证用户身份。比如,迪斯尼主题乐园通过手指形状读取器验证持票人身份,持票人须经验证通过后才能进入公园各个部分。有些企业在考勤点装有手形状读取器。检测手和手指形状的系统通过数码相机和光线检测一个人的身份。当你使用这个系统时,必须将手平放在一个平面上,将手指伸直,对准几个检测孔,以确保读取准确。然后,数码相机拍录一幅或几幅你的手及手指的投影图像,通过这些信息测定手的长度、宽度、厚度和曲度。最后将这些信息转换成数字模式。
    手和手指形状系统有利也有弊。一方面,手和手指不像指纹和虹膜那样特点突出,人们一般不会感到自己的隐私受到了侵犯;但在另一方面,人的手可能会因受伤而出现变化,或由于患关节炎而出现变形。因此,使用这种方法要求系统不断更新资料,以准确反映手的细微变化。
    
    声波纹
    由于每个人讲话时声腔的形状和嘴唇的运动方式存在差异,因此每个人的声音往往都具有鲜明的个人特点。在进入声波纹系统时,你必须说出完整的词句或短语,或随意讲几句话。以便计算机能识别你的身份。
    提到声波纹,有人可能会立即联想到在示波镜上看到的波型图。其实,声波纹中使用的资料只是一种音谱图,并非波的形状。音谱图基本上是一个显示声音频率和时间的曲线图。语音不同,其在曲线图上画出的线条的形状就不同。音谱图还用颜色或暗灰色代表声音音质。
    许多公司用声波纹系统作为识别一个人身份的手段。与虹膜和手几何结构读取器不同,使用这种方法不需要被认可人靠近声波纹系统,只需一个电话就可得到认可批准。当然,这个系统也存在不足,因为人们可以绕过这个系统,尤其是那些通过电话得到认可的系统,只需一个被认可人的简单密码录音就可通过。为了弥补这一缺陷,许多系统采用随机挑选的声音密码,或者用普通声波纹而不是特定语词。某些系统还采用检测人造录音的技术防止造假。
    
    虹膜
    虹膜是人眼瞳孔和眼白之间的环状组织,是人眼的可视部分,也是一种最可靠的人体生物终身身份标志。虹膜扫描技术是一种新近出现的生物测定技术,看似复杂,实际上系统的核心部分只是一架CCD数码相机。它用可视和近红外线摄录人们的虹膜图像,图像具有高清晰度和高对比度。在近红外线照射下,人的瞳孔显得非常黑,从而使得计算机能将瞳孔和虹膜区分开。
    当被认可人观察虹膜扫描器时,数码相机自动聚焦,以确保其姿势站立正确。通常情况下,人的眼睛距离相机8―25厘米。当相机拍摄图像时,计算机对瞳孔中心、瞳孔边缘、虹膜边缘、眼睑和睫毛等部位进行定位,然后分析虹膜图案,并将其转换成代码。高安保单位普遍使用虹膜扫描器,因为人的眼睛部位极少有完全相同的。虹膜扫描技术的对比参照点达到200多个,而指纹识别技术只有60―70个。一个人的虹膜结构不会因年龄而发生改变,因此这是一种理想的生物识别方法。通常情况下,人的眼睛也不会因眼睛手术而发生改变,因此即使是盲人,只要其眼睛里有虹膜就可使用虹膜扫描仪。镜片和隐形眼镜通常不会妨碍或导致不准确的读取数据。
    
    静脉形状
    与虹膜和指纹一样,人的静脉也是一种非常独特的生理组织,即使是双胞胎也不具有相同的静脉形状,甚至一个人的左手和右手的静脉结构形状也不一样。许多静脉隐藏在皮肤下,使其极难伪造或篡改。通常情况下,静脉形状不会随着人的年龄的增长而发生改变。
    在使用静脉识别系统时,被认可人只要将手指、腕关节、手掌或手背放在扫描器之上便可。相机用近红外线摄取图像。由于血液里的血色素吸收光,因此静脉血管在图像里显黑色。软件根据静脉结构的形状和位置创造一个参照模式。
    需要说明的是,静脉形状扫描仪与医院里使用的静脉扫描检测器完全不同。用于医疗目的的静脉扫描通常使用辐射粒子,而生物识别扫描只使用光。
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