Как устроена дактилоскопия

Продолжаю цикл про экспертизы в уголовных делах, и сегодня расскажу про дактилоскопическую экспертизу, как именно хранят и сравнивают отпечатки, как работают биометрические сканеры, как работали с картотеками отпечатков когда не было компьютеров и почему вообще эти узоры у нас есть. В фильмах дактилоскопию показывают довольно часто, поэтому все уже знают, что у нас на пальцах и ладонях есть уникальные папиллярные узоры. Останавливаться на истории возникновения дактилоскопии не будем, про это много уже писали.

Ученые пока не договорились насчет общепризнанной теории зачем нам нужны красивые узоры на пальцах. Были предположения, что узор выполняет ту же роль, что канавки на протекторе автомобильной шины - улучшает захват в условиях влажности. Самая правдоподобная теория, доказанная экспериментально - бороздки на пальцах повышают чувствительность тактильных рецепторов. Именно поэтому их много на кончиках пальцев. Эволюционно папиллярные узоры сформировались для того чтобы наощупь определять качество еды и успешно её собирать, поэтому они есть не только у человека, но и вообще у зверей, которые едят руками - приматов и коал.

Узор состоит из выпуклостей которые называются "гребни" и впуклостей которые называют "впадиной", уникальное сочетание гребней и впадин составляет отпечаток пальца. Когда мы прикасаемся к чему-то, то оставляем потожировой след, я про них рассказывал в посте про биологические экспертизы. Жир нерастворим в воде, в прохладном непроветриваемом помещении след может сохраняться несколько лет, на практике следы сохраняются 3-5 дней. Обнаруживают и снимают их при помощи специальных порошков, порошок пристает к жиру и след проявляется. Подойдет практически любой мелкодисперсный порошок - в детстве я играл в следователя и снимал отпечатки на скотч при помощи обычной маминой пудры.

В кино и играх часто показывают, как при сравнении эксперт накладываю полученный отпечаток на эталонный и говорит "они совпадают". В реальности все гораздо сложнее - наш палец не плоский, и при отпечатывании на плоскости в зависимости от угла он может дать разную картинку или отпечататься частично. Поэтому эксперты придумали способ как узоры можно сравнивать. На тех же принципах сейчас работают биометрические системы, например в телефонах. Расскажу по-порядку как это происходит.

На первом шаге нужно собственно получить отпечаток для сравнения. В случае с криминалистикой отпечаток снимают с оставленного потожирового следа пальцев рук на дактопленку. В случае сканеров отпечаток снимается оптическим или емкостным датчиком - достаточно просто прикоснуться. Если еще тепловые, по ним нужно проводить пальцем. В итоге у нас получится примерно такая картинка.

Дальше эту картинку обрабатывают, чтобы лучше выделить гребни и впадины. Для этого из монохромной картинку делают двухцветную черно-белую, это называется бинаризация. А потом утончают линиии, это называется скелетизация.

Уже можно заметить, что узор это не просто концентрические круги - гребни то сходятся, то расходятся, то внезапно заканчиваются. Эти особые точки называют точками бифуркции. Именно они и делают узор неповторимым. Для каждого отпечатка мы можем выделить такие особые контрольные точки и измерить их координаты на плоскости и угол под которым из этой точки выходит линия или гребень. А еще мы можем посчитать сколько гребней находится между соседними точками, это называется гребневой счет.

Вот так выглядит конечный результат с выделенными контрольными точками. В зависимости от чувствительности алгоритма или дотошности эксперта можно выделить много или мало контрольных точек. На картинке они отображены в виде желтых треугольников, показывающих направление линий. Либералы против консерваторов даже тут.

Собственно в качестве отпечатка пальца хранится именно этот набор координат и направлений контрольных точек. При поиске отпечатка по базе специальные алгоритмы не сравнивают всю картинку, они пытаются наложить контрольные точки друг на друга с учетом возможного поворота и определить совпало расположение точек или нет.

Как же все это работало в докомпьютерную эпоху? Во первых несовпадение отпечатка можно опредить сразу визуально. Есть всего три типа характерных узоров - завиток, дуга и петля, плюс их разновидности. Узоры можно опознать визуально без измерений. Например эксперт определил, что у нас отпечаток указательного пальца правой руки с рисунком "завиток", а у подозреваемого там "петля". Значит нужно искать дальше.

Если же узор совпал, то эксперты раньше делали то же самое, что сейчас делают сканеры отпечатков, только вручную. С тем отличием, что компьютеру проще искать окончание и разветвление линий, а человеку проще оринетироваться на характерные визуальные паттерны такие как мостик, крючок, овал, глазок. По сути они используются точно так же как контрольные точки, эксперт определяет их взаимное расположение и идентифицирует отпечаток.

Осталось разобраться с тем как без компьютеров искали отпечатки по картотеке. Естественно использовать для поиска координаты и направление точек было невозможно, нужно было придумать как набор отпечатков перевести в число, которое условно мы напишем на ящичке с карточками. Способ вычисления такого числа называется дактоформулой. Вычисляется она очень просто - мы нумеруем все пальцы, а потом если на конкретном пальце узор типа завиток, то прибавляем к числителю или знаменателю дроби нужное число 16, 8, 4 или 2 (йтишники могут понять почему прибавляют именно степени двойки). Проще понять по картинке, нумеруем пальцы от большого правого до мизинца левого, четные пишем в числитель, нечетные в знаменатель. Если узор вида завиток, то прибавляем нужно число, если дуга или петля, то нет.

В указанной картинке завитки на позициях 1,4,7,10 полученная дактоформула 8+1 делить на 16 + 2. Идем к ящичку на котором написано 9/18 и ищем там. Со временем внутри ящичка 9/18 стали копиться тыщщи карточек и понадобилось усложнить систему и придумывать дополнительную часть дактилоскопическуо формулы. Там уже учитываются индивидуальные узоры каждого пальца и взаимное расположение ядра и дельты. Дополнительную часть дактоформулы вычисляют уже эксперты.

В следующий раз расскажу про судебно-медицинскую экспертизу. В игре про дактилоскопию на самом деле мало, но вот судебно-медицинская встречается в каждом деле, поэтому я раскурил информацию про стадии разложения трупов, характерные повреждения при удушении или падении с высоты, признаки подделки причин смерти и всякое такое. Поделюсь самым интересным. Спасибо, что дочитали до конца. Вот вам еще красивая картинка про то как компьютер вычисляет направление узоров.