常见的生物识别技术范例(3篇)

常见的生物识别技术范文

关键词：多源图像；融合技术；棉花；病虫害；识别诊断

中图分类号：TP391.43；S435.6文献标识码：A文章编号：0439-8114（2013）11-2555-03

随着城市化进程不断加快，从事农业劳作的劳动力总数急剧减少，农业生产与加工的逐步自动化是社会发展和进步的需求。特别是对于农作物病虫害监测从传统的根据农业部的病虫害监测调查规范进行调查，通过人工调查、人工记录，到微小昆虫自动计数技术、昆虫诱捕自动记录装置来对农作物病虫害进行监测，这些信息收集和数据管理都存在劳动量大、效率低、数据误差大的问题。随着计算机技术和传感器技术的快速发展，图像融合技术在军事、气象、医学、土地资源管理等方面得到了广泛的应用，而如何将图像融合技术应用在农作物病虫害中是极具有研究价值的课题。

1棉花病虫害诊断技术研究意义及发展趋势

棉花作为主要的经济作物一直在中国和湖北省农业生产中占有重要地位，但由于品种、栽培制度、生态环境等变化及棉花生长环境日益恶化，病虫害有不断加重趋势。危害棉花的主要病害有炭疽病、黑斑病、枯萎病、黄萎病等，炭疽病在长江流域棉区的发生尤为严重，一般苗期发病率为20%～70%，严重时可达90%；黑斑病在阴湿多雨年份往往猖獗流行，给棉花生产造成毁灭性灾害；而枯萎病在棉区一直发生较多，死苗严重，造成的危害主要表现在产量降低，品质变劣方面；自上世纪80年代末枯萎病得到控制后，黄萎病上升为棉花第一病害。目前黄萎病发病面积达到全国棉田面积的50%以上，发病后棉苗减产30%～70%，有的甚至绝产，而且严重影响棉花品质。采用先进技术提高棉花病虫害有效防治及控制已迫在眉睫。

1.1棉花病虫害诊断技术的研究意义

在进行植物保护和防治农作物病虫害的各类方法中，化学防治是投入少、见效快、收效大的有效方法，特别是针对在大生态区域内可能暴发成灾的重要病虫草害，化学防治迄今仍是最快速而有效的方法，一般可以挽回15%～30%的农作物产量损失。使用农药（各种杀菌剂、除草剂等）进行化学防治在世界各国一直占主导地位，它投入较少，防治迅速，特别是当大面积、暴发性病害发生时，只有化学防治才能取得较好的防治效果。同样，在棉花病虫害综合防治中，化学防治仍然是及时有效地控制病虫对棉花危害的最后一道把关防治措施。但长期大量使用农药不仅污染环境，而且这些农药会通过空气、水等途径进入人体，对人类的身体健康构成危害；又由于棉花病虫害症状的复杂性和模糊性，农业生产者受个体素质和人为主观因素的影响，往往不能正确合理地判断病情，导致滥用农药、化肥等引起更大的危害；此外，由于中国正步入老龄化社会，从事农业劳动的人口在减少，由劳动力不足带来的农业减产问题已日趋严重。所以，精确作物病虫害管理和机械化变量施药技术的研究和应用势在必行。为实现精确的棉花病虫害管理和变量施药，首先要能够准确地识别棉花病虫害种类及其危害程度。传统的方法主要依靠生产者或专家经验来判断病虫害原因及其危害程度，由于个体素质的差异以及其他因素的影响，往往很难做到对病虫害做出精确定量分析和判断，因而容易造成不合理的病虫害防治，也对生产管理者的农技水平要求较高。一些智能决策支持系统虽然能识别诊断棉花病虫害，但是过程复杂，不能进行实时处理。随着信息技术、光谱技术和计算机视觉技术的发展使基于生物信息的作物病虫害智能识别诊断成为可能。通过多源图像融合技术快速准确地获取棉花病虫害信息，对已发生病虫害的棉花区域根据病虫害程度实行定量喷施农药。这样既可大量节省农药，提高效率，降低成本，降低对劳动力的依赖，同时大幅度减轻农药对农业生态环境的污染，提高棉花病虫害防治水平。研究多源图像融合技术对农作物病虫害诊断具有重要的学术意义和经济价值。

1.2棉花病虫害诊断技术发展趋势

纵观近几年国内对作物病虫害智能识别诊断的研究，目前对棉花作物病虫害识别诊断主要集中在以专家系统为代表的智能化信息技术和光谱技术上，应用计算机视觉技术对棉花作物病虫害识别的研究报道较少[1，2]，而结合光谱技术和计算机视觉技术进行研究的则未见报道。目标的高分辨率和高识别率是对获取目标信息的基本要求，仅仅利用可见光范围或在近红外范围的计算机视觉技术进行作物病虫害识别诊断，其单一光谱不足以准确、全面反映作物病虫害的差异，还需利用其他生物信息对其补充和加强，以达到全面地反映作物病虫害的差异[3]。

为了实现对低探测性目标的探测和识别，必须大力发展先进的目标探测系统，而由多源传感器组成的光电成像系统是最为常见的目标探测系统。图像融合就是利用各种成像传感器得到的同一目标或同一场景的图像，综合这些不同图像的冗余信息和互补信息，以获得更为全面准确的图像描述。为此，针对湖北省主要经济作物棉花，综合利用光谱技术、计算机视觉技术及多源信息融合技术，基于多源图像信息（可见光和近红外视觉图像信息）融合棉花病害（炭疽病和黑斑病）识别诊断技术。深入研究作物在不同病虫害危害下的反射光谱特性及变化规律，确定光谱敏感波段及其特征表现，提取可以有效表征作物不同病虫害条件、不同危害程度下的计算机视觉图像的灰度、纹理、形态特征信息和近地光谱特征信息，探索基于多传感信息融合的病虫害识别诊断方法，构建病虫害智能识别系统，为精确作物病虫害管理和机械化变量施药技术提供理论基础。

2多源图像融合技术

图像融合[4]是对多幅源自同一场景的图像进行综合，以获得更好的视觉效果和易于机器识别为目的，产生比单一信息源更为精确、更完善、更可靠的图像。多源传感器图像是由成像机理不同的多种传感器获得的图像。由于每种成像传感器都是为了适应某些特定的环境和使用范围而设计的，具有不同成像机理的多种传感器获得的图像之间存在信息的冗余性和互补性，通过对其进行融合，能够提高系统可靠性和图像信息的利用率。随着科学发展和技术进步，采集图像数据的手段不断完善，出现了各种新图像获取技术。如今图像融合技术广泛应用于图像处理、遥感、计算机视觉以及军事等领域[5]。利用图像融合技术可以准确地获取检测数据，如在医学图像分析中的超声成像、核磁共振、计算机层析、血液细胞自动分类计数、癌细胞识别等极大地提高了准确率[6，7]；图像融合技术在遥感雷达卫星的发展后，已成为遥感图像处理和分析的重要研究热点，应用于土地资源调查、环境监测、地形测绘等[8]。图像融合技术应用在农业生产中，目前研究方向主要集中在对农产品的无损检测和农作物生长态势及产量评估方面。如采用互信息最佳阈值迭代优化分割法对可见光和近红外图像进行融合来对番茄成熟度进行无损检测研究[9]；通过加权平均融合法对红外和可见光图像实现对苹果进行无损检测研究[10]；采用蚁群算法的模糊C均值聚类图像分割算法的图像融合技术对作物几何参数进行测量。

多源传感器图像融合系统一般有3种类型：像素级融合、特征级融合和决策级融合。

2.1像素级图像融合

像素级图像融合是通过对源图像进行预处理和空间配准，对处理后的图像采取适当的算法进行融合，得到融合图像后再进行显示和后续处理。简单的像素级融合方法主要有：像素灰度值平均或加权平均，像素灰度值选大，像素灰度值选小。简单的像素级融合方法结构简单、易于实现，但应用范围有限，融合结果不理想。故现在的融合方法多采用基于对源图像的多尺度分解。这种分解方法是一种多尺度、多分辨率的图像融合方法，是在不同尺度、不同空间分辨率、不同分解层上分别进行融合。这种融合方法能明显改进融合效果[11]。

2.2特征级图像融合

特征级图像融合是从不同的成像传感器所获得的同一对象图像中提取一些特征，产生特征矢量，然后对这些特征矢量进行融合。特征级图像融合是中间层的图像融合，精度一般。其融合方法有基于假设前提及统计分析的方法和基于知识的方法。

2.3决策级图像融合

决策级图像融合是最高层次的融合，是首先依据每一个成像传感器所获得的同一对象图像各自进行预处理、特征提取、识别和判决后，做出独立的决策，然后将这些独立的决策综合起来，给出最终决策。决策级图像融合适合于多类不同传感器图像的融合，但融合结果精度较差。其融合方法有多重逻辑推理方法、统计方法、信息论方法等都可用于决策层的图像融合。

特征级图像融合和决策级图像融合方法通常应用于某些特殊场合，像素级图像融合的应用更普及，融合所得图像更有利于人眼的判读、欣赏和机器识别。对于已经配准好的图像，像素级图像融合方法不需要显式地提取图像特征，在速度和鲁棒性上有明显优势。为此采取像素级图像融合方法对农作物病虫害的可见光和近红外图像进行融合处理，使其符合人类视觉特征，融合结果更有利于对图像作进一步分析、理解和识别。

3多源图像融合技术对棉花病虫害诊断的方法

1）在特定栽培条件下，培育不同棉花病虫害的试验样本及正常的对比样本。

2）对棉花病虫害样品的叶片和冠层进行光谱分析。利用便捷式光谱仪测量叶片和冠层的光谱，寻找棉花病虫害种类的敏感光谱波段及其反射率特征，分析不同病虫害种类和病虫害程度的敏感光谱波段反射率特征的变化规律。

3）根据光谱分析结果，构建多源图像计算机视觉采集系统，采集棉花作物样本多光谱图像，用VC或MATLAB编写计算机图像处理软件对图像进行处理和特征提取。

4）对所获取的特征应用模糊特征优选、主成分分析（PCA）和独立分量分析（ICA）进行优化组合和筛选，通过各种统计方法寻求作物病症与特征对应关系。建立图像特征与病种、病虫害程度的关系模型，利用模式识别方法进行棉花病虫害种类及程度的模式识别检测试验[12]。

4展望

棉花是中国和湖北省主要的经济作物，长期以来棉田病虫害对棉花生产带来极大危害，因此，对棉花病虫害防治方法与技术的研究至关重要。对棉花作物病虫害防治的各种方法中，传统的方法是依靠人们的经验确认病虫害的发生时间、区域、种类和发生程度等，且是进行手工或机械喷洒农药，这不仅劳动效率低，劳动成本高，而且常规施药技术会带来农药利用率低下、水资源浪费、环境污染、农药在作物及其产品中的残留导致对人类的危害等。所以，结合光谱技术和计算机技术开展棉花病虫害的识别诊断研究具有重要的学术意义和经济价值。

参考文献：

[1]周小燕，史岩，李道亮，等.棉花病虫害诊断专家系统的研究与设计[J].莱阳农学院学报，2005，22（1）：9-11.

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[10]杨万利，沈明霞，严君.红外图像处理技术在苹果早期淤伤检测中的应用[J].计算机工程与设计，2010（1）：149-152.

常见的生物识别技术范文篇2

近年来，越来越多的个人、消费者、公司和政府机关都认为现有的基于智能卡、身份证号码和密码的身份识别系统很繁琐而且并不十分可靠。生物识别技术为此提供了一个安全可靠的解决方案。生物识别技术根据人体自身的生理特征来识别个人的身份，这种技术是目前最为方便与安全的识别系统，它不需要你记住象身份证号码和密码，也不需随身携带像智能卡之类的东西。

生物识别技术[1]包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术、指纹识别技术[2]。其中指纹识别技术是目前最为成熟的、应用也最为广泛的生物识别技术。每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，这些指纹特征是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。

指纹识别系统[3]是通过指纹采集、分析和对比指纹特征来实现快速准确的身份认证。指纹识别系统框图如图1所示。

指纹采集器采集到指纹图像后，才能被计算机进行识别、处理。指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度，因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。本文着重分析比较不同的指纹采集技术及其性能。

1指纹采集技术

指纹的表面积相对较小，日常生活中手指常常会受到磨损，所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。当今所使用的主要指纹采集技术有光学指纹采集技术，半导体指纹采集技术和超声波指纹采集技术。

1．1光学指纹图像采集技术

光学指纹采集技术是最古老也是目前应用最广泛的指纹采集技术，光学指纹采集设备始于1971年，其原理是光的全反射(FTIR)。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由CCD去获得，反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃照射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到CCD，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在CCD上形成了指纹的图像。如图2所示。

光学采集设备有着许多优势：它经历了长时间实际应用的考验，能承受一定程度温度变化，稳定性很好，成本相对较低，并能提供分辨率为500dpi的图像。

光学采集设备也有不足之处，主要表现在图像尺寸和潜在指印两个方面。台板必须足够大才能获得质量较好的图像。潜在指印是手指在台板上按完后留下的，这种潜在指印降低了指纹图像的质量。严重的潜在指印会导致两个指印的重叠。另外台板上的涂层(膜)和CCD阵列随着时间的推移会有损耗，精确度会降低。

随着光学设备技术的革新，光学指纹采集设备的体积也不断减小。现在传感器可以装在6x3x6英寸的盒子里，在不久的将来更小的设备是3x1X1英寸。这些进展得益于多种光学技术的发展。例如：可以利用纤维光束来获取指纹图像。纤维光束垂直照射到指纹的表面，他照亮指纹并探测反射光。另一个方案是把含有一微型三棱镜矩阵的表面安装在弹性的平面上，当手指压在此表面上时，由于指纹脊和谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面，这些变化通过三棱镜光的反射而反映出来。

美国DigitaIPersona[4]公司推出的U．are．U系列光学指纹采集器是目前应用比较广泛的光学指纹采集器，主要用于用户登录计算机windows系统时确认身份，它集成了精密光学系统、LED光源和CMOS摄像头协同工作，具有三维活体特点，能够接受各个方向输入的指纹，即使旋转180度亦可接受，是目前市场上最安全的光学指纹识别系统之一。U．are．U光学指纹采集器按照人体工学设计，带有USB接口，是用户桌面上紧邻键盘的新型智能化外设。

1．2半导体指纹采集技术

半导体传感器是1998年在市场上才出现的，这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像。

(1)硅电容指纹图像传感器

这是最常见的半导体指纹传感器，它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合大约100，000个电容传感器，其外面是绝缘的表面。传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极，传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同(纹路深浅的存在)，导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，测量并记录各点的电容值，就可以获得具有灰度级的指纹图像。

(2)半导体压感式传感器

其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，它们依照指纹的外表地形(凹凸)转化为相应的电子信号，并进一步产生具有灰度级的指纹图像。

(3)半导体温度感应传感器

它通过感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同就可以获得指纹图像。

半导体指纹传感器采用了自动控制技术(AGC技术)，能够自动调节指纹图像像素行以及指纹局部范围的敏感程度，在不同的环境下结合反馈的信息便可产生高质量的图像。例如，一个不清晰(对比度差)的图像，如干燥的指纹，都能够被感觉到，从而可以增强其灵敏度，在捕捉的瞬间产生清晰的图像(对比度好)；由于提供了局部调整的能力，图像不清晰(对比度差)的区域也能够被检测到(如：手指压得较轻的地方)，并在捕捉的瞬间为这些像素提高灵敏度。

半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像，分辨率可高达600dpi，并且指纹采集时不需要象光学采集设备那样，要求有较大面积的采集头。由于半导体芯片的体积小巧，功耗很低，可以集成到许多现有设备中，这是光学采集设备所无法比拟的，现在许多指纹识别系统研发工作都采用半导体采集设备来进行。早期半导体传感器最主要的弱点在于：容易受到静电的影响，使得传感器有时会取不到图像，甚至会被损坏，手指的汗液中的盐分或者其他的污物，以及手指磨损都会使半导体传感器的取像很困难。另外，它们并不象玻璃一样耐磨损，从而影响使用寿命。随着各种工艺技术的不断发展，芯片的防静电性能和耐用度得到了很大的改善。

从Lucent公司中分离出来的Veridicom[5]公司，从1997年开始就一直致力于半导体指纹采集技术的研发，迄今已研制出FPSll0、FPS200等系列CMOS指纹传感器产品，并被一些商品化的指纹识别系统所采用。其核心技术是基于高可靠性硅传感器芯片设计。

FPS200是Veridicom公司在吸收了已广泛应用的FPSll0系列传感器优点的基础上，推出的新一代指纹传感器。FPS200[6]表面运用Vefidicom公司专利技术而制成，坚固耐用，可防止各种物质对芯片的划伤、腐蚀、磨损等，FPS200能承受超过8KV的静电放电(ESD)，因此FPS200可应用在苛刻的环境下。该产品融合了指纹中不同的脊、谷及其他纹理信息，通过高可靠性硅传感器芯片的图像搜索功能，无论手指是干燥、潮湿、粗糙都可以从同一手指采集的多幅指纹图像中选择一幅最佳图像保存在内存中，指纹分辨率可达500dpi，大大降低了传感器芯片识别过程中误接受与误拒绝情况的发生。

FPS200是第一个内置三种通信接口的指纹设备：USB口、微处理器单元接口(MCU)、串行外设接口(Sn)，这使得FPS200可以与各种类型的设备连接，甚至不需要外部接口设备的支持。外形封装尺寸(24mmx24mmxl．4mm)，只有普通邮票大小。由于它的高性能、低功耗、低价格、小尺寸，可以很方便地集成到各种Intemet设备，如：便携式电脑、个人数字助理(PDA)、移动电话等。

1．3超声波指纹图像采集技术

Ultra-scan公司首开超声波指纹图像采集设备产品先河。超声波指纹图像采集技术被认为是指纹采集技术中最好的一种，但在指纹识别系统中还不多见，成本很高，而且还处于实验室阶段。超声波指纹取像的原理是：当超声波扫描指纹的表面，紧接着接收设备获取的其反射信号，由于指纹的脊和谷的声阻抗的不同，导致反射回接受器的超声波的能量不同，测量超声波能量大小，进而获得指纹灰度图像。积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波取像影响不大。所以这样获取的图像是实际指纹纹路凹凸的真实反映。

总之，这几种指纹采集技术都具有它们各自的优势，也有各自的缺点。超声波指纹图像采集技术由于其成本过高，还没有应用到指纹识别系统中。通常半导体传感器的指纹采集区域小于1平方英寸，光学扫描的指纹采集区域等于或大于1平方英寸，可以根据实际需要来选择采用哪种技术的指纹采集设备。

表1给出三种主要技术的比较。

表1

光学扫描技术半导体传感技术超声波扫描技术成像能力干手指差，汗多的和稍胀的手指成像模糊。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。干手指好，潮温、粗糙手指亦可成像。易受皮肤上的脏物和油脂的影响。非常好成像区域大小中分辨率低于500dpi可高达600dpi可高达1000dpi设备体积大小中耐用性非常耐用较耐用一般功耗较大小较大成本较高低很高2应用与发展前景

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论文摘要:指纹技术与dna技术同属个人识别技术,两者相比各有优势。dna技术有着明确的误差估计,结论较为客观,准确率较有保障,而且所需检材来源广泛、量微,易于获得。指纹技术有着更强的个体识别能力,对个体不具有侵害性,更易于接受,是目前最便捷且应用最广泛的个人识别技术。因此,这两种识别技术都是当今司法办案不可缺少的,都应得到高度重视。

dna技术自1985年问世以来,由于其所具有的独特优势,在司法办案中发挥着越来越突出的作用。因此,有人对它倍加推崇,认为它比指纹技术更优越,可以用它取代指纹识别技术。对此观点,笔者不敢苟同,遂抛出拙见,欲与同仁共同探讨。

一、指纹技术与dna技术简介

指纹是人的手指表面皮肤上的乳突纹线,于胎儿3、4个月时开始出现,到6个月时完全形成,此后在个体的一生中基本保持不变,具有很强的稳定性。而且当手接触物体时会在物体表面留下这些乳突花纹的印迹。许多科学家已证明世界上存在两个指纹相同的人的几率非常小,几乎是不可能的[1],即指纹具有高度的个体差异性。因此指纹学家们利用指纹来识别个人。具体地说,就是分析比对两枚指纹中乳突纹线的细节特征,如果它们的数量、种类、形态、大小、位置关系等都一致,则认定它们是同一枚指纹,或是有着同一来源,为同一根手指所留。

指纹技术应用已有100多年的历史了。1892年阿根廷法庭首次正式认可了指纹的证据地位,接着各国警方和法庭也陆续采用了指纹技术鉴别现场犯罪手印的遗留人。美国指纹专家认为指纹是“标准的法庭证据”[2],前苏联犯罪对策学家认为,“由于指纹术的发展,犯罪对策学才立于巩固的基础上”[3]。至今,指纹作为识别人身的手段,不仅在司法界有着“证据之首”的美誉,而且已为全世界的安全、科研、金融、医疗、旅游、教育等各行各业所广泛应用。

dna是deoxyribonucleicacid的缩略形式,意为脱氧核糖核酸,它是细胞的基本遗传物质,存在于人体细胞内部。dna分子是由四种碱基按一定顺序连接起来的两条长链。对于每个人,四种碱基的排列顺序都不相同。根据这一特点,科学家利用一种能够识别碱基排列顺序,并在该位置将dna长链切断的“限制性内切酶”将dna切成一个个片段。由于每个dna中的碱基排列顺序和重复数目都不一样,用同样的限制性内切酶切出的每一个dna片段的长度都不相同。利用电泳法把这些dna片段按长短进行排序,并进行染色或放射显影,使排列出的片段具有可视性,就得到了具有高度的个体特异性的可辨别图像[4]。正因它具有非常强的不同个体间的差异性和同一个体内的一致性,能够被用于识别个人,而且是一种人眼可见的图像,所以这项技术的发明人英国的jeffereys教授称其为“dna指纹”[5]。这种制作dna图谱的技术被称为限制片段长度多样性技术(restrictionfragmentlengthpolymorphisms),简称为rflp技术或dna指纹技术。随后,dna鉴定技术在此基础上又增添了vntr-pcr法、str-pcr法、mvr-pcr法、pcr测序法等[6]。

自从发现指纹以来,dna技术称得上是在法庭科学和证据学方面最具有突破性的技术。1985年jeffereys发明了dna技术,并成功地完成一项亲子鉴定。以后,对dna技术的研究与应用迅速蓬勃发展起来。现在,它可以利用血液(斑)、精液(斑)、唾液(斑)、毛发、骨骼、指甲、牙齿、组织和器官、烟头等物品进行个体识别、亲子鉴定、性别鉴定、血型鉴定、种属鉴定、单亲亲权鉴定等[6]。dna技术使亲权鉴定和个人识别由过去的只能否定不能肯定,变成现在的既能否定也能肯定,解决了现实中很多过去无法解决的问题。指纹技术和dna技术在当今社会都发挥着不可缺少的重要作用。

二、dna技术的优势

(一)dna鉴定在个人识别方面有着明确的误差估计和较高的准确率,因而更可靠。现代生物识别技术有很多种,如指纹识别、声纹鉴定、dna鉴定、视网膜识别、虹膜识别、面部识别、唇纹识别等,应用较多的是指纹识别和dna识别。其中dna技术应是最重要的识别方法,因为dna是决定一个人的人体特征和行为特征的最根本的因素[7]。因此,从理论上说dna技术所能实现的个人识别率应当是很高的。而且dna技术能明确计算出鉴定结论的误差估计值,因而能减少由鉴定人的主观臆断导致的失误,非常客观。如在jeffreys首次用dna技术所做的亲子鉴定中,鉴定结论出错的概率是7×10-22,可以说dna鉴定结论的准确率几乎为100%[8]。

相反,指纹鉴定因不能量化说明结果的误差率,而显得不够客观,再加上近来由鉴定失误导致的错案的接连出现,使人不禁为其准确性和可靠性担忧[9]。目前对指纹技术的误差率的研究都是零星的、局部的。如对3000枚随机抽取的指纹进行观察,发现两枚指纹的中心、三角部位或系统等局部区域细节特征相似的情况较常见,其中三个特征相似的有5对,四个特征相似的有4对,五个特征相似的有2对,甚至七、八、十个特征相似的也有[10]。美国指纹专家曾在大会发言中说:“我们在指纹比对中发现来自于两个人的指纹有四个特征点匹配是常有的事”[11]。到目前为止,还没有系统的统计学方面的研究能充分说明两个人具备共有某一数量偶合点的指纹的可能性究竟有多大。因为这样的研究涉及的因素、指标和统计方法都非常复杂,样本量又很庞大,比如要考虑到如何全面包括选取对象的种族、民族、部落、地区等因素,所有细节特征的种类、形态、位置、大小等因素,使用哪种数据统计模型,样本要多大才具备代表性等等,所以至今还没有人进行。而只有经过全面系统地研究的结果才能被用做评估指纹鉴定结论客观性的统计学基础。缺少这种统计数据基础给相似指纹和变形或模糊指纹的鉴定带来较多麻烦,增大了鉴定失误的可能性。所以,有人把dna技术看作目前最可靠的个人识别技术。

(二)dna技术所需检材来源广泛、量微,易于获得。凡是人体细胞,只要含有一定量的大分子dna,都可用于dna分析。如血液(斑)、血痕、毛发、肌肉、骨髓、精液(斑)、牙髓及精液与阴道分泌物形成的混合斑、唾液(斑)等,甚至陈旧的、发霉长菌的、经其他方法处理失败的生物斑痕或组织,都可提出dna用于分析。而且,由于能应用pcr技术将检材中的dna片段无限扩增,所以dna技术只需微量检材就能解决问题,有时甚至只需几个人体细胞。上述两方面情况就意味着要获得dna鉴定所需的检材是比较容易的。

这一优势恰恰是包括指纹技术在内的其他任何生物识别技术所不可比拟的。从现场发现和提取的指纹常常是残缺、模糊、变形或重叠的指纹。由于这些指纹中的纹线特征不够稳定、可靠,甚至无法辨别,对它们的比对分析将难以进行,即便得出结论,也不够可靠、准确。事实上指纹鉴定的失误大多出现在此类情况下。

另外,人们还针对指纹识别技术鉴定潜在指纹的适当性问题提出了质疑,即从现场提取到的指纹图像与遗留人的真实指纹图像的相似性问题难以科学地解决。现场上的指纹大多是不易发现的潜在指纹,需要进行染色显现和胶粘、吸附等转印处理。“在指纹的转印过程中,沉积物(附着物)、变形和色素的综合作用影响了独特的摩擦嵴纹被完全地可靠地转印的能力,手印显现操作的技术水平也可能影响指纹的反映质量,损害指纹的独特性”。“在显现潜在指纹的过程中,压力、变形、染色剂、物屑和操作处理带来的变化影响了原来的摩擦嵴纹的细节特征的稳定性。”[12]因此,有人指出运用各种处理方法从现场提取到的二维指纹图像与原来的指纹在细节特征上是否一致,值得怀疑。而将这样的潜在指纹图像用于比对的做法,其科学性令人担心。因此有人认为,相比之下dna技术有着更为广阔的应用前景。

三、指纹技术的优势

(一)指纹技术有着更强的个体识别能力。孪生子的指纹是互不相同的,是可以识别的。但是,dna技术存有“盲点”,不能识别同卵双(多)胞胎中的个体。同卵双(多)胞胎是由同一个受精卵复制和发育而成,他(她)们身体细胞内的dna分子是相似的,而目前的dna技术不能将某一个体从他(她)们中间识别出来。在这种情况下指纹技术有着明显而独特的优势。

这是由指纹与dna之间的关系所决定的。首先,dna是影响指纹形成的首要因素[13]。这包括两方面含义:一是dna的差异是指纹特异性的主要来源。来自于父母的dna不同,它们重新排列组合后又发生新变化,使个体的dna分子的结构基因和调节基因不同,并最终影响指纹形态,使其在亲代与各子代间表现出差异。dna分子链上指纹遗传基因和基因位点不同使指纹在种族、地区、性别等因素间出现差异。所以说,人类的基因可以被遗传,但指纹图像不遗传。个体的指纹各不相同。二是个体所有细胞内部的dna保持一致是指纹终生稳定不变的根本原因。分子遗传学指出dna的两条单链之间是由千万个氢键固定起来的,使dna分子的组成和结构具有高度的稳定性,能保持自身不变。即使dna受到损伤,细胞中有四种酶能对被损伤改变部位进行切除、修补、复制还原[14]。

dna分子稳定地控制着指纹的形成:从胎儿6个月形成指纹时起,经出生到死后皮肤真皮层腐烂时止,指纹的具体形态特征始终不变。即使个体手指表面受伤,纹线暂时被破坏,但伤愈后指纹又恢复如初。其次,指纹的形成不仅受多种遗传基因控制,而且受胚胎理化环境因素、生物因素、变异及其他随机因素的影响。指纹的最终形态表现出多基因、多因素的累加效应[15]。这种累加效应是指纹个体差异性的另一重要来源。这已被多次研究证实。对400对孪生子指纹的研究发现他们的指纹虽在纹型上有相似性(46.04%),但具体形态却互不相同[16]。对48对双胞胎指纹研究的结论与此一致[17]。所以说,dna不仅本身是个体最内在的、最根本的特征物质,也是个体指纹特征的决定性因素;而指纹是dna外化的性状,是包括dna在内多种因素作用的结果。因此,比较起来,dna的稳定性更强,而指纹的个体差异性更高。

(二)指纹技术的非侵害性使其更易于被推广应用。指纹的遗留、显现、采集与比对不会对个体的身体、精神及权益造成损害,容易被个体接受和机构推广应用。到目前为止,世界各国都建立了包括几百万人指纹的巨大数据库,并正在努力实现各级数据库间的远程查询比对。

dna样本的采集与保存活动面临的法律侵权问题使dna技术的推广应用受到限制。对dna样本的采集与保存活动被指责侵犯公民的隐私权和其他合法权益,违反了纽纶堡法典,美联邦关于人体实验的“基本伦理原则”和“知情同意”原则。要制作dna图谱和建立dna数据库就要采集dna样本,而采集与保存dna样本就可能对被采集者的私人隐私和其他正当权益造成侵害。因为dna存储有大量有关生理状况与行为模式信息,如所有者是否带致病基因、有无暴力倾向等,这些信息在保险、职业、名誉、婚姻等事情中都是非常重要的。纽纶堡法典和美联邦有关法律规定这方面的实验研究必须在不违背伦理道德原则和受试者知情同意的基础上进行。在美国已有很多人对此提出异议,并拒绝向政府和机构提供dna样本[18]。

(三)指纹技术是目前最方便、迅捷的生物识别技术。指纹外露于手指皮肤表面,易于转印,且比较直观,肉眼可见。指纹既可凭肉眼比对,也可借助于比对显微仪进行,都比较方便、快速。因此它是实际应用最广泛的个人识别技术。

而dna技术所需试验材料、设备与程序复杂,费用昂贵,费时费力。而且在做任何一项dna鉴定之前,必须对受测试者所在群体进行dna调查统计,了解其等位基因的数目与分布频率。因为只有在此基础之上,才能精确计算出受测试者的dna同一的概率,进而得出判断结论。

因为人类基因组中str基因座的数目庞大,基因座本身的多态性及遗传稳定性不同,而且它在不同种族、人群间的等位基因分布不同。所以,选择哪些基因座作为比对的遗传标记,如何统计等位基因的分布频率是做dna鉴定前必须解决的关键问题。这就使建立dna数据库成为不可缺少的前提条件。目前尚未建立起涵盖各类人群的标准化的dna数据库,而且dna数据库的建立将面临许多的法律问题和技术及经费问题,难以解决。所以,目前此项技术的应用受到限制,其巨大效应不能充分发挥。

从上述分析可以看出,指纹技术与dna技术都是个人识别技术,它们各有优势,在司法、安全、医学、教育和考古等领域都发挥着巨大的作用。同时它们又都存在一些问题,使其作用受到限制,无法发挥。因此缺少了其中任何一项,都会对以上领域乃至整个社会产生重大影响。所以说,它们都是当今社会不可缺少的识别技术。盲目地一味夸大一种技术的作用,而废弃另一种技术的做法,极不理智,也是非常不现实的。

[参考文献]

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[5]布瑞恩·英尼斯.身体证据[m].舒云亮译.沈阳:辽宁出版社,2001.154.