Автоматизированная дактилоскопическая информационная система (АДИС ПАПИЛОН) в России

На момент проверки (1985 год) картотека Информационного центра УВД Челябинской области составляла около 350000 дактилокарт, 3,5 миллиона отпечатков пальцев рук. Проверка заняла два месяца. Основная группа экспертов состояла из трёх человек (двое из них — прикомандированные в Челябинск сотрудники КГБ из Москвы), кроме того периодически привлекались несколько человек для усиления группы.                            Работа осуществлялась практически без выходных.

Десятипальцевая дактилоскопическая картотека практически  не используется для проверки следов рук с мест преступлений (которые  обычно являются одиночными). Имеются  также сложности при установлении личности трупов, когда по каким-то причинам (например, вследствие гнилостных изменений) не удаётся получить отпечатки нескольких пальцев рук.

Необходимость автоматизации процесса поиска следов с мест преступлений по 
значительным массивам дактилокарт совершенно очевидна. Без этого использование 
возможностей дактилоскопии в работе по раскрытию и расследованию преступлений 
заключается в основном лишь в подтверждении, т. е. в установлении идентичности 
изъятых с места преступления следов с отпечатками рук конкретного человека или 
выборки его из ограниченного количества подозреваемых лиц. Большего дактилоскопия, без её существенной автоматизации, дать не может. Многотысячные массивы дактилокарт подучетных лиц и следов рук с мест преступлений будут продолжать лежать «мертвым» грузом. 
              Эффект от внедрения АДИС Папилон состоит в том, что, благодаря автоматизации дактилоскопических учетов, раскрываются именно те преступления, перспективы раскрытия которых оперативным путем минимальны. 
              Наиболее оптимальный вариант организации АДИС явился следующий - 
структура единой областной дактилоскопической системы состоит из центральной 
станции и связанных с ней пользовательских станций, установленных в ГОРОВД.            Обе базы данных (БД дактилокарт и БД следов с мест преступлений) хранятся и обрабатываются на центральной станции, программно-технические возможности которой позволяют работать с большими объемами информации. Пополнение баз данных и запросы на проведение поисков по всей региональной БД или по какой-либо ее 
части производятся непосредственно из ГОРОВД. В связи с большим объемом 
графической информации с изображениями отпечатков пальцев рук подучетных лиц, 
что может затруднить их передачу по модемным линиям связи, эту информацию можно 
передавать на центральную станцию записанной на стриммерные кассеты или 
лазерные диски. Рекомендательные списки, полученные после поиска, передаются в 
ГОРОВД по модемной связи для окончательного этапа сравнивания. 
               В крупных, географически удаленных от областного, краевого центра городских отделах внутренних дел оборудованы кустовые АДИС для своих регионов, но с обеспечением возможности работы с единой краевой (областной) АДИС по обмену базами данных и по проведению запросных поисков. Двухуровневая организация автоматизированной дактилоскопической системы с единой общекраевой (общеобластной) базой данных позволила получить следующие преимущества перед разрозненно, автономно действующими дактилоскопическими системами в ГОРОВД области: 
обеспечивается наибольшая эффективность использования дактилоскопических учетов, в раскрытии преступлений, особенно межрегиональных. Постоянная техническая и организационная связь подразделений АДИС в ГОРОВД с центральной АДИС, а через неё и друг с другом, позволяет обеспечить выработку и поддержание общих подходов в той части работы по обработке дактилоскопической информации, которая выполняется сотрудниками групп АДИС. От этого в немалой степени зависит четкость и качество работы единых дактилоскопических учетов. 
                 Уменьшается объем технических средств, необходимых ГОРОВД для обеспечения работы АДИС. В ГОРОВД был бы минимум технических средств: сканер для считывания отпечатков на дакгилокартах и следов рук с мест преступлений, «живой сканер» для бескраскового дактилоскопирования подучетных лиц, компьютер для обеспечения обмена информацией с центральной АДИС и просмотра рекомендательных списков, модем, стриммер и часть других периферийных устройств, необходимых для работы АДИС ГОРОВД. Отпадает необходимость в жестких магнитных дисках для хранения и работы с базами данных; в оптических дисках или большом количестве стриммерных кассет для создания страховочных архивных копий; в процессорах, ведущих обработку дактилоскопической информации и обеспечивающих поиск по базам данных;                       в компьютере, используемом как сервер для обеспечения сетевого режима работы полного комплекса АДИС в ГОРОВД. Соответственно снижается и стоимость программно-технических комплексов АДИС, устанавливаемых в ГОРОВД; уменьшаются размеры площадей, необходимых для их размещения. Концентрация основной части наиболее сложных и дорогостоящих средств вычислительной техники в одном месте - на центральной АДИС - значительно упрощает задачу по их техническому обслуживанию и 
обеспечению их нормального, бесперебойного функционирования. 
                Такая организация работы, когда вся обработка дактилоскопической информации (кодирование и проведение запросных поисков) для всех ГОРОВД производится на центральной станции, имеется возможность более полно и равномерно использовать средства вычислительной техники, собранные в единый комплекс, вплоть до организации работы круглосуточно и без выходных. Это позволяет обеспечить наиболее полную отдачу вложенных в них денежных средств. Центральная станция работает в дежурном режиме, что позволяет оперативно отрабатывать любые срочные запросы по всей областной базе данных.

В 2002 году начато выполнение федеральной программы автоматизации дактилоскопических учётов. АДИС ПАПИЛОН используется во всех регионах России. Весь массив дактилокарт Главного информационно-аналитического центра МВД РФ (более 20-ти миллионов дактилокарт) переведён на автоматизированный режим работы.   В настоящее время проверка одного следа по этому массиву занимает всего несколько десятков минут, что экономит тысячи человеко-часов рабочего времени. В 2007 году в базе данных системы «Папилон» содержалось около 32 миллионов дактилокарт. 
 
 
 

4. Стандарты на отпечатки пальцев и принципы сравнения отпечатков по локальным признакам

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, т. к. все отпечатки получают с одного устройства.

 (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 9х9 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 два (минуция «раздвоение»).

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, конечно, границы выбирают и поменьше…) 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 K=(D*D*100 %)/(p*q), где D — количество совпавших минуций, p — количество минуций эталона, q — количество минуций идентифицируемого 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 идентификации  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 %)).

5. Другие  подходы к сравнению  отпечатков

Несмотря на то, что описанный выше принцип  сравнения отпечатков обеспечивает высокий уровень надёжности, продолжаются поиски более совершенных (и скоростных) методов сравнения, как например система AFIS (Automated fingerprint identification systems — системы автоматизированной идентификации отпечатков пальцев). В Белоруссии АДИС (автоматическая дактилоскопическая индефикационная система). Принцип работы системы: по бланку «забивается» дактилокарта, личная информация, отпечатки пальцев и ладоней. Расставляются интегральные характеристики (еще приходится редактировать вручную плохие отпечатки, хорошие система расставляет сама) рисуется «скелет» т.е система как бы обводит папилярные линии, что позволяет ей в будущем определять признаки весьма точно. Дактилокарта попадает на сервер где и будет храниться всё время.

«Следотека» и «след». «След» — отпечаток пальца, снятый с места происшествия. «Следотека» — база данных следов. Как и дактилокарты, так и следы отправляются на сервер и автоматически идет сравнение его с дактокартами, как уже имеющимеся, так и нововведенные. След находится в поиске, пока не найдется подходящая дактилокарта. Далее работой занимаются криминалисты. 

6. Практические  вопросы выбора эффективной АДИС

 
 При оценке результативности работы АДИС обычно используют две  важнейшие взаимосвязанные характеристики – надежность и точность поиска.

Надежность  – процент найденных «родных» пар от истинного их количества в БД.

Точность (избирательность) – процент пар, ложно определенных системой как «родные», от общего количества сравнений.

Еще одной важной характеристикой АДИС является быстродействие – количество сравнений в единицу времени. При одинаковых показателях надежности и точности система с низким быстродействием является более дорогой в эксплуатации – требует большего количества вычислителей, более мощного оборудования, увеличиваются затраты на монтаж и обслуживание комплекса.

Поскольку перечисленные  параметры являются основными показателями поисковых способностей АДИС, ими  же оперируют при сравнении эффективности  различных систем.

Важно понимать, что количественные значения надежности и точности не являются постоянными  величинами для одной и той  же АДИС, поскольку, как видно из определений, характеризуют результат  поисков на каком-то одном конкретном массиве дактилокарт и следов. Не каждая система, получившая высокие показатели, например, при проведении тестовых испытаний, способна подтвердить эти результаты при работе с реальными дактилоскопическими массивами, содержащими сотни тысяч, а тем более миллионы и десятки миллионов дактилокарт.

В практике нашего предприятия присутствует целый  ряд случаев установки АДИС ПАПИЛОН  в подразделения МВД, где к  тому времени дактилоскопический учет уже был автоматизирован с  помощью АДИС других фирм-производителей. В БД АДИС ПАПИЛОН с бумажных носителей  были введены те же массивы дактилокарт и следов, с которыми на момент замены работали АДИС-предшественники. В каждом случае при проведении поисков на АДИС Папилон были дополнительно установлены сотни лиц, дактилокарты которых присутствовали в замененной АДИС, но не были найдены системой.

Необходимо заметить, что замененные АДИС имеют высокие  заявленные производителем показатели надежности и точности поиска, ранее  эти системы неоднократно тестировались  и показывали на испытаниях достаточно хорошие результаты.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что единожды полученные высокие количественные характеристики надежности и точности поиска не могут служить критерием  оценки качества и эффективности  АДИС. Надежным показателем эффективности  системы является стабильность значений ее поисковых характеристик на БД любого объема и устойчивость к искажениям объективного (различия качественного состава дактилоскопических массивов) и субъективного (влияние человеческого фактора) характера.

Истинно эффективная  АДИС – надежная система с высокой  избирательностью поиска, показывающая стабильные и устойчивые результаты на БД любого объема и качества массивов, передающая на просмотр эксперту рекомендательные списки, требующие минимального количества времени для их просмотра и  принятия окончательного решения.

Стабильность  и устойчивость поисковых  характеристик АДИС зависит от целого ряда факторов: способности системы одинаково надежно работать с дактилоскопическими изображениями различного качества, способа описания папиллярного узора и избирательности алгоритмов сравнения, совершенства алгоритмов распознавания и кодирования папиллярного узора, степени автоматизации всех этапов обработки дактилокарт и следов.

Остановимся на каждом из этих факторов.

1. Чем выше качество вводимых в АДИС дактилокарт и следов, тем они более информативны, тем точнее работает вычислитель системы, обеспечивая высокую избирательность поиска и уменьшение размеров рекомендательных списков. Но, к сожалению, значительная часть реальных массивов бумажных дактилокарт и подавляющая доля следов, изымаемых с мест преступления, не попадают в категорию высококачественной исходной информации. Можно, конечно, исключить влияние этого фактора и совсем не вводить в АДИС следы и дактилокарты низкого качества, но на практике такой путь означает снижение надежности системы на процент «отбракованных» объектов и является неприемлемым. Система должна уметь работать со сложными объектами, в том числе со следами неизвестного масштаба.