荧光显现在指纹拍照中的滤光镜选择

邱立欣，张明辉

（1.天津市公安局物证鉴定中心，天津 300061；2.天津市滨海新区公安局开发分局，天津 300061）

荧光显现在指纹拍照中的滤光镜选择

邱立欣，张明辉

（1.天津市公安局物证鉴定中心，天津 300061；2.天津市滨海新区公安局开发分局，天津 300061）

有些在普通光线，甚至紫外线激发下看不清或看不见的痕迹物证，利用荧光指纹粉末在指纹上的吸附能力大于客体表面的吸附能力，进行指纹荧光粉刷显，并利用荧光指纹粉末在长波紫外线下有较强的荧光性质。因此，在紫外光源激发下，利用数码相机拍摄物体时，能否使用UV镜，使用在紫外光源激发下有荧光现象的滤光镜时，加用UV镜的曝光情况以及背景与痕迹在紫外光源激发下同时有荧光时，如何选择单通滤光镜来记录指纹使之成为最优的拍摄方法就成为极富意义的研究课题。

长波紫外光源；荧光指纹粉末；通滤光镜

引言

荧光摄影技术是刑事摄影中重要的技术手段，数码照相机在刑事摄影中的大量使用，使原来较复杂的荧光摄影操作变得更为便利，运用数码相机进行荧光摄影，可以解决许多实际工作中的问题。

许多物质对紫外线显示的一种特殊反应是发生荧光，它们受到紫外线的辐射后，会发出一种可见荧光。紫外线荧光摄影就是要记录并加强其荧光影像，增大其反差，从而在物证鉴定工作中发挥重要作用[1]。

滤光镜不仅大量应用与普通摄影中，在特种摄影工作中，滤光镜的使用也尤为重要。在刑事摄影的实践工作中，紫外荧光技术得到大量的使用，这就对滤光镜的选择问题提出了新的要求，当背景、痕迹、以及滤光镜在紫外光源激发下存在荧光现象时怎样处理，如何能得到最佳拍摄效果，是笔者在此次实验中的重要研究课题。在实际工作中遗留在现场的痕迹物证多种多样，且存在各式各样的难度这就要求我们要在大量实践工作中找出妥善处理的方法。只有掌握了荧光摄影以及拍摄过程中滤光镜的使用方法，才能够很好地解决工作中的难题，进一步完善物证检验工作的技术体系。

一、技术原理及方法

（一）滤光镜原理及种类

1．原理

滤光镜在摄影上所起的最主要的物理性质作用是：滤光镜对某些色光有使其通过的能力和对某些色光有阻止（吸收）通过的能力[2]。

2．按照滤光镜的分光透过曲线形状分类

（1）带通型滤光镜

是指能透过一定波长范围内的色光，吸收这个波长范围以外的光波，其分光透过曲线形状如图1.1.2.1.1所示。这类滤光镜的分光透过曲线或密度都有明显的波峰或波谷，其透过波段类似一个带，因此称为带通型滤光镜。

（2）截止型滤光镜

截止型滤光镜又分为长波通滤光镜和短波通滤光镜两种不同种类。它们的最重要参数是截止波长λp、最大透过率和截止透过率。长波通滤光镜能透过波长大于λp的光波，吸收波长小于λp的光波，其光谱透过率曲线形状如图1.1.2.2.1所示。在这里，长波通的意思就是长波长的波长可以通过滤光镜。短波通的滤光镜的透过性能正好与长波通滤光镜相反，它能够透过波长短于λp的光波并且吸收波长大于λp的光波，其分光透过曲线形状见图1.1.2.2.2

（二）荧光的基础知识

1．光致发光

在光辐射的激发下，使某些物质发光的现象叫做光致发光。当激发的能量停止而被激发产生的光也立刻熄灭的光（10-7至10-8秒）叫做荧光。

光致荧光具有一个显著的特点，即荧光的波长总是长于激发光的波长，荧光的能量也总是小于激发光的能量[3]。

2．紫外荧光

在紫外线作用下致使物质发光，叫做紫外线光致荧光，简称“紫外荧光”。

紫外荧光摄影的基本原理在紫外线辐射激发下，有一些物质能在可见光区发射荧光和近红外区间发射荧光，用摄影方法在感光材料上记录物体在紫外线激发下发射的荧光亮度分布，可见荧光被再现为不同程度的影调或色调的分布。[4]有些物质在长波紫外线照射下有较强的可见荧光，有些物质在短波紫外线照射下荧光较强。另外在紫外线辐射下，有些物质本身并无荧光效果，而且客体与其表面痕迹之间无明显差异，但经过一些化学药品处理后，经紫外线激发辐射其表面，可发射出较强的紫外荧光，使用摄影方法可以记录下紫外二次荧光影像，用以比较鉴定之用。正是由于物体在紫外线的激发下发光的能力和强度不同，用摄影的方法把这种不同记录下来，这就是紫外荧光摄影的理论基础。如在可见光照射下色调相近的物质，它们中的一部分在紫外线照射下显示较强的荧光，而另外一部分有微弱的荧光或完全不显示可见荧光，于是它们有可能在紫外荧光摄影中显示出很大的荧光亮度反差，这正是物证检验领域所需要的，在紫外线辐射激发下产生的荧光有可见荧光、红外荧光。本次实验着重研究了长波紫外光源激发下产生的可见荧光。

3．斯托克斯位移

物质的光致发光遵循斯托克斯定律。因此，光致发光的发光辐射波长总是大于或等于激发光的波长。

物质吸收光的光量子能量大于或等于发射的光量子能量，这是因为分子吸收激发辐射的光量子后，跃迁到能级差正好等于吸收光量子能量的激发状态。而当受激分子从高能量状态向低能量状态跃迁时，分子可以直接跃迁回到基态，也可能经过其它能级过渡后回到基态。从激发态直接回到基态的受激分子，其光跃迁发射的光子能量等于入射光子能量。但是，那些不是直接到达基态，而是首先经过几次无辐射跃迁过渡后，然后再以光跃迁形式回到基态的受激分子，它们光跃迁发射的光子能量将小于入射光子能量。这些分子一次吸收光量子能量从基态跃迁到高能级的激发态，但其回到基态时可能分数次跃迁释放这个能量，使得每次释放的光量子能量小于其吸收的光量子能量，因此物质光致发光发射的光量子能量会小于其吸收的光量子能量。所以，发光辐射的波长必然大于或等于激发辐射的波长，大多数物质的光致发光都是这种正常的斯托克斯发光。

斯托克斯定律指出了物质发射光谱的峰值波长总是大于吸收光谱的峰值波长，即物质的发光峰值波长位置相对于物质的吸收峰值波长有一个向长波长方向的位移。这个波长位移称为斯托克斯位移如图1.2.3.1所示，其大小取决于物质分子的结构特性，不同物质有不同的位移。斯托克斯位移是光致发光的重要参数，对检验方法有很大影响。

二、实验准备及其步骤方法

（一）实验准备

1．长波365nm环型紫外灯

2．UV镜玻璃片塑料片黄色滤光镜带通滤光镜

3．翻拍架

4．尼康D3数码照相机

5．荧光粉

6．铝合金上的汗液指纹

7．红色烟盒上的汗液指纹

8．绿色烟盒上的汗液指纹

（二）实验方法步骤

1．检材的处理以及激发光源的使用

在实验过程中由于汗液指纹痕迹在紫外光源激发下产生极其微弱的荧光，达不到拍照目的，为了能够很好的拍摄，对指纹采取了荧光粉末刷显，并根据被检验痕迹发射荧光的光谱特性和检验要求，选择了长波紫外线作为激发光源，激发过程中光源尽可能靠近物体并采用均匀照明，使指纹痕迹各部分受到等强度的激发照射，从而提高激发照射强度。

2．滤光镜的选择

在拍摄过程中按照实验要求分别对滤光镜做出如下选择，对数码相机拍摄过程中UV镜使用与否所产生的效果做出比较，并增加了UV镜的替代品（玻璃片、塑料片）的使用，从而检证出玻璃片和塑料片在紫外荧光摄影中的作用。以及在黄色滤光镜被激发产生荧光现象的情况下，UV镜及替代品的使用与否的比较。在被摄客体中痕迹与背景均具有光致发光特性的情况下，根据痕迹与背景物质在荧光发射光谱上的细节差异，选择适当的窄波段单通滤色器，利用数码相机的影像即时再现功能，在拍摄过程中，把不同的滤光镜分别罩在相机前，逐个观察，择优寻找最佳滤光镜，以保证两者的光学信号形成一定的反差。

3．调焦技术

紫外荧光摄影是记录物体在可见光区的荧光，因此，紫外荧光摄影调节的焦点与可见光反射摄影的焦点是一致的。

紫外荧光摄影的焦点可以在曝光前通过物体反射的可见光进行调节，先用较强的可见光照射物体，调焦后再关闭可见光源。也可以直接用物体发射的可见荧光进行调焦，调焦点可选在比例尺上[5]。

4．曝光技术

在紫外荧光摄影中，因为紫外线激发物体发出的荧光，强度较弱，且拍照的痕迹物证较小，尤其选择窄波段单通滤光镜后，选择数码相机自动档时往往曝光不足，不能很好的反映纹线，在这种情况下就需要选择手动曝光，并利用数码照相机的影像即时再现功能，及时调整曝光量，在系列曝光中选择最佳曝光量。

三、实验结果与分析

（一）荧光摄影中滤光镜选择效果照片

1．数码相机不加UV镜与加UV镜的比较，得到不加UV镜的效果和原因

（1）铝合金上的汗液指纹拍摄

图3.1.1.1.1拍摄的是自然光下对荧光粉处理过的指纹痕迹的拍摄效果F=8 T=0.5秒

图3.1.1.1.2拍摄的是在紫外光源激发下未加UV镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.1.3拍摄的是在紫外光源激发下加UV镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.1.4拍摄的是在紫外光源激发下加玻璃片的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.1.5拍摄的是在紫外光源激发下加塑料片的效果F=2.8 T=0.5秒

（2）烟盒上的汗液指纹拍摄

图3.1.1.2.1拍摄的是荧光粉末处理后自然光下拍摄的指纹痕迹F=8 T=0.5秒

图3.1.1.2.2拍摄的是在紫外光源激发下未加UV镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.2.3拍摄的是在紫外光源激发下加UV镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.2.4拍摄的是在紫外光源激发下加玻璃片的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.1.2.5拍摄的是在紫外光源激发下加塑料片的效果F=2.8 T=0.5秒

2．滤光镜有荧光时加用UV镜及其替代品的效果比较

（1）铝合金上的汗液指纹拍摄——加UV镜与

黄色滤光镜

图3.1.2.1.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.1.2拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.1.3拍摄的是加UV镜的效果F=2.8T=0.5秒

图3.1.2.1.4拍摄的是加UV镜[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.1.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，UV镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

（2）铝合金上的汗液指纹拍摄——加玻璃片与黄色滤光镜

图3.1.2.2.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.2.2拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.2.3拍摄的是加玻璃片的效果F=2.8T=0.5秒

图3.1.2.2.4拍摄的是加玻璃片[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.2.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，玻璃片[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

（3）铝合金上的汗液指纹拍摄——加塑料片与黄色滤光镜

图3.1.2.3.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.3.2拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.3.3拍摄的是加塑料片的效果F=2.8T=0.5秒

图3.1.2.3.4拍摄的是加塑料片[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.3.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，塑料片[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

（4）烟盒上的汗液指纹拍摄——加UV镜与黄色滤光镜

图3.1.2.4.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.4.2拍摄的是加UV镜的效果F=2.8T=0.5秒

图3.1.2.4.3拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.4.4拍摄的是加UV镜[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.4.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，UV镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

（5）烟盒上的汗液指纹拍摄——加玻璃片与黄色滤光镜

图3.1.2.5.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.5.2拍摄的是加玻璃片的效果F=2.8T=0.5秒

图3.1.2.5.3拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.5.4拍摄的是加玻璃片[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.5.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，玻璃片[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

（6）烟盒上的汗液指纹拍摄——加塑料片与黄色滤光镜

图3.1.2.6.1拍摄的是不加UV镜，黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.6.2拍摄的是加塑料片的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.6.3拍摄的是加黄色滤光镜的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.6.4拍摄的是加塑料片[上]，黄色滤光镜[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.2.6.5拍摄的是加黄色滤光镜[上]，塑料片[下]的效果F=2.8 T=0.5秒

3．背景和痕迹都有荧光时，单通滤光镜的选择

图3.1.3.1拍摄的是经荧光粉处理后的效果F=5.6 T=1/8秒

图3.1.3.2拍摄的是经过紫外线激发后的拍摄效果F=2.8 T=0.5秒

图3.1.3.3拍摄的是在紫外光源激发下利用单通滤光镜拍摄的效果F=2.8 T=1秒

图3.1.3.4拍摄的是在紫外光源激发下利用单通滤光镜拍摄的效果F=2.8 T=3秒

（二）荧光摄影中滤光镜的选择效果照片综合分析

通过对实验结果的比较，发现用数码相机进行紫外荧光拍摄过程中加UV镜与不加UV镜效果是非常相近的，造成这种现象的原因就在于这种滤光镜名为吸收紫外线滤光镜，所以往往被误用于紫外荧光摄影的吸收滤波器。据紫外光谱测试，它的光谱透过性能是长波通形式，能透过370～390nm的长波紫外线，而且透过率高达70%。因此在此次实验中UV镜没有起到吸收由客体表面反射来的紫外线的作用。紫外荧光摄影记录的是可见荧光，因此数码照相机完全适用于紫外荧光摄影,同时由于数码相机的感光元件CCD/CMOS的感光能力的范围为400～1200nm，说明CCD/CMOS对紫外线特别是短波紫外线不感光，因此在用数码相机进行紫外荧光摄影时紫外线不会反射进入相机而影响可见荧光影像。所以得到的照片效果是一样的。

实验中又增加UV镜的替代品玻璃片以及塑料片的使用，其效果与上述实验的效果是一样的，造成其结果的原因就在于玻璃片和塑料片对紫外线有着很强的吸收作用，加之数码相机的感光元件对紫外线不敏感所以出现同样的结果。

为了验证玻璃片和塑料片的作用，我们尝试了选用在激发光源辐射下，本身产生荧光的黄色滤光镜，实验结果显示照片出现灰雾现象，即使加用UV镜也不能得到理想效果。在实验过程中玻璃片和塑料片的使用对实验结果没有起到很大改变，玻璃片和塑料片虽然对紫外线有着很强的吸收作用，但仍有10%～20%[1]的紫外线可以透过，在黄色滤光镜的下面加用玻璃片或塑料片虽然能够吸收大部分反射的紫外线，但仍有少量到达黄色滤光镜，使其产生荧光，从而影响了照片的效果，同样出现了灰雾现象。这就证明了，在紫外荧光摄影中选择滤光镜时，当出现滤光镜有荧光现象时，玻璃片和塑料片的使用并不能完全阻碍使滤光镜产生荧光的紫外线的透过，因此在选择滤光镜时应尽量选择不产生荧光的。在本次实验过程中又对复杂背景指纹痕迹做了研究，由于对指纹进行了荧光粉处理，所以，在紫外光源激发下只能出现背景和痕迹同时荧光或痕迹发出强烈荧光而背景没有或发出极微弱的荧光两种情况，这就给滤光镜的选择增加了难度。

当背景没有荧光或者只能发出微弱荧光时，可以选用与背景微弱荧光同色的滤光镜从而更好的反应痕迹物证，得到理想照片。

当背景和痕迹同时有荧光时普通的滤光镜已经不能起到太大作用了，在实验中由于烟盒上的汗液指纹在可见光照射下，甚至在紫外光源激发下都不能得到很好的纹线，所以运用荧光粉刷显，刷显后由于背景和指纹色泽相似，同样不能获得好的纹线。因此采用了紫外荧光摄影方法，在拍摄过程中，通过大量尝试，单通滤光镜的使用，可以得到了很好的效果。

实验证明符合该检材的单通滤光镜为90号滤光镜，发现该滤光镜的分光透过曲线有明显的波峰或波谷。主波长即单通滤光镜的标准值，系指透过具有最大透过率或最小密度值所对应的波长为580nm，在660nm处具有最少透过即最大密度，透过曲线如图3.2.1所示。在紫外荧光拍摄过程中，若达到好的效果其关键所在是激发光源的激发谱线的选择以及滤波器的选择，即最佳激发谱线和最合适的滤光器是光致发光摄影的技术关键。要解决这一问题必须对被摄客体进行定性和定量的光谱分析。

结 论

在特种物证检验摄影中，光致发光摄影在疑难物证检验中发挥了日趋重要的作用，其方法也逐步完善和成熟，如在紫外光致发光检验中，若达到好的效果，其关键所在是激发光源以及滤光器的选择，只有掌握了它们的规律才能更好的完成鉴定工作为侦破案件提供依据。因此在日常工作中掌握好这门技术是尤为重要的。

在本次实验过程中通过对玻璃片以及塑料片的使用，利用它们对紫外线的吸收作用，在一定程度上削弱了灰雾现象，但由于其能够透过少量紫外线使照片不是非常理想，因此在荧光摄影中应该注意滤光镜的使用问题，应选择不产生荧光或产生荧光最小的滤光镜。在分析单通滤光镜的使用原理及方法中对复杂客体做了检验，并做出系统的记录，找出其拍摄过程中滤光镜的使用问题并引用了该滤光镜的透过曲线，为此类痕迹的拍摄提供了理论基础。而案件中的痕迹物证是形形色色的这就要求我们对每一种检材都应做出分析，因此在以后的工作实践中，继续摸索各类疑难痕迹物证的检验方法是值得研究的。

通过实验发现紫外激发光源存在着使用不便利的缺点，往往在实验过程中无法独自完成痕迹物证的检验工作，因此笔者设想出紫外光源定位仪，构思过程：在实验过程中由于拍摄时既要考虑打光距离，还要考虑打光角度来获得最佳拍摄条件。传统紫外激发光源都存在手动操作的缺点，使痕迹受激发时荧光的强度分布不均匀，导致照片出现微弱的明暗不协调现象，甚至无法激发出荧光现象，从而影响了照片的质量，因此应对紫外光源设备做出以下改进：增加角度、尺度刻度盘滑道，并添加固定功能防止激发光源的移动，以达到拍摄过程中最佳拍摄角度、距离的记录问题，为类似痕迹提供理论基础，减少拍摄过程中耗费的时间、人力的浪费，从而提高办案效率。

[1]朱宝礼.刑事照相[M].北京：群众出版社,1988.

[2]王再生，魏晓峰.滤光镜[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社,1986.

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[4]石中玉.紫外线光源及其应用[J].北京：中国轻工业出版社,1984.

[5]周祥文等.刑事摄影技术基础[J].北京：中国人民大学出版社,1990.

Abstract:Some of the trace evidence can’t be seen under common light and even under ultraviolet(UV)excitation,but we can use fingerprint fluorescent paint because the adsorption capacity of illuminative fingerprint powder on fingerprint is larger than that on the object surface.Therefore,under the UV light source excitation,when using the digital camera to take pictures of objects,whether to use UV lens or not,combined with UV lens exposure as well as choosing a single pass filter to record fingerprint to make optimal shooting under the background of ultraviolet light excitation and fluorescence,becomes a meaningful research topic.

Key words:long wave ultraviolet;illuminative fingerprint powder;single-through filter

（责任编辑：叶剑波）

TheChoiceof Filter in IlluminativePhotographing

QIU Li-xin ZHANG Ming-hui

(Tianjin Public Security Bureau Material Evidence Appraisal Center,Tianjin,300061;Branch Office of Public Security Bureau Tianjin Binhai New Area,Tianjin,300061)

D918.2

A

2095-1140（2012）04-0122-10

2012-05-24

邱立欣(1982- ),男，天津人，天津市公安局物证鉴定中心科员，主要从事数字化模糊图像处理、音频处理研究；张明辉（1983- ），男，天津人,天津市滨海新区公安局开发区分局科员，主要从事影像技术研究。