塑料表面手印的紫外光谱特性研究

杨志超，何江涛，黄志坚

（1.浙江警察学院，浙江 杭州 310053；2.东阳市公安局，浙江 东阳 322100）

一、引言

紫外光谱成像技术是结合紫外光谱仪和图像采集系统，通过成像光谱仪记录被检验物，在紫外光谱范围内(200～400 nm)密集均匀分布的多个波段单色光的反射光亮度分布，或荧光亮度分布，形成由许多单色光影像构成的紫外光谱影像集，并使用影像分析软件将获得的光谱影像集进行集成和优化处理，得到痕迹物质和背景物质能够产生反射率差别的波段，实现手印的显现。在办案中常遇到对塑料表面的手印显现，并发现传统紫外照相只能进行254nm和365nm波段的拍照，这样有的手印就无法被显现出来。而紫外成像技术，能够用多个紫外波段采集手印影像。对此，笔者作了系列实验探研。

二、实验

（一）实验用品和仪器

实验所用客体为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺 (PA)、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS）塑料。

实验使用THEMIS紫外光谱成像系统，为紫外光谱仪和图像采集连用的系统。其原理是通过色散棱镜将复合光中的各单色光按照波长不同彼此分离，再通过高敏感CCD芯片将光信号转换为电信号并分别成像的过程。所用紫外棱镜分光光谱仪的波长范围为100～560nm，光源为Newport公司Oriel氘灯。图像采集系统为日本滨松电子（Hamamatsu）公司C8800系列CCD设备。通过HyperVisualGUI(图形用户界面)软件包实现对紫外光谱成像系统的控制。

（二）手印样本的制备与显现

成年健康志愿者在塑料上按捺所需的脊线汗液（纯汗液）手印、油汗混合手印和皮脂手印。采用紫外光谱成像系统，分别选择乳突纹线物质和塑料背景为光谱取样点，得到塑料的光谱曲线。

三、结果和讨论

（一）手印的影像及其光谱曲线

获得5种塑料表面不同类型手印的光谱影像和光谱曲线，由于篇幅所限，只展示270nm波段PA塑料表面的混合手印的影像（图1）和PA塑料表面的混合手印的光谱曲线（图2）。

图1 混合手印影像样本

图2 混合手印光谱曲线

（二）不同类型手印显现效果

在5种塑料类型与4种手印类型互相结合获取紫外影像和紫外光谱曲线的实验中，根据手印纹线显现效果最佳的影像，以及紫外光谱曲线的特点，确定相对应的结果等级。塑料表面手印显现效果如下表所示。

不同塑料表面手印显现效果统计表

5种塑料表面上的汗液手印的显现效果都不理想，可能是汗液蒸发后的残余物质（无机盐和部分氨基酸）量过少，不足以体现出其对紫外光的反射/吸收性质与瓷砖客体对紫外光的反射/吸收性质的差异，导致亮度反差不明显，无法显现出明显的汗液手印形态；亦可能是实验所用塑料表面较光滑，汗液手印中水分子之间的引力大于汗液与塑料表面的粘滞力，导致汗液手印形态被破坏，使汗液手印显现效果不佳。混合手印和皮脂手印显现效果较佳，是因其含有皮脂成分。皮脂主要为饱和的和不饱和的脂肪酸，还包括一些酯类和醇类，皮脂对紫外光的反射/吸收性质与塑料对紫外光的反射/吸收性质不同，从而使手印纹线与塑料以不同的亮度反映出来。且因混合手印和皮脂手印中的皮脂成分，增大了手印物质与塑料表面的粘滞力，致使手印的原始形态能够保留下来。

（三）手印显现效果最佳的波段区间

根据不同波段实际观察到的手印影像，并结合紫外光谱曲线的特点，显现效果为1级和2级的手印中，效果最佳的波段区间分别为200nm～250nm区间0%；250nm～300nm区间30%；300nm～350nm区间0%；350nm～400nm区间10%；400nm以上区间20%，如图3所示。

图3 不同波段的手印影像效果示意图

在250nm～300nm区间有效显现手印的概率最大，可能是手印物质能强吸收250nm～300nm的紫外线，而塑料的吸收能力弱于手印物质。另一方面，相同类型的手印按捺在不同的塑料表面，手印的紫外光谱曲线也不同，即手印的紫外光谱曲线会受塑料表面性质的影响。

四、结论

（一）实验表明，油汗混合手印、皮脂手印的紫外光谱曲线虽然受到塑料性质的影响，但手印的紫外光谱曲线与塑料的紫外光谱曲线仍然不同，出现明显的亮度差，因此，运用紫外光谱成像技术显现塑料表面潜在手印的方法是可行的。实验中，塑料表面手印显现效果最佳的波段区间为250nm～300nm，在以后的工作中可以多加尝试。但是，汗液手印在实验中没能得到理想效果。目前，紫外光谱成像技术的发展尚处于探索性阶段，这次实验活动，虽然提高了对紫外光谱成像的认识，但还需进一步研究。通过对手印形成物质的紫外光谱分析，结合光谱成像等技术，将给紫外照相技术带来新的、更广泛的应用领域

（二）因实验仪器设备的原因，在每次实验的影像集获取之前，不能预先获知镜头的取景范围，而每次实验的曝光时间又比较长（约30分钟），如果当影像集获取之后发现取景范围不当或对焦不清，就只能重新实验，浪费时间并降低实验效率。因此，每次实验之前应进行预曝光实验，使用较短的曝光时间，快速获得备检物的影像，调整备检物位置和对焦，保证正式曝光实验得到的影像质量。

（三）曝光时间选择不宜过长或过短。长时间曝光会导致影像的亮度模糊，纹线的清晰度会下降；曝光时间过短，又会导致曝光时间不足，影像的灰度层次无法展现。因此，在具体实践中，曝光时间应控制在3000ms左右为宜，再根据具体的手印和塑料紫外反射/吸收情况作适度调节。

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