新型LED光源在刑事科学技术领域中的应用与研究展望

赵雅彬， 郭 威， 罗亚平

(中国人民公安大学刑事技术学院，北京 100038)

0 引言

光源设备在犯罪现场潜在痕迹物证的搜索、物证检验鉴定及刑事照相等方面发挥着巨大作用，不但能够有效地提高现场痕迹物证的提取率和利用率，也为案件的侦破提供了更加可靠的技术手段和准确的证据信息。

1 光源设备在刑事技术领域的应用

1.1 犯罪现场潜在痕迹物证的显现

犯罪现场作为承载犯罪事实的场所和地点，蕴含了大量的犯罪信息和证据，犯罪现场勘查质量的高低、现场潜在痕迹物证提取完整与否是案件能否顺利侦破的关键。利用特定的光源设备能够有效激发犯罪现场遗留指纹、足迹、血迹以及纤维等微量物证的固有荧光，使不同痕迹物证在特定波长光照射下发生响应，便于现场痕迹物证的发现与搜索，极大程度提高了现场潜在痕迹物证的显现能力和采集率。

1.2 物证检验鉴定中的应用

利用光学检验灵敏度高、不损害检材的特点，目前刑事技术光源设备在物证检验鉴定中的用途已经从指纹检验、文件检验、纺织品检验扩展到体液检验、弹药残留物检验等领域。

1.3 刑事照相方面的应用

光源也是刑事照相设备的重要组成部分，良好的物证照相光源对于解决潜在及疑难客体上遗留痕迹物证的提取和保存也具有非常重要的价值，从可见光的配光照相、分色照相、偏振光照相，到特殊照相的红外反射、紫外反射、红外荧光、紫外荧光照相，都可以利用不同的光源得到良好的检验拍照效果。

2 国内外现有刑侦光源设备的特点及其发展趋势

随着现代科学技术的不断进步，刑事技术光源设备也得到了长足的发展。目前国内外警察系统用于刑侦领域的光源设备主要有卤素灯或氙灯(全光谱光源)加滤光片、单光谱或多光谱集成激光器，LED单色光源以及紫外等一些特种光光源，其中多波段光源因其应用范围广，实用性强等特点，已成为刑侦和司法鉴定部门的必备器材，在我国多波段光源被列入公安部装备标准。

2.1 国内外现有刑侦光源设备的特点及存在的问题

对于刑侦专用的多波段光源一般要符合光谱波段窄、光强度高、光纯度高、输出能量均匀、便携性好等要求，但目前国内外生产的多波段光源往往存在单色性差、光纯度低，稳定性差，单位面积的光能量较低等缺点，无法解决日常办案工作的需求，主要问题为:第一，目前常见的多波段光源多由大功率氙灯加滤色片构成，其输出波段跨度较大，主要利用的可见光部分只占光源总输出能量的35%，有效利用率很低，其中卤素灯单波段光源能量利用率不足3%;另外氙灯光源前的激发滤色片受到光源高热量的连续辐射易老化，使得对输出光的截止准确性降低，造成实际输出光的波段与标称值不符，会对物证的发现和检验造成误检、漏检的严重后果;第二，在高强度光源工作模式下，观察荧光的观察眼罩也会被激发出荧光，造成观察物证的荧光效果差;第三，由于光的强度不足，对于表面不平整的检材无法消除凹凸表面的干扰。同时，由于市售的多波段光源光纯度低，用荧光显现的检材产生的荧光强度低，手印的亮度与背景的反差小，严重影响后续的手印拍照提取。

激光光源也是刑事技术领域较为常见的一种光源设备，早在1976 年，Dalrymple［12］等人就成功利用氩离子激光器显现了纸张上的潜在手印，此后越来越多的刑事技术人员开始接受这种高纯度的光源，也取得了很好的实验效果，但是全固态多波段激光器虽具有功率高的优点，但其体积质量大、便携性差、光源寿命短、造价高、保养维修困难等因素也都成为制约其在物证搜索、刑侦检测等领域，特别是现场勘察阶段应用和发展的重要弊端。此外，激光光源超高的能量还极易造成设备发热，破坏检材，且有可能对生物物证造成破坏，影响后续DNA测试的效果，过大的激光强度也可能对技术人员的眼睛带来不可逆转的伤害。

以LED为核心的半导体照明产品具有发光效率高、节能、寿命长、绿色环保等优点，近年来，英国Foster＆Freeman等公司分别开发出基于LED光源的系列物证发现仪，不过此类产品多为单色系，且主要采用商用分立LED封装体集成的方式，缺乏面向刑侦用途的针对性设计，在波长、光学设计、界面等方面存在很大局限性，若要做到全波段还必须携带多种光源，这样既增加了生产成本又影响了仪器的便携性，限制了其推广应用，但对多波段集成的LED物证发现产品国外也还未报道，因此总体来说用于刑侦检测领域的专用LED光源产品数量并不多。

2.2 刑事技术光源设备的发展趋势

新刑诉法的颁布对公安机关刑事技术人员现场勘查规范化和科学性的要求更加严格，高质量的现场勘查标准及检验设备的更新对光源的性能也提出了更高的要求，因此现有刑事技术光源设备存在的准确性低、体积大、实用性不强等问题也突显出来，成为制约刑事技术发展的重要问题。

要解决这一难题首先必须提高检验设备的实用性和准确性，这将是设备发展的主要方向;其次，在基层工作中设备小型化、多功能集成化能够在保证勘察质量和效率的同时减小技术人员的劳动强度;再者操作简便、应用广泛的普及推广型设备将是今后发展的趋势。目前，现有的光源设备不足以满足当前高质量的现场勘查和检验鉴定技术的需求，因此对技术手段和装置性能不断的改善和增强，开发节能、高效的新型光源设备对于提高基层刑事技术部门现场勘查、检验鉴定物证的能力和水平将有很大的作用。

3 新型LED光源技术在刑事技术领域的应用

3.1 LED光源的光学性能及其发展状况

LED(Light-Emitting Diode)又称发光二极管，这种半导体电子元件早期使用GaAsP材料，只能发出低亮度的红光，之后逐步完善出现绿色、蓝色等其他单色光以及利用三原色开发出自然实用的白光光源，在人类近代发明史上意义深远，据此，2014年诺贝尔物理学奖授予了对开发蓝光LED光源做出突出贡献的中村修二等人。时至今日，随着技术的不断发展，利用LED作为基底材料发出的光已涵盖可见光、红外及紫外波段，光照强度也得到很大提高，其用途也由最初的显示照明扩展到了医疗、农业［3］等一些特殊领域的功能性光源中。近年来，LED作为一种新型的光源技术在刑侦光源设备中也开始崭露头角［4］，基于此项技术设计出的光源设备不但体积小、重量轻、输出光的单色性好、操作非常便捷，更重要的是其具有超长的工作时间，非常适合基层刑侦工作的需求，极具推广价值和应用前景。

3.2 LED光谱调制光源技术的光谱特性

常见的照明用LED基于产生白光的基本色度理论，其弱点在于能表现的颜色覆盖范围不全，同时在需要特定光谱甚至需要多种光谱变换的环境中，常规的LED光源难以胜任。我们希望用于刑事技术领域的光源及设备能够使人凸现特定的材料对光色的响应。采用光谱调制光源进行现场照明，使用纯物理的方法对目标进行全光谱采集，并通过适当的方式再现所采集到的光谱信息，这种方法理论上可以实现完美的现场记录保存和再现，并最终实现现场图像信息的完整性。该技术方案的研究未来可能能够在刑事科学技术研究实践中建立起一套完整的技术工具。

分光谱采集方面由于高选通性的可见光窄带滤波片的存在，已经可以获得光谱分辨精度较高的图像数据，可见光范围内可以按照不同的波长间隔获取图像数据。但是在光源光谱的调制方面受限于基础光谱的缺乏，实验研究还比较少，目前LED技术覆盖的波长范围如图1所示，在黄绿光附近的LED发光效率比较低，而且可选种类不够完整。

图1 NIST可调光谱光源选用的多种LED光谱形状

3.3 新型LED光源在刑事技术领域的应用及优势对比

目前传统的刑事技术光源需要配备庞大的电源系统、光源系统(卤素灯、荧光灯、高压钠灯或氙灯)、滤光系统(滤光镜头滤光片)等，因此此类光源设备都普遍具有无法满足光的选择性需求、补光效率低、寿命短、发热量大、耗电成本高、维护费用高等缺点，给基层办案人员造成了极大的困扰，而作为一种新型的刑事技术光源，与传统光源相比，LED光源具有其无法比拟的优点:

(1)光谱窄，光源能量利用率可超过36%;无需滤光系统，只需针对不同条件选择不同波长的LED光源任意组合，光谱可覆盖红、黄、绿、蓝、紫和紫外范围，可实现光强、光质、光周期可调;

(2)光电转换效率高，冷却负荷低，省电、节能、环保;

(3)作为冷光源，可近距离照射，提高了空间利用率;

(4)以LED作为现场勘查光源，还具有免维护、长寿命的优点，寿命超过50 000小时，使用时无需预热，即开即用;

(5)采用超大功率LED发光二极管阵列制造技术，还可实现十至百瓦量级强度可调光源模组，更有效地激发微弱荧光，同时通过基础材料、芯片设计结合封装技术，可实现更高的光纯度，提高物证发现率和区分能力。新型封装和热管理技术的引入，不仅能提供单一光源多光谱的集成应用，同时通过光路设计实现光斑形状与强度分布的优化设计，结合超大输出功率，实现现场快速搜索;

(6)LED光源避免了易碎的电源系统、光源系统、滤光系统带来的潜在危险，对环境温度适应性更广，重量与体积也大大减轻和缩小，其携带方便、耐震动等优点更适合长时间户外现场勘察的实际需求。全新的技术方案可使LED光源系统拥有更高集成度、更低成本和极高安全性的特点，也更有利于光源结构的设计，同时可最大限度保留物证的DNA等生物信息，而且在价格、可操作性等方面具有明显优势。

4 结语

虽然新型LED光源在刑事技术领域应用的可行性与实用性已经得到证实，但是由于系统性开发还不完善，需要进一步系统的研究和应用推广。当前我国以刑事技术科技化和现代化为核心的技术革新正在兴起，预计在不久的将来，随着半导体光源性能的不断完善，以LED为核心的刑事光源技术必将在刑侦领域发挥重要作用，这一技术的解决不但能够有效地弥补现有刑事技术设备的不足，丰富和完善刑事技术光源在实际勘查中的运用，也为侦查破案提供了强有力的技术支持，为我国刑事侦查新技术的发展奠定理论基础并提供新的平台。

［1］ Creer K C.Operational experience in the detection and photography of latent fingerprint by Argon ion laser［J］.Forensic Sci Int，1983，23(2-3):149-160.

［2］ 杨其长.LED在农业与生物产业的应用与前景展望［J］.中国农业科技导报，2008，10(6):42-47.

［3］ 蔡能斌，徐峰，张继云.LED多波段光源显现人民币上潜指印的研究［J］.中国司法鉴定，2013(2):59-61.