同轴光定向反射仪与全光谱照相系统对光滑客体表面潜在指印提取效果比较

徐 政， 杨玉柱

(中国人民公安大学刑事科学技术学院，北京 102623)

0 引言

对于各类光滑客体上的潜在指印，通常采用定向反射照明技术进行提取。在实际工作中，一般方法为利用定向反射镜，以面光源作为光源，通过反复调节控制打光距离、相机拍照距离等因素，拍照获得高反差图像。同轴光定向反射仪由定向反射镜与面光源组成，对其具体操作方法进行研究，有助于将定向反射照明技术更好地运用于公安工作实践。

紫外线反射照相是利用短波紫外线反射原理，经过紫外线成像装置(例如紫外CCD)，将紫外线图像转换成可见光图像。全光谱照相系统是依据紫外反射照相原理、利用在数码相机感光体表面设置光致发光增感层原理，融合专业单反数码照相机而研发的一款集全光谱照相、实时搜索、实时观察、实时拍摄、实时存储、图像处理等功能于一体的照相系统，使红紫外照相更为方便、快捷。全光谱照相系统的出现为潜在指印的拍照提取和检验提供了新方法。本实验中将运用其中的紫外反射照相功能进行实验，对各种非渗透性光滑客体表面的指纹，可直接提取图像。

1 实验仪器和实验方法

1.1 主要实验仪器

恒光同轴光定向反射仪;尼康D7000单镜头反光数码相机;尼康 AF-S Micro Nikkor 85 mm 1∶3.5 G ED型镜头。

恒光全光谱照相系统UVR-Ⅲ。

1.2 实验方法

1.2.1 样本的采集

选取陶瓷、彩色照片、油漆铁器3种常见光滑客体上的汗液指印进行实验。分别在以上每一客体上捺印3种类型指印。第一类为在鼻前额等皮脂分泌旺盛部位擦蹭后捺印;第二类为汗液指印，将手指用水清洗，不触摸任何物体，20分钟后捺印;第三类为普通指印，即不对手指做任何处理，直接捺印。这种手印含有汗液和皮脂汗，也有可能含其他物质。

1.2.2 利用同轴光定向反射仪提取

将尼康D7000数码相机固定在翻拍架上，用52～55 mm接圈将相机与同轴光定向反射仪相连接，打开相机和同轴光定向反射仪(如图1所示)。分别选取拍照距离(定向反射仪底端距离客体平面垂直距离)为10 cm、30 cm、50 cm等，并增加1/3～2/3级曝光，手动对焦。对不同客体上的实验样本进行拍摄，记录拍照结果，分析比较所得实验结果。

1.2.3 利用全光谱照相系统提取

将红紫外数码照相机与254 nm短波紫外光源灯罩连接固定(见图2)。一般采用大光圈高感光进行拍摄。将相机光圈调至F3.8，即最大光圈位置，并将感光度(ISO)设置为5 000。打开相机的实时取景功能，根据液晶显示屏上的显示效果，对比例尺处调节调焦环至清晰。因为指纹与比例尺位于同一焦平面，所以此时指纹纹线清晰。对不同客体上的实验样本进行拍摄，记录拍照结果，分析比较所得实验结果。

图1 同轴光定向反射仪拍照示意图

图2 全光谱照相系统拍照示意图

2 实验结果

2.1 实验结果

2.1.1 陶瓷表面提取效果

利用同轴光定向反射仪对陶瓷表面油脂手印提取效果(见图3)、汗液手印提取效果(见图4)、油汗混合指印提取效果(见图5)。

利用全光谱照相系统对陶瓷表面油脂手印提取效果(见图6)、汗液手印提取效果(见图7)、油汗混合指印提取效果(见图8)。

图3

图4

图5

图6

图7

图8

2.1.2 彩色照片表面提取效果

利用同轴光定向反射仪对彩色照片表面油脂手印提取效果(见图9)、汗液手印提取效果(见图10)、油汗混合指印提取效果(见图11)。

利用全光谱照相系统对彩色照片表面油脂手印提取效果(见图12)、汗液手印提取效果(见图13)、油汗混合指印提取效果(见图14)。

2.1.3 油漆铁器表面提取效果

利用同轴光定向反射仪对油漆铁器表面油脂手印提取效果(见图15)、汗液手印提取效果(见图16)、油汗混合指印提取效果(见图17)。

图9

图10

图11

图12

图13

图14

利用全光谱照相系统对油漆表面油脂手印提取效果(见图18)、汗液手印提取效果(见图19)、油汗混合指印提取效果(见图20)。

2.2 显现结果统计

以指印遗留3小时后的显现结果为例，记录不同客体以及不同指印类型的显现效果，具体情况见表1。

图15

图16

图17

图18

图19

图20

表1 显现结果统计表

3 实验结果归纳与分析

3.1 实验结果归纳

通过分析实验中记录的结果，可以利用上述两种方法发现提取陶瓷上的3类潜在手印，提取效果都达到了较好以上，指纹纹线能够清晰显现。

使用同轴光定向反射仪和全光谱照相系统这两种仪器，对陶瓷表面3类潜在手印进行提取时，效果都达到较好以上，能清晰显示手印纹线。

使用同轴光定向反射仪提取彩色照片表面手印时，油脂手印和混合手印的效果均达到较好以上，汗液手印能够显现部分纹线，但不连贯。使用全光谱照相系统，效果均达到较好以上，能清晰显示3种类型潜在手印的纹线。

使用同轴光定向反射仪和全光谱照相系统这两种仪器，对油漆铁器表面潜在手印进行提取，油脂和混合手印显现效果较好。汗液手印能够显现部分纹线，但均不连贯。

3.2 实验结果分析

3.2.1 客体表面光泽度对提取结果的影响

客体的光泽度会影响定向反射照相提取的效果。从反差原理上讲，光滑客体的表面反射光具有定向反射性质，而指印纹线物质一般是非定向反射性质。当照明光线垂直入射时，光滑客体的表面的反射光线集中出现在垂直方向上。同时，非定向反射性质的指印纹线物质在垂直方向上的反射光分量只是它反射光中极少的一部分。因此，光滑客体表面垂直反射光亮度将远远大于指印纹线物质垂直反射光的亮度，二者之间将呈现很大的亮度反差。因此，客体表面的光滑程度是定向反射拍照提取效果的关键因素。

客体的光泽度也会影响紫外照相的提取效果。客体表面光泽度越高，则客体背景的垂直反射光亮度越接近于零，于是背景亮度越低，指印反差越大，提取效果越好。表面光泽度不高，反射光不是定向反射性质，其表面反射光线有一定垂直分量。对陶瓷和彩色照片表面潜在手印提取效果明显强于油漆铁器上的效果。主要原因是实验选用油漆铁器的光泽度明显低于另外两种客体。这一点很好地印证了客体表面光泽度对提取结果的影响。

3.2.2 指印纹线物质数量对提取结果的影响

指纹纹线物质数量越多，纹线混合反射光越强，显现效果越好。对同一实验客体上3类潜在手印的显现效果进行比较，发现油脂手印显现效果好于汗液手印和混合手印。这是因为油脂手印中的纹线物质数量最多，能够形成很强的亮度反差。在光泽度相对最低的油漆铁器表面，汗液手印显现效果不佳，就是因为汗液手印纹线物质数量太少，不能产生足够的亮度反差。

4 结语

(1)实际案件中，油汗混合指印遗留的概率最高，两种方法对实验客体表面遗留油汗混合指印有较好的显现效果，纹线与背景亮度反差明显。因此利用同轴光定向反射仪或全光谱照相系统提取光滑客体上遗留指印都是有效的方法。

(2)使用同轴光定向反射仪提取光滑客体上的潜在指纹时，可以明显发现面光源效果较好，光斑范围内亮度均匀，不会产生眩光，指纹纹线足够清晰。能够减少因打光不当而造成的提取失败，提高了成功率。

(3)使用全光谱照相系统提取光滑客体表面遗留潜在指纹时，显现效果较好，纹线与背景亮度反差明显。使用接圈将254 nm短波紫外灯罩与红紫外数码相机连接后，仪器操作更加方便，紫外线入射角度也比较合理，适用于各类光滑客体表面遗留潜在手印的提取。

(4)在实践工作中，运用其中一种方法提取效果不好时，用另一种方法进行尝试，将同轴光定向反射仪与全光谱照相系统配合使用，能够提高提取成功率。对于光滑客体表面遗留潜在指纹，我们认为应该首先选择同轴光定向反射仪，因为紫外线对人体皮肤、眼睛有一定伤害。对于同轴光定向反射仪显现失败的指纹，再运用全光谱照相系统进行提取。

［1］ 王桂强.指印的光学显现和照相技术［M］.北京:群众出版社，2011.

［2］ 杨玉柱.刑事图像技术［M］.北京:中国人民公安大学出版社，2002.

［3］ 王桂强.定向反射照相显现潜在指印技术［J］.刑事技术，1995(4):32-36.

［4］ 高树辉.数码红紫外照相提取光滑客体上潜在指纹的比对研究［J］.新疆警官高等专科学校学报，2010(3):27-28.