巧用扫描仪和Photoshop无损提取镜面手印

2018-03-01王明广夏军锋

刑事技术 2018年1期

王明广，夏军锋，王正

（1.江苏省淮安市公安局物证鉴定所，江苏淮安 223000；2.江苏省淮安市公安局工业园区分局，江苏淮安223000；3.江苏省淮安市公安局淮阴分局，江苏淮安 223300）

长期以来，对案件现场遗留在镜面上的手印进行无损照相提取，一直是现场勘查工作中的难点。在尚未开始提取接触型DNA的时代，现场勘查人员实际工作中多采取粉末显现提取，虽然可以方便快捷地提取现场手印，但因为毛刷、粉末多为反复使用，会交叉污染手印中的DNA检材，极大地降低现场手印提取接触型DNA检材的成功率。所以，为了保证现场手印纹线内接触型DNA的提取成功率，就需要尽量采用光学方法无损提取现场手印。

传统光学提取方法包括定向反射镜照相法、小景深照相法、偏振光照相法等方法，实际操作中较为繁琐，对照相设备和附属配件器材的依赖程度较高，同时受现场空间环境、光场环境等因素制约较多[1]。笔者经过分解扫描仪组件、分析其构造和成像原理、反复试验，成功采用扫描仪无损提取镜面现场手印，经Adobe Photoshop处理后，手印纹线清晰、反差好、无背景和重叠图像干扰，相比传统照相手段更简便、快捷、高效。

1 材料与方法

1.1 样本

留有一枚汗液手印的镜子一块；留有一枚汗液手印的不锈钢水壶一只。

1.2 器材与环境

爱普生墨仓式L220打印扫描复印一体机一台；台式计算机（或笔记本电脑）一台，操作系统为Microsoft Windows10专业版x64，并装有图像处理软件Adobe Photoshop CC x64；NIKOND80相机；快门线；NIKON NIKKOR 18-200mm F/3.5-5.6G ED VR II镜头；NIKON NIKKOR 50mm F/1.4镜头；ZADF-II型定向反射镜；三脚架；匀光LED灯；比例尺。

温度25℃，湿度50%～60%；暗室环境。

1.3 方法

采用入射光观察法寻找遗留在镜面的汗液手印，并在手印旁按照物证照相的要求贴上比例尺。将镜面平放在扫描仪的玻璃平板上。为了避免手印直接接触扫描仪玻璃而产生对手印纹线内DNA检材的污染，用高度0.5mm的硬物（如订书针、回形针等）将镜子的四个角垫高。最后，轻放扫描仪的文稿盖。打开扫描仪电源，并保证与计算机连接完好。在计算机中打开扫描仪扫描程序软件EpsonScan，并选择切换至“专业模式”。

第一步，点击预览，在预览的图像中选择扫描范围，并可以根据被扫描物品的实际情况，调节设定扫描仪的自动曝光类型、图像类型、分辨率、文稿大小、目标尺寸、曝光、色调、色彩、锐化、去网纹等参数，本文选择的参数为24位全彩、1200dpi；

第二步，点击扫描并输出图像，为了得到高质量的图像，存为无损格式的TIF图像，能够反映出手印完整清晰的纹线，且纹线间的间隔清晰，无重影干扰，但手印纹线灰暗，反差较弱；

第三步，打开Adobe Photoshop CC图像处理软件，对刚刚扫描得到的TIF图像进行编辑处理。首先，对图像的色阶进行调整，拖动“输入色阶”的3个滑块，分别调整“阴影输入色阶”、“中间调输入色阶”和“高光输入色阶”，直至图像背景接近黑色而手印纹线反差明显，本文中针对图1.a选择设定的值分别为18、1.00和123；然后，对图像进行黑白化处理，进一步提高手印纹线的反差，减小色彩干扰。

2 结果与讨论

遗留在镜面上的现场手印，因为镜子本身的结构特点，导致玻璃表面和镜中的两个影像形成重影干扰，所以光学方法提取镜面手印的任务就是去重影、去干扰[2]。按照上述操作，使用扫描仪提取到的镜面手印，无重影、无背景干扰，如图1.a，经Photoshop软件进一步处理后，纹线更加清晰，反差较好。如图1.b，整个提取过程较为简便、快捷。

图1 手印图片（a：平板式扫描仪提取；b：经Photoshop处理）Fig.1 Fingerprint image (a: extracted by a fl at-bed scanner; b:processed with Photoshop)

除了上述遗留于镜面现场手印之外，对于不锈钢表面、镜面薄膜等类似客体上的现场手印，均可以采取扫描仪进行无损提取，如图2。

图2 扫描仪提取不锈钢水壶表面汗液手印 (1200 dpi)Fig.2 One sweat fi ngerprint extracted from a stainless steel kettle by a scanner

2.1 扫描仪工作原理

扫描仪的核心部件包含光学组件和CCD元件。光学组件由光源、反光镜片、镜头组成，用来获取被扫描物体的反射光信息，相当于扫描仪的“眼睛”。光学分辨率可以达到9600dpi以上，远大于普通单反相机的300dpi。扫描仪的CCD元件是线性排列的CCD阵列，在大约10μm的宽度上排列着数千个CCD图像单元。CCD图像单元极其微小，对垂直方向的光线更为敏感，可以有效地过滤其他方向上的散射光。扫描仪工作时，机内光源发出均匀光线照亮玻璃面板上的被扫描稿件，产生表示图像特征的反射光。扫描头上的一组反射镜片将反射光通过一组镜头送至扫描仪CCD元件上。CCD元件将不同强度与颜色的反射光转变为数字信号，并通过数字接口传输到计算机中，处理程序根据顺序将收集到的数字信号处理整合为一幅完整的图像。

2.2 扫描仪提取镜面手印原理

当扫描镜面手印时，没有手印纹线的地方，光线直接穿过玻璃表面而发生镜面反射，无法被扫描仪镜头捕捉到；而有手印纹线的地方发生了漫反射，其中一部分被扫描仪镜头捕捉到，并由扫描仪CCD转换为图像信号发送至计算机，如图3。因为扫描仪镜头捕捉到的光线数量有限，所以手印纹线较为灰暗，反差相对较弱。同时，因为扫描仪光学组件景深很小，即使镜子的反射面有部分干扰光线，也无法被扫描仪镜头捕捉到。

2.3 与其他光学方法的比较

使用扫描仪和Photoshop软件提取镜面手印具有以下优势：1）较好解决了背景重影干扰的问题。采用定向反射镜法、小景深法时，为避开光源的直射光斑，往往需要使光源或相机有较小的偏角，较难实现相机拍摄方向与镜面的完全垂直，使提取到的手印纹线的边缘依然存在一定的重叠图像，形成一定的干扰，如图4a、图4b。2）操作相对简便，能够快速提取，一人可以轻松完成。定向反射法、偏振光照相法和紫外线照相法在照相过程中需要不断调整光的入射方向[3-4]，并同时观察相机拍摄的效果，往往需要2人共同操作完成。3）受环境制约较少。由于扫描仪特殊的结构，使其工作时对检验环境的要求较低，无需遮蔽环境其他光源，而定向反射法、偏振光照相法和紫外线照相法为了避免干扰，取得良好的拍摄效果，需要遮蔽环境门窗，形成暗室条件进行拍摄。同时，也不会产生如超长焦小景深法在狭窄环境内无法满足最近对焦距离的困扰。4）图像分辨率可以轻松超越单反相机300dpi的限制。5）根据扫描仪的工作原理，扫描得到的图像没有畸变。使用相机进行拍摄时，不同型号的镜头会产生不同的畸变，尤其是在图像的边沿区域，变形更加严重，后期往往需要对图像进行镜头畸变矫正。6）有效避免了照相抖动、感光度过高、快门速度过低等现象，从而保证了图像的质量。7）有效避免了对提取人员身体健康的可能损害。采用紫外线照相法时，短波紫外线对人体，尤其是眼睛和皮肤有很大的伤害作用，防护措施不足会产生眼睛红肿和皮肤红斑、脱落，严重时可能导致眼睛永久性损伤和皮肤癌[4]。

图3 扫描仪提取镜面手印原理示意图Fig.3 The principle to extract mirror-carried fi ngerprint by a scanner

图4 镜面手印（a:定向反射法提取; b:大光圈小景深法提取）Fig.4 The mirror-carried fi ngerprint (a: extracted by the direct re fl ection; b: extracted via the large aperture and shallow depth of fi eld).

但是，与传统照相方法相比较，本方法也存在以下不足或不便之处：1）使用扫描仪直接扫描得到的手印图像反差较弱，需借助于Adobe Photoshop软件的后期处理，对操作人员的计算机操作和图像处理技能有一定的要求。2）日常使用的多为平板式扫描仪，如遇体积或重量较大、无法实物提取的物证（如陷入墙体或橱柜内部的穿衣镜等），操作难度较大，但可以通过购置便携式扫描仪来解决。3）如在案件现场操作，需要额外携带笔记本电脑等设备，增加了基层现场勘查人员的负担。4）因为扫描仪光学元件焦距固定、景深较小，对遗留在如凹面镜、球面镜等非平面或不规则客体表面上的镜面手印无法进行提取，此类客体上的镜面手印提取还需依靠传统的照相手段。