二次漫反射小偏角定向反射照明技术方法及应用

2019-06-28刘玉华戚成文

铁道警察学院学报 2019年2期

刘玉华，戚成文

（1.内蒙古警官学校，内蒙古呼和浩特010051；2.郑州铁路公安处刑事技术支队，河南郑州450052）

在刑事案件的现场勘查过程中，经常会发现在透明玻璃、金属油漆、硬塑料、白瓷砖、透明塑料袋、透明胶带等各种光滑客体表面遗留无色汗潜手印，有些无色汗潜手印反差极其微弱，给拍照记录带来了困难。对于这些疑难手印，在痕迹物证检验中最常用的方法是配光检验技术。

用光线照射检材，在垂直方向接收记录检材反射光亮度分布，通过选择照明光线入射角度和方向来调整控制检材反射光亮度分布的方法称为配光检验技术。其主要作用是加强痕迹与载体之间的亮度反差和消除或减弱客体背景图案的干扰［1］。在物证检验领域，常用的配光检验技术有七种：定向反射照明技术、暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术、掠入射照明技术、无影照明技术和透射照明（侧透射照明和正透射照明）技术［2］。其中，定向反射照明技术是在与照明光线入射角度相等的反射角方向上接收记录被检验物体的反射光亮度分布的方法。定向反射照明技术又分为垂直定向反射照明技术和小偏角定向反射照明技术两种［3］。垂直定向反射照明技术必须使用定向反射镜才能实现，在没有定向反射镜的情况下可以使用小偏角定向反射照明技术。定向反射照明技术适合于拍照陶瓷、照片、玻璃、油漆、塑料等光滑表面遗留的汗液手印、油脂手印、灰尘手印、“502”胶熏显手印、血手印和粉末显现手印等。

虽然定向反射照相技术可以拍照记录光滑客体表面遗留的各种潜在手印，但是，在拍照实践中，容易出现配光不均匀、耀眼光斑等现象影响手印细节的清晰再现。通过大量实验发现，运用二次漫反射小偏角定向反射照明技术拍照上述手印，可以得到理想的效果。

一、定向反射摄影的原理

当光线从一种介质入射到另一种介质时，在两种介质的界面上会发生反射和折射现象。入射光线在物质表面被反射所形成的反射光线称为表面反射光。按照物质的表面反射光的空间分布形式，可以将物质分为三种类型：定向反射物质、漫反射物质和混合反射物质。

不同材质的物体，对光线的反射和吸收有不同的特点。物体对光的反射特性，既与物体表面结构的光滑程度有关，也与光线的角度、方向等条件有关。当物体表面较为平滑，即微观凹凸区域的尺寸小于光线波长时，反射光只呈现一个方向，此即定向反射。如玻璃、陶瓷等物体就具有这个特性。当物体表面不太平滑，即微观凹凸区域的尺寸大于光线波长时，各微观部位的反射光会出现在不同方向上，从宏观上看表面上每一点的反射光均匀出现在所有方向上，此即漫反射。普通纸张、灰尘等具有这种特性［4］。在物证检验领域，最典型的混合反射物质是汗液和油脂成分的痕迹物质。在实际工作中，严格的定向反射物质和漫反射物质比较少见，大多数物质属于混合反射物质。有些表面光滑物质的反射光绝大部分集中在反射角方向上，可以近似认为它们是定向反射物质，例如一些光滑家具表面和漆面、玻璃、瓷器、镀铬金属面等。有些表面粗糙的物质如灰尘、泥土、粗糙木面、不光滑的纸张等，可以近似认为是漫反射物质。

物质的表面反射光是非光谱选择性的（个别金属表面除外），因此表面反射光的光谱成分与入射光光谱成分完全相同。

在光线照射下，被检验物体上各种物质的反射光呈现各自的空间分布形式。配光检验通常只是记录它们在垂直方向上的反射光分量的相对亮度分布。当照明光线的入射角度变化时，各种物质的垂直反射分量随之变化。由于不同反射性质的物质的垂直反射分量随照明光线入射角度变化有不同的变化规律，它们在垂直方向上的相对亮度分布将随入射角度改变而变化。

对于痕迹检材，如果痕迹物质与客体表面具有不同的反射空间分布形式，痕迹物质与客体之间在垂直方向上的相对反射光亮度差将随照明光线入射角度变化。所以，适当选择照明光线的入射角度和方向，可以使痕迹物质与客体之间呈现最大的反射光亮度反差。此外，照明光线入射角度也可能影响客体的内反射光亮度。因此，配光技术也可以在一定程度上调整背景反射亮度，达到增加痕迹与客体背景之间亮度反差的目的。

二、二次漫反射小偏角定向反射照明技术的方法设计

如图1 所示，先利用面光源照射的光线经过一次平面反射镜反射后，以5°角左右照射被检验的手印，手印二次反射的光线再以5°角左右进入照相机镜头进行成像。

图1 二次漫反射小偏角定向反射照明技术装置示意图

三、二次漫反射小偏角定向反射照明技术的拍照要点

第一，必须使用面光源。不使用面光源，就会出现耀眼的光斑。常见的面光源包括X 光片观片灯、小型盒式幻灯片观察灯等。面光源的发光面在20cm～40cm 范围较为理想。面光源的面积过大，光源亮度过小；面光源的面积过小，不利于配光。

第二，二次漫反射时所用的平面反射镜大小为15cm×20cm 比较理想，平面反射镜表面要干净明亮。拍照时最好将平面反射镜固定在支架上，以保证配光角度的稳定。

第三，使用单镜头反光数码照相机配备60mm以上的微距镜头或者长焦镜头，镜头焦距最好在100mm 以上，如果焦距短、拍照物距过近，则客体表面反光强烈，拍照物距控制在200mm 以上，最佳物距为500mm左右。

第四，拍照时要保证环境黑暗，无杂光干扰。拍照环境中如果有杂光将影响手印效果的显现记录。

第五，拍照时使用光圈优先式自动曝光（A 模式），曝光补偿调至+1或+2。

四、二次漫反射小偏角定向反射照明技术的实验应用

1.实验设备

小型盒式幻灯片观察灯；15cm×20cm 平面反射镜；日本产尼康（Nikon）D70 型单镜头反光数码照相机；60mm微距镜头；翻拍架。

2.检材制备

选取光滑透明玻璃、光滑金属油漆、光滑透明硬塑料、光滑白瓷砖、透明塑料袋、透明胶带等6 种客体各1块，并使其洁净干燥，分别在其表面捺印无色汗潜手印，并在手印旁右侧加上比例尺。

3.实验步骤和方法

（1）在暗室中将灯光关掉，确保整个实验过程在暗环境中进行，无杂光干扰。

（2）将数码相机固定在翻拍架上，并对相机进行调试。

（3）用面光源通过照射平面反光镜使光线发生平面反射后再让反射光线沿入射角大约5°的入射方向直接照射被检客体表面，同时，调整数码相机的位置使之能够沿反射角大约5°的反射方向上接收反射光线进行拍摄。其装置如图1 所示。

（4）将数码相机对准光滑客体表面的潜在指纹遗留部位进行取景并调节清晰。

（5）略微调节平面反光镜的位置和角度，以此来改变入射光线的强度。

（6）利用数码相机取景器观察被摄区域表面的反射光情况，当看到区域内出现反射光斑时，将光源位置固定下来，选取指纹反射光和背景反射光反差效果较好的影像进行拍照。

4.实验结果

图2 透明玻璃表面遗留汗潜手印拍照效果

图3 光滑金属油漆表面遗留汗潜手印拍照效果

图4 光滑塑料表面遗留汗潜手印拍照效果

图5 光滑白瓷砖表面遗留汗潜手印拍照效果

图6 透明塑料袋表面遗留汗潜手印拍照效果

图7 透明胶带表面遗留汗潜手印拍照效果

分别对光滑透明玻璃、光滑金属油漆、光滑透明硬塑料、光滑白瓷砖、透明塑料袋、透明胶带表面遗留的无色汗潜手印进行拍照，拍照效果见图2、图3、图4、图5、图6、图7 所示。手印纹线清晰，反差适中，达到检验鉴定要求。

5.实验用设备功能概述

第一，定向反射镜（如图8 所示）。主要用于拍照光滑平面上的指纹。利用光滑平面背景对入射光进行定向反射和指纹纹线对入射光进行漫反射的差别，定向反射镜可以显著提高指纹纹线与背景之间的反差。配备4 个转换接圈，可对接不同型号的镜头。缺点是使用该设备配备的光源体积较大，拍照时使用不方便。

第二，可调式遮光筒定向反射镜（如图9所示）。主要用于较为复杂的背景拍照光滑平面上的指纹，它利用光滑平面背景对入射光进行定向反射和指纹纹线对入射光进行漫反射的差别来提高指纹纹线与背景之间的反差。配备四个转换圈，可对接不同型号的镜头。配备五节铝制遮光筒，遮光筒长度可在60～300mm 范围内调整，在拍照过程中用于遮挡环境杂光照射物证，通过调整遮光范围取得理想的拍照图像。

第三，固定式遮光筒定向反射镜（如图10 所示）。使用翻拍架、面光源和固定式遮光筒定向反射镜拍照光滑平面上的指纹。利用光滑平面背景对入射光进行定向反射和指纹纹线对入射光进行漫反射的差别，定向反射镜可以显著提高指纹纹线与背景之间的反差。配备4 个转换接圈，可对接不同型号的镜头。配备2 个长度为20cm 塑料遮光筒，两个遮光筒连接起来，可使遮光筒延伸至40cm。

图8 定向反射镜

图9 可调式遮光筒定向反射镜

图10 固定式遮光筒定向反射镜

五、二次漫反射小偏角定向反射照明技术的案例应用

2017年4月某日，勘查张某某被杀一案时，在现场出入口窗户玻璃上发现一枚残缺指纹。技术人员为了拍照该残缺指纹一开始采用小偏角配光，利用三脚架和微距镜头拍照，拍照的指纹效果不好，放大后指纹有点模糊，如图11所示。后来运用二次漫反射小偏角定向反射照明技术，拍照的残缺指纹纹线清晰，如图12 所示，已达到较好的比对条件。同时采用衬纸和磁粉刷显快速提取受害人家中所有人的十指指纹，拍照固定后，用胶带封装，对现场提取的指纹快速比对，后对窗户上受害人家里人所留的指纹进行快速排除，为锁定嫌疑人员指纹提供依据。