改制射钉枪射击残留物的红外光谱成像检验*

张苗苗 张 剑 郑永红

（湖北警官学院刑事技术与情报系，湖北 武汉430034）

引言

当前改制、自制枪支检验是枪弹痕迹检验的新问题，其中射钉枪改制枪支的检验便是其中一类［1］。射钉器、射钉弹是建筑施工的常用工具，威力大且非常容易获取，经过简单改制就可成为极具杀伤力的枪弹。改制射钉枪常被用于猎杀动物，也会被用以暴力犯罪，其社会危害非常大。2017年10月，沈阳大东警方成功打掉一个盗窃、非法生产制造买卖持有改制射钉枪、手雷的犯罪团伙，抓获犯罪嫌疑人3名。2018年10月，河北省石家庄市发生一起射钉枪杀人案件，打死1人，打伤1人。2019年1月，河北省石家庄市公安机关经过近4个月的深入侦查，成功侦破一起特大网络贩枪案，刑事拘留221人，收缴以改制射钉枪为主的各类枪支303支，各类弹药3万余发。可见，尽管当前严打涉枪案件,但改制“射钉枪”问题依然突出［2］。对改制射钉枪的射击残留物进行检测和定量分析，对该类案件的侦查和控制具有重要意义。

迄今为止，无损的光谱成像检验技术仍是法庭科学领域最有吸引力和最有效的检验技术方法之一，在各种类型物证检验鉴定中占有重要地位。红外光光谱成像是通过红外成像光谱仪记录被检验物体在一定光谱范围内密集均匀分布的多个窄波段单色光的红外反射光亮度分布或红外荧光亮度分布，形成一个单色光影像集［3］。对红外光谱成像技术在射击残留物检验方面的研究是红外光谱成像方法一个新的内容，为此，有必要对该技术方法进行实验研究。在探讨红外光谱成像检验射击残留物的过程中发现，该项技术是检验射击残留物的新的检验技术手段。

以近年来常见的改制射钉枪为研究对象（改制的射钉枪是利用射钉枪空包弹内的火药为动力发射金属钢珠子弹，发射的钢珠子弹比动能达40.67J/cm2至46.33J/cm2）。在2m范围内选择不同的射击距离，观察弹着点周围的射击残留物的性状，检测射击残留物的分布形态和分布面积，初步建立了检测技术方法，为检验该种类枪支的近距离射击提供了检验依据。

1 实验原理

当物体受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的变化，产生分子振动或转动能级从基态到激发态的跃迁，使得相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的透射率与波数、波长的关系曲线，可以得到红外光谱。因而不同的物质会有不同的红外光谱，采用红外光谱成像能够对物品进行定性分析［4］。

光谱成像仪采集影像的原理是通过专用的计算机软件，按照预先设定的参数在计算机上自动操作CCD照相机，独创性地借助液晶可调波长滤光镜，使其与CCD照相机偶合记录检材在相应波段的亮度分布，一次性记录数十张单色影像，图像采集完毕后得到的众多单色影像以“TIFF”格式存储在计算机中，形成一个光谱影像集，以便进一步加以分析、处理［5］。

深色背景下，射击残留物在可见光区域的吸收能力与被检物接近，而在红外光谱区域则存在很大的差异，这种差异是构成红外光谱成像技术检验的基础。

2 实验条件

2.1 实验设备

实验利用设备及规格包括：美国CRI公司的Nuance多光谱影像分析系统；液晶红外滤光器规格：Varispec400；三星笔记本电脑及Nuance专用CRI处理软件；卤素灯；自制载物平台。

2.2 实验材料

射击痕迹承痕体分别为涤纶、纯棉、木板、瓦楞纸等物体；改制的射钉枪；标准电动测距卷尺；耳罩；护目镜等。

2.3 实验样本制作

实验分别以涤纶、纯棉、木板、瓦楞纸等物体为目标物，用改制的射钉为实验用枪，在自制载物台上按30cm、60cm、180cm的距离分别对其进行瞄准射击，获取3个样本为一组。同理，在不同物面上按上述操作制作样品，共获取6组，合计18个样本，如表1所示。

表1 射击样本的质地与距离取样一览表

在室温环境下，将实验样本置于自制载物平台上，选择适配光源进行配光，对准实验样品相应的部位，调整样本位置、放大倍率和镜头焦距，至计算机显示屏上出现待检部位的清晰影像。

进入CRI软件光谱扫描的界面，设置扫描范围、分辨率等一系列参数，打开Vs软件，设置相应的扫描范围、扫描时间等系列参数。实验将Vs处理软件的扫描范围设置为650～1000nm，间隔为10nm，扫描时间为1000～5000ms；将CRI处理软件的扫描范围设置为650～1000nm，在扫描的界面，对待检部位的影像进行依次扫描，曝光时间由成像光谱仪图像记录专用软件测定，然后作适当调整。

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司开发的自带软件对已输入影像所包含的信息进行去混合法的分析和调整处理。样品被光谱扫描后得到光谱影像集，它是光谱仪自动合成的伪彩色图像，每种波长间隔选择可以形成多个三原色组合，相应产生多个伪彩色图像，依次显示在屏幕上以供分析。

3 实验过程

3.1 红外光谱成像仪配置

多光谱影像分析系统前置液晶红外滤光器，通过增加红外液晶滤光器与可见光光谱成像仪的连接，使普通光谱成像仪的感受范围由原来的400～720nm增加至1000nm，且在650～1000nm范围内达到光谱波长每10nm可调，使用时将通道置于单色仪状态，如图1所示。

图1 红外液晶滤光器前置的光谱成像仪采集系统

3.2 筛选适用于红外光谱成像的光源

选择发光均匀且具有丰富红外线的通过二次汇聚的卤素光源，对称配光，使之具有穿透性强、广谱性、功率适中、发光效率高的基本特征。

3.3 实验操作步骤

3.3.1 影像的采集

将实验样本置于摄影平台上，选择两盏功率为50W的卤素碘钨呈45°角对称配光，对准实验样品相应的部位，调整样本位置、放大倍率和镜头焦距，至计算机显示屏上出现待检部位的清晰影像。

3.3.2 影像的扫描

进入CRI软件光谱扫描的界面，设置扫描范围、分辨率等一系列参数，打开Vs软件，设置相应的扫描范围、扫描时间等系列参数。本次实验将Vs处理软件的扫描范围设置为650～1000nm，间隔为10nm，对待检部位的影像进行依次扫描，曝光时间由成像光谱仪图像记录专用软件测定。

3.3.3 影像的分析

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司开发的自带软件对已输入影像所包含的信息进行去混合法的分析和调整处理。分析与处理样本被光谱扫描后得到的光谱影像，是光谱仪自动合成的伪彩色图像，每种波长间隔选择可能形成多个三原色组合，相应产生多个伪彩色图像，并可依次显示在屏幕上。通过对伪彩色图像的分析和处理，得到射击残留物部分有明显反差的图像。

4 实验结果与讨论

针对不同质地物体在不同设定距离上的射击痕迹，分别进行图像采集、影像扫描导入软件数据库、计算机伪彩色图像合成分析，得出相应的射击残留物检出情况，并与白光下的观察结果加以对照，如表2所示。

表2 不同射击距离上射击残留物的检出情况

从上表中的实验统计数据可以看出，白光与光谱成像检测出的射击残留物都与射击距离有关。但是不同质地、颜色的物体在白光下观察颜色对射击残留物的检出干扰极大，深色纺织品上甚至在射击距离为30cm时都辨别不出射击残留物的存在。而利用红外光谱成像的伪彩色图，可以较为清晰地予以分辨。下面列举出具有典型意义的检测对比图。

4.1 背景复杂表面上射击残留物检验效果

背景复杂的表面上射击残留物不易被观察发现，而红外光谱成像获取的图像能反映出射击残留物在弹孔周围的分布。图2和图3是黑白相间纯棉织物上距离60cm射击残留物自然光下和红外光谱成像分别获取的图像。

图2 黑白相间纯棉织物上射击残留物自然光下观察

图3 黑白相间纯棉织物上射击残留物的红外光谱成像图

4.2 深色纯棉织物上射击残留物检验效果

深色纯棉织物上射击残留物的发现一直是一个难题，在自然光条件下肉眼及其他方法很难观察到射击残留物，而红外光谱成像能够轻而易举的采集到深色纯棉织物上的射击残留物。图4和图5是深色棉布上距离180cm射击产生的残留物用普通相机和红外光谱成像系统分别获取的图像，图中普通相机几乎见不到射击残留物，但红外光谱成像系统获取的图像能反映出射击残留物在弹孔周围的分布。

图4 深色纯棉织物上射击残留物自然光下观察

图5 深色纯棉织物上射击残留物的红外光谱成像图

4.3 浅色物体上射击残留物检验效果

浅色物体上红外光谱成像更能表现射击残留物的发布状态。图6和图7是瓦楞纸上距离180cm射击残留物自然光下和红外光谱成像分别获取的图像，图7中红外光谱成像获取的图像能反映出射击残留物在弹孔周围及更远处的分布状态。

图6 瓦楞纸上射击残留物自然光下观察

图7 瓦楞纸上射击残留物的红外光谱成像图

4.4 石膏板以及浅色布料表面上射击残留物检验效果

石膏板以及浅色布料表面的近距离射击残留物可以为人眼观察到，但距离射击孔较远的部位不易被发现，而红外光谱成像检验很容易扑捉到距离射击孔较远的射击残留物，图8和图9是白色石膏板上距离60cm射击的结果，肉眼观察可以看到弹孔周围的少量射击残留物，红外光谱成像系统则在外围采集到较多的射击残留物。

图8 石膏板上射击残留物自然光下观察效果

图9 石膏板上射击残留物的红外光谱成像图

5 结论

实验发现：（1）射钉枪改制的枪支较制式枪支的射击残留物分布的密度大且量大，这可能是因为发射火药的质量和枪弹射击过程中的气密性有关。（2）根据射钉枪改制枪支射击残留物的分布半径红外光谱成像图可推算射击距离。

红外光谱成像检验具有形态检验和成分分析双重作用，红外光谱影像集通常包含了数十幅单色红外光影像，并且这些数字影像中的信息是相互关联的，因此它在信息数量和质量上占有明显优势；红外光光谱成像检验能够弥补常规成像检验方法的不足。无损的影像检验是物证检验领域最有吸引力和最有效的检验技术方法，在各种类型物证检验鉴定中占有重要地位。刑事影像检验方面的任何技术改善和进步，都将在物证检验实践中显示出重要的积极作用。红外光谱成像技术将为射击残留物检验技术带来新的发展机遇，相信经过更广泛和深入的技术和应用研究，红外光谱成像技术将被证明是射击残留物检验领域有价值的检验方法。