烧毁彩票表面遗留书写字迹的光学检验
2022-07-19杨玉柱
杨玉柱
(中国人民公安大学侦查学院， 北京 100038)
0 引言
彩票属于热敏纸，热敏纸上的打印字迹受到时间、光照、热源等因素的影响会退色、消失，肉眼看不见或看不清。对于这样打印字迹可以利用恒温箱加热法再现[1]，也可以利用光致红外线发光照相法显现[2]。如果彩票打印字迹表面遗留有重要的书写字迹，当彩票烧毁后属于烧毁文件，纸张变脆，保存能力差，通常呈现焦化(150～250 ℃，发黄变黑)、炭化(250～350 ℃，灰黑色)或灰化(350～400 ℃，灰白色)3种表现变化状态[3-4]。烧毁后的彩票，整个彩票表面遗留的打印字迹会完全消失，不论其处于何种烧毁状态，即使采用恒温箱加热法和光致红外线发光照相法也无法显现。处于灰化状态的彩票表面遗留书写字迹已经不具备显现条件，因为彩票纸张几乎成粉末状灰烬。处于焦化和炭化状态的彩票表面遗留书写字迹能否清晰显现，目前国内外未见报道。烧毁文件、变造文件采用红外线照相技术进行光学检验可以取得很好的效果[5-6]，借鉴此经验，本文运用配光检验技术、红外线反射照相技术对焦化、炭化烧毁彩票表面遗留的黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、红色圆珠笔字迹、绿色圆珠笔字迹、蓝色可擦笔字迹、黑色可擦笔字迹、蓝色自动消失笔字迹、黑色中性笔字迹、红色中性笔字迹和黑色水性笔字迹进行光学检验实验，分析总结书写字迹显现的最佳光学检验方法和影响书写字迹显现效果的因素和条件，为公安实践中检验热敏纸类纸张表面遗留书写字迹提供参考。
1 实验原理
1.1 配光检验技术原理
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。按照物质表面反射光的空间分布形式，可以将物质分为3种类型：定向反射物质、漫反射物质、混合反射物质[7]。焦化烧毁彩票表面和小部分书写字迹属于定向反射物质，大部分书写字迹属于混合反射物质，在选择合适的光源种类和光照角度的情况下，焦化烧毁彩票表面和书写字迹之间会形成明显的亮度差，从而显现书写字迹。
1.2 红外线反射照相技术原理
用含红外线光辐射照射被摄物体，然后用红外滤光镜把物体反射(或透射)的红外线分离出来，让这些红外线进入光学镜头形成物体反射(或透射)的光学影像[8]。炭化烧毁彩票表面对红外线呈反射状态，有些书写字迹对红外线呈反射状态，有些书写字迹对红外线呈吸收状态。当炭化烧毁彩票表面与书写字迹之间存在明显亮度差时，书写字迹得到清晰显现。当炭化烧毁彩票表面与书写字迹之间不存在亮度差或者亮度差不明显时，书写字迹不能显现或者反差极弱。
2 实验部分
2.1 实验设备
尼康全画幅单反数码相机D800机身；尼康60 mm微距镜头；尼康PK-2近摄接圈；翻拍架；散射光源；点光源；平行光束光源；台灯；白炽灯；红外线理疗灯；720 nm红外线滤光镜；760 nm红外线滤光镜；850 nm红外线滤光镜；950 nm红外线滤光镜。
2.2 样本制作
选取若干张大乐透或者双色球彩票，在有打印字迹表面上书写黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、红色圆珠笔字迹、绿色圆珠笔字迹、蓝色可擦笔字迹(实验中使用1小时后擦除字迹)、黑色可擦笔字迹(实验中使用1小时后擦除字迹)、蓝色自动消失笔字迹(数小时后字迹自动消失)、黑色中性笔字迹、红色中性笔字迹和黑色水性笔字迹等10种备用样本，10种样本字迹在室内散射光下拍照效果如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示。图5和图7是刚书写完的可擦笔字迹效果，实验中不使用。实验中使用图6和图8，是放置1小时后擦除字迹的效果。
图1 黑色圆珠笔
图2 蓝色圆珠笔
图3 红色圆珠笔
图4 绿色圆珠笔
图5 蓝色可擦笔
图6 蓝色可擦笔字擦除
图7 黑色可擦笔
图8 黑色可擦笔字擦除
图9 蓝色自动消失笔
图10 黑色中性笔
图11 红色中性笔
图12 黑色水性笔
选取图1、图2、图3、图4、图6、图8、图9、图10、图11和图12等10个备用样本，放在用煤气燃烧加热5 min后的平底铁锅上烘烤制成10个焦化烧毁实验样本，样本纸张处于黄黑状态，字迹肉眼隐约可见，大部分字迹反差较弱，在室内散射光下拍照效果如图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22所示。
图13 黑色圆珠笔
图14 蓝色圆珠笔
图15 红色圆珠笔
图16 绿色圆珠笔
图17 蓝色可擦笔字擦除
图18 黑色可擦笔字擦除
图19 蓝色自动消失笔
图20 黑色中性笔
图21 红色中性笔
图22 黑色水性笔
配光检验技术实验结束后，继续烘烤制成10个炭化烧毁实验样本，样本纸张处于灰黑状态，并有断裂、起泡现象，黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、红色圆珠笔字迹、绿色圆珠笔字迹和红色中性笔字迹肉眼无法看到字迹，蓝色可擦笔字迹、黑色可擦笔字迹和蓝色自动消失笔字迹肉眼隐约可见反差极弱，黑色中性笔字迹和黑色水性笔字迹肉眼隐约可见反差较弱，在室内散射光下拍照效果如图23、图24、图25、图26、图27、图28、图29、图30、图31和图32所示。
图23 黑色圆珠笔
图24 蓝色圆珠笔
图25 红色圆珠笔
图26 绿色圆珠笔
图27 蓝色可擦笔字擦除
图28 黑色可擦笔字擦除
图29 蓝色自动消失笔
图30 黑色中性笔
图31 红色中性笔
图32 黑色水性笔
2.3 实验方法
(1)配光检验技术拍照方法。在暗室内，将装有尼康60 mm微距镜头和尼康PK-2近摄接圈的尼康全画幅单反数码相机D800安装在翻拍架上，保证镜头光轴垂直于载物台平面。照相机感光度调节在ISO1600，光圈处于固定位置F7(加近摄接圈后光圈大小无法调节)。上下升降照相机，先对准纸张边缘调焦清晰后，再让书写字迹全部落在取景范围内。分别采用点光源、平行光束光源和散射光源，运用配光检验技术中的暗视场照明技术、均匀照明技术、侧面照明技术和掠入射照明技术分别对10种焦化烧毁实验样本上的书写字迹进行配光观察拍照。拍照时快门速度分别使用1/15 s、1/8 s、1/4 s、1/2 s、1 s，采用系列曝光的方法，观察样本字迹显现效果后，选取最佳曝光时间。
(2)红外线反射照相技术拍照方法。在室内散射光下，将装有尼康60 mm微距镜头和尼康PK-2近摄接圈的尼康全画幅单反数码相机D800安装在翻拍架上，保证镜头光轴垂直于载物台平面。照相机感光度调节在ISO6400，光圈处于固定位置F7。上下升降照相机，先对准纸张边缘调焦清晰后，再让书写字迹全部落在取景范围内。分别采用白炽灯、红外线理疗灯做光源，45°角均匀配光。相机镜头前分别加装720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜对10种炭化烧毁实验样本进行红外线反射照相，曝光时间为30 s。
3 实验结果、分析与讨论
3.1 配光检验技术实验结果与分析
对10种焦化烧毁实验样本，分别采用暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术进行拍照，能显现书写字迹，显现字迹效果达到检验鉴定的要求，照片效果如表1所示。对10种炭化烧毁实验样本，分别采用暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术进行拍照，黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、红色圆珠笔字迹、绿色圆珠笔字迹和红色中性笔字迹无法显现，蓝色可擦笔字迹、黑色可擦笔字迹、蓝色自动消失笔字迹、黑色中性笔字迹和黑色水性笔字迹能够显现，但是反差较弱，照片效果同图27、图28、图29、图30、图32所示。
表1 不同配光检验技术方法拍照效果比对表
(1)黑色圆珠笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现黑色圆珠笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现黑色圆珠笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(2)蓝色圆珠笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现蓝色圆珠笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现蓝色圆珠笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(3)红色圆珠笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现红色圆珠笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现红色圆珠笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(4)绿色圆珠笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现绿色圆珠笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现绿色圆珠笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(5)蓝色可擦笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现蓝色可擦笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现蓝色可擦笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(6)黑色可擦笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术均能清晰显现黑色可擦笔字迹，而掠入射照明技术不能清晰显现黑色可擦笔字迹。其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术显现效果较差。
(7)蓝色自动消失笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术均能清晰显现蓝色自动消失笔字迹，其中侧光照明技术显现效果最好，均匀照明技术显现效果次之，暗视场照明技术和掠入射照明技术显现效果较差。
(8)黑色中性笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术均能清晰显现黑色中性笔字迹，其中侧光照明技术和掠入射照明技术显现效果最好，暗视场照明技术和均匀照明技术次之。
(9)红色中性笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术均能显现出微弱红色中性笔字迹，其中侧光照明技术和掠入射照明技术显现效果最好，暗视场照明技术和均匀照明技术次之。
(10)黑色水性笔字迹。暗视场照明技术、均匀照明技术、侧光照明技术和掠入射照明技术均能清晰显现黑色水性笔字迹，显现效果均良好。
3.2 红外线反射照相技术实验结果与分析
3.2.1 白炽灯做光源对10种炭化烧毁实验样本进行红外线反射照相实验
使用不同波段红外滤光镜、白炽灯做光源对10种炭化烧毁实验样本进行红外线反射照相实验，照片效果如表2所示。
表2 使用不同波段红外滤光镜、白炽灯做光源进行红外线反射照相拍照效果比对表
(1)黑色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现黑色圆珠笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能清晰显现黑色圆珠笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(2)蓝色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现蓝色圆珠笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能清晰显现蓝色圆珠笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(3)红色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现红色圆珠笔字迹。
(4)绿色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现绿色圆珠笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能清晰显现绿色圆珠笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(5)蓝色可擦笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现蓝色可擦笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能显现微弱的蓝色可擦笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(6)黑色可擦笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现黑色可擦笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能显现微弱的黑色可擦笔字迹，显现出的字迹基本达到检验鉴定的要求。
(7)蓝色自动消失笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现蓝色自动消失笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能清晰显现蓝色自动消失笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(8)黑色中性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能清晰显现黑色中性笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。显现效果最好的是使用850 nm红外线滤光镜。
(9)红色中性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现红色中性笔字迹。
(10)黑色水性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能清晰显现黑色水性笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。显现效果最好的是使用850 nm红外线滤光镜。
3.2.2 红外线理疗灯做光源对10种炭化烧毁实验样本进行红外线反射照相实验
使用不同波段红外滤光镜、红外线理疗灯做光源对10种炭化烧毁实验样本进行红外线反射照相，照片效果如表3所示。
表3 使用不同波段红外滤光镜、红外线理疗灯做光源进行红外线反射照相拍照效果比对表
(1)黑色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能显现黑色圆珠笔字迹，虽然书写字迹反差较弱，但是，基本能够达到检验鉴定的要求。
(2)蓝色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能显现蓝色圆珠笔字迹，虽然书写字迹反差较弱，但是，基本能够达到检验鉴定的要求。
(3)红色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现红色圆珠笔字迹。
(4)绿色圆珠笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现绿色圆珠笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能清晰显现绿色圆珠笔字迹，显现出的字迹达到检验鉴定的要求。
(5)蓝色可擦笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现蓝色可擦笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能显现反差较弱的蓝色可擦笔字迹，显现出的字迹基本能够达到检验鉴定的要求。
(6)黑色可擦笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现黑色可擦笔字迹。使用850 nm红外线滤光镜时能显现反差较弱的黑色可擦笔字迹，显现出的字迹基本能够达到检验鉴定的要求。
(7)蓝色自动消失笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能清晰显现蓝色自动消失笔字迹，书写字迹反差均较好，达到检验鉴定的要求。
(8)黑色中性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能清晰显现黑色中性笔字迹，书写字迹反差均较好，达到检验鉴定的要求。
(9)红色中性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均不能清晰显现红色中性笔字迹。
(10)黑色水性笔字迹。使用720 nm红外线滤光镜、760 nm红外线滤光镜、850 nm红外线滤光镜和950 nm红外线滤光镜时均能清晰显现黑色水性笔字迹，书写字迹反差均较好，达到检验鉴定的要求。
3.3 讨论
3.3.1 实验样本制作质量对拍照效果的影响
焦化烧毁彩票和炭化烧毁彩票在制作时一定要控制好加热的时间和温度，控制不好会导致彩票直接燃烧变成灰化烧毁彩票，灰化烧毁彩票表面遗留的书写字迹采用任何方法也无法拍照显现。使用煤气燃烧加热平底铁锅时，要先大火烘烤5 min，然后改成中小火烘烤，观察彩票纸张颜色的变化。颜色变黄转黑即制成焦化烧毁彩票，取出后进行实验拍照。拍照时注意轻拿轻放，不要折叠损坏，损坏后将无法进行后续的实验。配光检验技术方法实验结束后，将焦化烧毁彩票继续加热，观察彩票纸张颜色的变化，当彩票纸张由黄黑色变成灰黑色时即制成炭化烧毁彩票。炭化烧毁彩票在移动过程中不能用手直接抓取，而是用一张白纸托着，防止破碎损坏，影响后续实验拍照。
3.3.2 光源种类的选择对拍照效果的影响
配光检验技术拍照实验时，暗视场照明技术最好用点光源，均匀照明技术最好用台灯，侧光照明技术和掠入射照明技术最好用平行光束光源。红外线反射照相技术拍照实验时，红外线理疗灯做光源的拍照效果远远好于白炽灯做光源的拍照效果。因为红外线理疗灯720 nm、760 nm、850 nm和950 nm红外线的含量均远远高于白炽灯。
3.3.3 消失笔书写字迹烧毁状态对拍照效果的影响
消失笔可分为两大类：自动消失笔和可擦消失笔[9]。实验中发现，彩票表面遗留的消失笔字迹会随着温度的升高，本来消失的字迹会逐渐显现出来。焦化烧毁彩票表面遗留的消失笔字迹在配光检验技术拍照下均能清晰显现，炭化烧毁彩票表面遗留的消失笔字迹在配光检验技术拍照下显现效果较差。炭化烧毁彩票表面遗留的消失笔字迹在应用红外线反射照相技术拍照时，可擦笔字迹反差效果微弱，而自动消失笔字迹反差效果明显。
4 结论
实验证明，烧毁彩票表面遗留书写字迹可以运用光学检验方法显现，显现出的字迹清晰，达到检验鉴定的要求。
配光检验技术可以清晰显现焦化烧毁彩票表面遗留书写字迹，不能清晰显现炭化烧毁彩票表面遗留书写字迹。书写字迹显现效果与选用的配光方法有关，侧光照明技术适用于所有样本书写字迹，而且显现效果最好。暗视场照明技术、均匀照明技术和掠入射照明技术仅适用于部分书写字迹。
红外线反射照相技术可以清晰显现大部分炭化烧毁彩票表面遗留书写字迹，书写字迹显现效果与选用的光源种类和红外滤光镜波段有关。使用白炽灯做光源时，只有在相机镜头前加850 nm红外线滤光镜时，能够显现炭化烧毁彩票表面遗留的黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、绿色圆珠笔字迹、蓝色可擦笔字迹、黑色可擦笔字迹、蓝色自动消失笔字迹、黑色中性笔字迹和黑色水性笔字迹。但是，实验中的任何波段滤光镜都不能显现红色圆珠笔字迹和红色中性笔字迹。使用红外理疗灯做光源时，黑色圆珠笔字迹、蓝色圆珠笔字迹、蓝色自动消失笔字迹、黑色中性笔字迹和黑色水性笔字迹在相机镜头前加用实验中的任何波段滤光镜均能清晰显现，绿色圆珠笔字迹、蓝色可擦笔字迹和黑色可擦笔字迹在相机镜头前，只有加用850 nm红外线滤光镜时能够微弱显现，而实验中的任何波段滤光镜都不能显现红色圆珠笔字迹和红色中性笔字迹。公安实践中应该优先选用红外线理疗灯做光源，进行红外线反射照相显现炭化烧毁彩票表面遗留的书写字迹。
