近红外区域无损显现热敏纸上的指印＊

刘 旭，尹雨晴，代雪晶

（中国刑事警察学院，辽宁 沈阳 110000）

热敏纸因其字迹轮廓清晰、图文对比度好、使用方便等特点，在许多领域得到了广泛的应用，例如超市小票、ATM机使用票证、彩票、心电图纸、电影票、传真纸等[1]。随之热敏纸在各种犯罪现场也大量出现，热敏纸上的指印显现与提取成为一个需要解决的问题。通常提取热敏纸上的指印方法包括利用茚三酮熏显法[2]，502胶熏显法，粉末显现法，微量加热成像技术[3]红外辐射法[4]等方法进行处理。这些显现方法在显现时都有不同的效果，但都对检材存在破坏。

本研究使用了非接触、无破坏的光学显现手段对热敏纸上的未处理指印进行显现提取研究。同时根据显现效果选取合适的配光波段与滤光镜进行观察，确定最佳显现条件；分析了在一段时间后陈旧指印通过该方法的显现效果；被污染情况下指印的显现效果。经过分析该方法显现效果好，不破坏检材，灵敏度高，对提取检材上其他的物证信息不存在影响。

1 实验原理

热敏纸是在优质的纸张上涂布一层热敏涂料，主要成分为苯酚类或者其他酸性涂料[5]。在365 nm的紫外线照射下，热敏纸的热敏图层会发出亮白色荧光。根据罗卡德物质交换原理[6]，在指纹接触热敏图层时，由于手指上带有汗液、油脂等成分会与热敏图层产生相互作用，从而形成在热敏纸上的指印痕迹。此时利用365 nm的紫外线照射并且通过700 nm的滤光镜观察会形成亮背景下的暗纹线，从而将指印显现出,如图1所示。

图1 实验装置图

2 材料和方法

2.1 实验器材

佳能EOS70D红紫外数码相机1台、多波段光源1套、美国Botcat Varispec光谱成像系统、手套、护目镜、热敏纸、翻拍架、滤光镜（若干）、透明比例尺。

2.2 实验样本

超市使用后的热敏纸共5张。4名同学在捺印指印之前用清水洗手，自然风干后再戴上手套2 min，然后在热敏纸上捺印指纹。剩余一张用于选择合适配光波段以及合适滤光镜，选择指纹纹线清晰的同学捺印。注意操作人员全程需要佩戴手套，以防止操作人员在对实验样本造成污染。

2.3 实验操作

首先选择合适的配光波段，依次使用自然光（a）、365 nm波段（b）、415 nm波段（c）、440 nm波段（d）的光线对已捺印有指纹的热敏纸进行拍摄在相机前加700 nm的滤光镜，得到图2结果。

图2 检材原貌及三种波段下显现对比效果

在365 nm波段照射下有明显的反差，且热敏纸上的打印文字对指印纹线影响较小，在415 nm波段照射下也会有指印纹线，但反差会更小并且热敏纸上的打印文字部分对指印纹线影响较大。在440 nm波段照射下仍然会有指印的显现但相比于前两个反差更小，同时无法有效降低热敏纸上打印文字对指印纹线的干扰。因此综合比较在365nm波段的配光条件下指印显现效果最好。

对合适的滤光镜进行选择，在使用365 nm波段配光的条件下，在红紫外相机前依次加装700 nm（a）、730 nm（b）、800 nm（c）、850 nm（d）的滤光镜进行拍摄，得到图3结果。

图3 在四种波段下显现的对比效果

随着滤光镜波段的不断加长，在相机各个参数不变的情况下，整个图片的画面亮度降低，对比度降低。在800 nm和850 nm的滤光器下则无法再用肉眼对指印进行分辨。

具体实验操作时，将红紫外数码相机固定在翻拍架上，相机镜头前加装700 nm波段的滤光镜，使用多波段光源以365 nm波段进行配光。最后手动调焦，在指印纹线清晰的情况下对实验样本进行拍照。

由于滤光镜本身具有一定的局限性，不能系统地对各个波段下热敏纸反射光亮度分布进行准确表示。本次实验中结合光谱成像技术，光谱成像是通过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反射光亮度分布或荧光亮度分布，形成由许多单色光影像构成的光谱影像集[7]。本次实验利用光谱成像系统记录波段在400～720 nm。能够反应在400～720 nm波段内且使用多波段光源在365 nm、415 nm、440 nm波段配光条件下，热敏纸空白部位与指印纹线以及热敏纸上打印文字之间的光谱关系，如图4所示。特征点（x，y）=（573，125）即黑色点标记的光谱曲线代表热敏纸空白部位，特征点（x，y）=（825，480）即黑色实线的光谱曲线代表指印纹线部位，特征点（x，y）=（1312，476）即白色点标记的光谱曲线代表热敏纸上打印文字部位。

图4 在365 nm、415 nm、440 nm波段配光利用光谱成像系统记录400～720nm之间光谱反射曲线

对光谱曲线进行分析，在365 nm和415 nm配光条件下且光谱曲线在440～540nm范围内存在有巨大反差。但是光谱成像系统拍摄由于像素低，指印细节反应较差。光谱曲线在690～700nm的这个区间上指印的细节反应清晰。虽然整体图像亮度偏暗但是肉眼可以对指印的细节特征进行观察。

通过对光谱曲线进行分析，由于人类视觉系统感知的亮度与显示器实际显示的亮度为非线性关系。这两者的关系在学术上称之为“伽马线性变换”。人眼与机器对光线的感知示意图如图5所示。

图5 机器与人眼对亮度敏感度示意图

其中a曲线代表人眼对亮度感知度，b线段代表机器对亮度感知度。在A点与B点机器的感知差异为AB之间的距离，但在人眼的视觉效果则表现出C与D的关系，因此在人眼的观察中这段差异被放大。伽马线性变换处理后的图像和原图的比较如图6所示，伽马参数设置为2.2。

图6 原图（左）与伽马线性变换后效果图（右）

综上所述，在该种热敏纸上的汗潜手印可以利用365 nm波段的紫外光源配光结合红紫外数码照相机在700 nm波段进行显现记录是可行的。

3 探究在四种不同条件下该方法显现效果

通过上述实验可以得出该方法可以拍摄记录该种热敏纸上的汗潜指印，且具有良好的显现效果。以下实验是探究了4种不同条件下该方法显现指印的效果。（1）户外放置一周后的指印显现效果；（2）室内存储一周后的指印显现效果；（3）被水喷淋后的指印显现效果；（4）被油污涂抹后的指印显现效果。

3.1 实验样本

超市中正常使用后的热敏纸4张。4名同学在捺印指印之前用清水洗手，自然风干后再戴上手套2 min，然后在热敏纸上捺印指纹。

3.2 实验操作

将所得到4名同学捺印的指印。分成四组，将（a）组在户外放置一周；将（b）组在室内存放一周；将（c）组用水进行喷淋；将（d）组利用油污进行涂抹。得到如图7。

图7 四种不同条件下的拍摄效果

对上述影响因素分析，在（a）组（户外组）和（b）组（室内组）的条件下均可以对指印进行显现，对指印显现影响最大的是（c）组（水淋组），其次是（d）组（油污组）。对（a）组和（b）组两种条件的指印进行观察比较，在（a）组显现效果较差，（b）组显现效果较好。在户外环境下，灰尘是主要影响因素。（c）组和（d）组是因为水和油脂对热敏图层的反应与汗液对热敏图层的反应类似，因此产生大面积阴影使得指印纹线浸没在阴影之中，从而无法实现对指印的观察。

4 实验讨论

相比于传统方法，利用365 nm波段的紫外光线进行配光，通过700 nm波段滤光镜进行观察记录的这种方法更加便捷，且显现效果较好。同时本次实验也存在有不足，由于只是选择了若干波段进行配光，所以无法准确测得最佳配光波段。另外，本次实验仅对一个种类的热敏纸进行了实验，因此不能代表所有热敏纸。

5 结论

在近红外区域显现热敏纸上未处理的指印，作为光学无损检验方法的一个具体运用，符合当前公安实践工作中提出的光学无损的要求，而且操作简便，方便快捷，显现效果显著，显现效率高，不会破坏检材的原始性，相比于传统的化学显现热敏纸上的潜在指印具有很大的优势[8]。实验结果显示在365 nm波段配光且通过700 nm波段滤光镜观察热敏纸上的指印显现效果最佳。综上所述，在近红外区域显现热敏纸上的未处理指印具有一定的实际应用价值。