譚鐵君， 衛(wèi) 科， 祝春玲

(1.西南政法大學刑事偵查學院， 重慶 401120； 2.重慶高校刑事科學技術(shù)重點實驗室， 重慶 401120)

0 引言

槍彈痕跡是指槍支發(fā)射時，在射擊彈頭、彈殼、槍械和射擊客體上形成的痕跡。槍彈痕跡是在涉槍案件的犯罪現(xiàn)場中出現(xiàn)頻率最高的痕跡，對于偵查活動的開展有著指引作用。偵查人員能夠通過現(xiàn)場提取到的槍彈痕跡判定事件性質(zhì)，可分析、判斷槍擊事件是刑事案件還是意外事件或者不幸事故，特別是對確定自殺或他殺性質(zhì)時有著極其重要的作用；反映槍支射擊情況，為重建現(xiàn)場提供依據(jù)；認定發(fā)射槍支，明確偵查的重點；對槍彈痕跡進行鑒定，為偵查并案、確定作案情節(jié)、認定行為人等提供證據(jù)，為偵查破案縮小范圍。

擊針頭痕跡是槍支射擊后，在彈殼底部表面形成的、反映槍械擊針頭外表結(jié)構(gòu)特點的痕跡。這些痕跡絕大多數(shù)形成于射擊過程中，痕跡深而明顯，且不易被覆蓋。目前，槍彈痕跡檢驗主要是運用顯微鏡或者圖像處理軟件，對痕跡形態(tài)進行觀察比對，對鑒定研究人員的主觀綜合評判的依賴性較強，缺乏客觀、量化的痕跡比對標準。隨著3D顯微技術(shù)的發(fā)展，可以嘗試從三維立體視角入手，通過超景深三維立體顯微鏡的三維立體測量功能，對彈殼擊針頭痕跡的深度、體積和表面積等特征進行三維立體測量，為槍彈痕跡的檢驗鑒定提供量化的數(shù)據(jù)支持。

在鑒定中，以準確的數(shù)據(jù)說明需要鑒定的彈殼擊針頭痕跡間的相似度，減少對鑒定人主觀經(jīng)驗的依賴性，不僅使槍彈痕跡鑒定更加科學可靠，也為檢驗鑒定提供了一種新方法。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高科技被運用到司法鑒定中來。在槍彈痕跡鑒定這一領(lǐng)域，對擊針頭痕跡的鑒定有望實現(xiàn)客觀的數(shù)據(jù)化鑒定，以減少對鑒定人員主觀綜合評斷的依賴，進而得出更加客觀、可靠的鑒定意見。因此，本文從三維立體檢驗視角，通過特征數(shù)據(jù)量化彈殼上擊針頭痕跡。

1 實驗

1.1 器材

選取54、77、64式3種手槍各一把，每支槍射擊200發(fā)子彈，并隨機抽取每支槍射擊的彈殼樣本各20枚，3支槍射擊的彈殼樣本總計60枚。將每一枚彈殼依次編號，貼上自粘性標簽紙。其中1～20號是54式手槍發(fā)射的51式7.62 mm手槍彈彈殼，21～40號是77式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈彈殼，41～60號是64式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈彈殼。使用日本產(chǎn)超景深三維立體顯微鏡一臺，生產(chǎn)廠家為Keyence，儀器型號為VHX-1000C，測量精度可達10-6m，如圖1、2所示。

圖1 Keyence三維立體光學顯微鏡

圖2 部分彈殼編號

1.2 方法

實驗時，將超景深三維立體顯微鏡放置在水平的桌面上(用水平儀測準)，以防止由于超景深三維立體顯微鏡放置不平帶來的測量誤差，粗略地調(diào)整超景深三維立體顯微鏡載物臺的高度，隨機取一枚彈殼放到載物臺上，將超景深三維立體顯微鏡的清晰邊緣調(diào)節(jié)到擊針頭痕跡的口徑表面，按下控制板的“深度合成/3D”鍵，使用控制板上的對焦調(diào)整旋鈕，直到在擊針頭痕跡凹陷最深處對焦為止。超景深三維立體顯微鏡就開始合成彈殼擊針頭痕跡的3D立體圖像，當3D立體圖像合成之后，即可觀測數(shù)據(jù)，如圖3所示。超景深三維立體顯微鏡的調(diào)試結(jié)束之后，要將觀測系統(tǒng)固定下來，保證在相同的條件下觀察測量每一枚彈殼。

在槍支擊發(fā)過程中，由于做功機件多，作用力大，且彈殼在拋出槍外后和地面上的堅硬客體接觸，會造成部分彈殼的彈殼口發(fā)生細微的變形。進而在測量彈殼的時候，不能將彈殼水平的倒立放置在超景深三維立體顯微鏡的載物臺上，這樣測量出來的數(shù)據(jù)會有誤差。為了減少彈殼不能放置水平帶來的測量誤差，對每一枚彈殼都采取了多次測量取平均值的方法，以每一枚彈殼底部的標識符號為參考，分別將標識符號朝向東、西、南、北4個方向，每個方向分別測量一次數(shù)據(jù)(或者每測完一次數(shù)據(jù)就順時針旋轉(zhuǎn)90°直到360°)，即每一枚彈殼測量4次數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)之后再取平均值，該平均值就作為這枚彈殼的測量數(shù)據(jù)加以記錄。3D立體圖像合成后，用鼠標點擊“標尺”-“高度/彩色”就可以得到帶有三維坐標標尺的三維立體圖像。再點擊“測量”-“測量體積”就可以分別測量出彈殼擊針頭痕跡凹陷部分的體積和表面積。由于超景深三維立體顯微鏡不能自動選擇區(qū)域進行測量，測量的深度和口徑大小都是人工選擇，會產(chǎn)生一定的誤差。為了減少人工選擇測量帶來的誤差，采取了以彈殼擊針頭痕跡凹陷最深處沿Z軸向上400 μm或200 μm處為高度，測量每一枚彈殼的擊針頭痕跡在此高度處的體積和表面積的平均值。

在具體的操作過程中，可以視情況來選取Z軸方向上的高度。預實驗表明，最好取擊針頭痕跡凹陷深度的二分之一，因為靠近擊針頭痕跡凹陷底部，測量出來的體積和表面積的數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性。由于54式手槍發(fā)射的51式7.62 mm手槍彈的擊針頭痕跡較深，實驗時擊針頭痕跡在Z軸上的高度取為400 μm；由于77式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈的擊針頭痕跡較淺，實驗時擊針頭痕跡在Z軸上的高度取為200 μm。為了進行數(shù)據(jù)比較分析，對64式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈的擊針頭痕跡在Z軸上的高度分別取為200 μm和400 μm，如圖3所示。

具體的測量操作為先點擊“測量”-“測量體積”分別測量射擊彈殼擊針頭痕跡凹陷部分的體積和表面積，此時要將測量的口徑選取到最大，如圖3中a所示；其次，再將射擊彈殼擊針頭痕跡凹陷最深處的測量線沿Z軸向上拉至Z軸400 μm處，如圖3中b所示；最后，點擊“測量凹陷”，即可得出以射擊彈殼擊針頭痕跡凹陷最深處沿Z軸向上400 μm處為高度的體積和表面積，如圖3中c所示。再重復3次上述測量操作，取體積和表面積的平均值加以記錄。

圖3 擊針頭痕跡的體積、表面積和截面積的測量

對彈殼擊針頭痕跡凹陷深度進行測量時，首先，將超景深三維立體顯微鏡的清晰邊緣調(diào)節(jié)到擊針頭痕跡的口徑表面，使用控制板上的對焦調(diào)整旋鈕，直到在擊針頭痕跡凹陷最深處對焦為止；其次，按一下小鍵盤上的“深度合成/3D”鍵，超景深三維立體顯微鏡就開始合成彈殼擊針頭痕跡的3D立體圖像，這個3D立體圖像測出來的高度就是擊針頭痕跡的口徑表面到擊針頭痕跡凹陷最深處的深度；然后，用鼠標點擊“標尺”-“高度/彩色”測量出彈殼擊針頭痕跡的深度。由于在擊針頭痕跡的口徑表面不能夠精確的選取測量位置，會導致測量結(jié)果有一定的偏差，在后面的數(shù)據(jù)分析中再分析具體的結(jié)果。對彈殼上擊針頭痕跡的縱切面進行測量時，在擊針頭痕跡的內(nèi)壁邊緣上選擇兩點，使其經(jīng)過圓心，調(diào)解兩點的高度，測出擊針頭痕跡凹陷底部的縱切面輪廓和兩點間的寬度，如圖3中d所示。

本實驗記錄測量數(shù)據(jù)使用了3種方式，第一種是利用超景深三維立體顯微鏡自帶電腦系統(tǒng)的圖像保存功能，既可以保存合成的3D立體圖像，又可以將體積和表面積的測量數(shù)據(jù)保存下來；第二種是利用超景深三維立體顯微鏡自帶電腦系統(tǒng)的數(shù)據(jù)列表功能，將體積和表面積的數(shù)據(jù)以列表的形式加以保存；第三種是人工記錄，用簽字筆和A4紙手動列表記錄，再人工轉(zhuǎn)化為電腦Excel表格形式，實驗數(shù)據(jù)如表1～4所示。

2 實驗數(shù)據(jù)的分析與討論

2.1 擊針頭痕跡的體積、表面積識別參數(shù)分析

根據(jù)實驗中測得的體積、表面積數(shù)據(jù)的平均值繪制散點圖，X軸表示彈殼的編號，Y軸表示對應編號的彈殼擊針頭痕跡體積、表面積平均值，如圖4、5所示。其中，系列1(54式手槍)、系列4(64式手槍)為深度取為400 μm時，測量出來的擊針頭痕跡體積和表面積平均值；系列2(77式手槍)、系列3(64式手槍)為深度取為200 μm時，測量的擊針頭痕跡體積和表面積平均值。比較圖4、5中的每一個系列數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在同一測量深度下，同一槍射擊的不同彈殼上的擊針頭痕跡體積、表面積數(shù)值幾乎在一條水平線上，雖有波動，但很小。而不同槍射擊的擊針頭痕跡體積、表面積數(shù)值存在較大差異。

為了防止測量中震動、彈殼口沿變形等意外因素干擾，比較分析前應將每組誤差較大的數(shù)據(jù)去除。在系列1中，去掉最小數(shù)461 772 075 μm3和最大數(shù)484 001 375 μm3，54式手槍射擊彈殼的擊針頭痕跡體積數(shù)值分布區(qū)間為469 895 775～482 595 875 μm3。在系列2中，去掉最小數(shù)75 818 097.5 μm3和最大數(shù)79 513 222.5 μm3， 77式手槍射擊彈殼的擊針頭痕跡體積數(shù)值分布區(qū)間為76 501 062.5～79 054 435 μm3； 在系列3中，去掉最小數(shù)109 991 925 μm3和最大數(shù)126 872 275 μm3， 64式手槍射擊彈殼的擊針頭痕跡體積數(shù)值分布區(qū)間為118 321 625～125 048 000 μm3。在系列4中，去掉最小數(shù)407 790 975 μm3和最大數(shù)426 054 825 μm3，64式手槍射擊彈殼的擊針頭痕跡體積數(shù)值分布區(qū)間為407 855 825～424 181 325 μm3，如表5所示。參照體積數(shù)據(jù)分析方法，去除最大數(shù)值和最小數(shù)值后，彈殼的擊針頭痕跡表面積數(shù)值分布區(qū)間如表6所示。

對上述數(shù)據(jù)進行比較分析發(fā)現(xiàn)：(1)同一槍射擊的同一種型號的彈殼，其擊針頭痕跡在同一深度

表1 擊針頭痕跡體積部分數(shù)據(jù) (單位：μm3)

表2 擊針頭痕跡表面積部分數(shù)據(jù) (單位：μm2)

注：表1、表2中：①編號1是54式手槍發(fā)射的51式7.62 mm手槍彈，深度取為400 μm；②編號21是77式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈，深度取為200 μm；③編號41是64式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈，深度取為200 μm；④編號41＇-60＇是64式手槍發(fā)射的64式7.62 mm手槍彈，深度取為400 μm。

表3 擊針頭痕跡深度部分數(shù)據(jù) (單位：μm)

表4 擊針頭痕跡縱切面寬度部分數(shù)據(jù) (單位：μm)

注：表3、表4中：①編號1是54式手槍發(fā)射的51式7.62 mm手槍彈；②編號21是77式手槍發(fā)射的7.62 mm手槍彈；③編號41是64式手槍發(fā)射的7.62 mm手槍彈。

處的體積、表面積是近似相同的。(2)不同種槍支射擊的同種彈殼，在擊針頭痕跡的同一深度處的體積、表面積的區(qū)別很大。如表5、6中77式手槍發(fā)射彈殼和64式手槍發(fā)射彈殼，這兩種手槍配的是同一種型號的子彈，但在深度同為200 μm處的體積、表面積數(shù)值區(qū)間依然有很大不同。(3)不同種槍支射擊的不同種彈殼，其擊針頭痕跡在同一深度處的體積、表面積更沒有可比性，區(qū)別非常大。如表5、6中54式槍彈發(fā)射彈殼和64式手槍發(fā)射彈殼，在深度同為400 μm處的體積、表面積數(shù)值分布區(qū)間差異巨大。由此可知，如果兩枚彈殼的擊針頭痕跡在同一深度處的體積、表面積不相同，區(qū)別很大，就可以確定這兩枚彈殼不是同一槍射擊的。如果事先能夠獲得某特定槍射擊彈殼的擊針頭痕跡的體積、表面積區(qū)間值(在某一深度下的測量值)，當嫌疑彈殼的擊針頭痕跡的體積、表面積數(shù)值正好在該槍區(qū)間值范圍內(nèi)，則不能排除這枚彈殼是該槍射擊的嫌疑。

2.2 擊針頭痕跡的深度、寬度識別參數(shù)分析

根據(jù)實驗中測得的深度數(shù)據(jù)的平均值繪制散點圖，X軸表示彈殼的編號，Y軸表示對應編號的彈殼擊針頭痕跡的平均深度值、寬度值(系列1、系列2、系列3分別對應54式手槍、77式手槍、64式手槍)，如圖6、7所示。

從圖6中可以清晰地看到，每個系列的深度平均值均不完全在一條水平線上，甚至出現(xiàn)了交叉的情況，數(shù)據(jù)波動較大，主要是因為彈殼擊針頭痕跡的口徑邊緣的測量位置不好統(tǒng)一，不同的位置測量出來的深度不一樣。同時，超景深三維立體顯微鏡在定位擊針頭痕跡凹陷底部最深處時，有其自身的誤差，所以在測量深度時誤差較大。在理論上，同一槍射擊的同一種型號的彈殼，深度值應該和體積值、表面積值一樣，穩(wěn)定在某一個區(qū)間范圍內(nèi)，但實驗測量數(shù)據(jù)表明3種槍并非如此，其數(shù)值相互之間接近，無法區(qū)分。當然，如果能夠解決以上測量誤差，精確測量，可以進一步驗證深度值是否可以作為彈殼擊針頭痕跡的識別參數(shù)。

圖4 體積數(shù)據(jù)散點圖

圖5 表面積數(shù)據(jù)散點圖

圖6 深度

從圖7中可以清晰地看到，同一槍發(fā)射的擊針頭痕跡的底部形態(tài)，在同一深度下測量出來的縱切面寬度幾乎都在一條水平線上，其特點與體積、表面積分析結(jié)果一致。參照體積數(shù)據(jù)分析方法，去除最大數(shù)值和最小數(shù)值后，不同槍發(fā)射的擊針頭痕跡縱切面寬度數(shù)值區(qū)間見表7所示。

2.3 擊針頭痕跡底部形態(tài)分析

在測量數(shù)據(jù)的同時，可以觀察到擊針頭痕跡的3D立體圖像，在傳統(tǒng)的二維視角中只能看到擊針頭痕跡凹陷那一面的形態(tài)特征，看不到翻轉(zhuǎn)過來凸起那一面的形態(tài)特征。超景深三維立體顯微鏡可以做到這一點，在合成3D立體圖像的基礎(chǔ)上，將圖像翻轉(zhuǎn)過來，可以很清晰地看到彈殼擊針頭痕跡凹陷底部向外凸起的形態(tài)特征。擊針頭痕跡翻轉(zhuǎn)過來凸起那一面就像一頂“帽子”，如圖8所示。

從圖8中，可以清晰地看到擊針頭痕跡翻轉(zhuǎn)過來凸起“帽子”的頂部并不一樣，也不是平整的，實驗用54手槍擊針頭痕跡的頂部靠邊緣處有一處凸起，四周都環(huán)繞著這個凸起成斜坡狀逐漸展開，類似于一座小山包，其表面多處都表現(xiàn)為凹凸不平的形態(tài)。實驗用77、64式手槍擊針頭痕跡頂部是非常平滑的，類似于圓底鍋背面的形態(tài)，但二者具體形態(tài)有明顯區(qū)別，77式手槍擊針頭痕跡頂部較尖，64式手槍彈擊針頭痕跡頂部較平。這些特點在縱切面曲線圖里也有對應反映，54式手槍擊針頭痕跡曲線呈波浪形，高低不平，77式手槍擊針頭痕跡曲線平滑，頂部略尖，64式手槍彈擊針頭痕跡曲線平滑，頂部略平。對60枚彈殼上擊針頭痕跡底部形態(tài)進行綜合比對分析，可以得出以下結(jié)論：(1)同一槍射擊的彈殼擊針頭痕跡，翻過來凸起那一面的形態(tài)是非常相似的，都表現(xiàn)為同樣的形狀。如本實驗中20枚54式手槍的擊針頭痕跡，翻過來凸起那一面都類似于一座凹凸不平小山包的形態(tài)；(2)不同種槍支射擊的同種彈殼，擊針頭痕跡翻過來凸起那一面的形態(tài)也不一樣。如本實驗中，77和64式手槍配的是同一種型號的子彈，雖然二者擊針頭痕跡翻過來凸起那一面都類似于圓底鍋背面的形態(tài)，但是兩者的弧度大小、具體形態(tài)不同。可見，只有同一槍射擊的同一種型號的彈殼，其擊針頭痕跡翻過來凸起那一面的形態(tài)才是近似相同的。從另一個方面來講，如果兩枚彈殼的擊針頭痕跡翻過來凸起那一面的形態(tài)不相同，區(qū)別很大，就可以確定這兩枚彈殼不是同一槍射擊的。如果二者形狀相同，且如本實驗中的54式手槍擊針頭痕跡一樣，“帽子”的頂部形態(tài)極特殊，即可認定這枚彈殼為該槍支射擊的。理論上即使是同一種型號的槍支，在生產(chǎn)、加工過程中，以及在使用和保管過程中，每只槍的擊針頭都會形成各自獨特而穩(wěn)定的特征，上述實驗結(jié)果也間接證明了此理論。

圖7 縱切面寬度

表5 不同槍支擊針頭痕跡體積數(shù)值分布區(qū)間

表6 不同槍支擊針頭痕跡表面積數(shù)值分布區(qū)間

表7 縱切面寬度的比對表

圖8 54、77、64式手槍的擊針頭痕跡

3 結(jié)論

綜合以上對擊針頭痕跡的體積、表面積、深度和縱切面寬度數(shù)據(jù)的分析，以及擊針頭痕跡底部形態(tài)的對比，發(fā)現(xiàn)以擊針頭痕跡的痕底為基準，取相同深度測量時，同一槍射擊的不同彈殼上擊針頭痕跡的體積、表面積、縱切面寬度非常近似，都在某一個很小的區(qū)間范圍內(nèi)波動，數(shù)值變化小，很穩(wěn)定。通過不同槍痕跡數(shù)據(jù)的對比分析發(fā)現(xiàn)：(1)當測量深度相同時，不同槍種射擊同種槍彈的擊針頭痕跡的體積、表面積、縱切面寬度存在明顯差異；(2)當測量深度相同時，不同槍射擊不同種槍彈的擊針頭痕跡體積、表面積、縱切面寬度差異非常大。所以，基于3D光學測量技術(shù)對擊針頭痕跡的體積、表面積、縱切面寬度參數(shù)進行比較分析十分必要，擊針頭痕跡的體積、表面積、縱切面寬度參數(shù)具有較高的檢驗價值。由于彈殼上擊針頭痕跡的入口邊緣不規(guī)則，高低不平，不同位置測量出來的深度不一樣，使得擊針頭痕跡的深度參數(shù)檢驗價值降低。

同一槍射擊的同一種型號的彈殼，其擊針頭痕跡翻過來凸起那一面的形態(tài)是近似相同的，都表現(xiàn)為某一種固定的形狀。不同槍支射擊的彈殼，不論是同一種型號的彈殼，還是不同型號的彈殼，其擊針頭痕跡翻過來凸起那一面的形態(tài)都是互不相同的。

傳統(tǒng)的槍彈痕跡鑒定主要是運用二維的顯微鏡，對痕跡進行觀察比對，比對的結(jié)果在很大程度上是依靠鑒定人員的主觀綜合評斷，客觀量化的數(shù)據(jù)標準較少。運用超景深三維立體顯微鏡，以擊針頭痕跡的體積、表面積、從切面寬度以及凹陷底部的形態(tài)特征為識別參數(shù)，可以對彈殼擊針頭痕跡進行三維立體比對測量，提供客觀量化的鑒定依據(jù)。在具體的鑒定過程中要具體情況具體分析，不能生搬硬套，只要檢驗方法得當，利用3D光學測量技術(shù)進行鑒定是可行的，基于3D光學測量技術(shù)的彈殼上擊針頭痕跡檢驗十分精確。