歐依清 李悅 高玎 沈弘光 陸景港

摘 要：指紋是人身同一認(rèn)定的可靠證據(jù)，又是分析案情揭露犯罪行為的重要依據(jù)，因此，發(fā)現(xiàn)提取現(xiàn)場(chǎng)指紋在刑事偵查中具有重要意義。本文通過實(shí)驗(yàn)研究反射變換成像技術(shù)在提取指紋方面的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)反射變換成像技術(shù)與傳統(tǒng)攝影技術(shù)相比有著顯著的優(yōu)勢(shì)。指紋成像效果更加清晰，層次更加明顯，立體感更加強(qiáng)烈，指紋特征反映更加穩(wěn)定、完整可以不受或降低指紋附著客體表面劃痕、色彩、反光等對(duì)指紋的影響。

關(guān)鍵詞：反射變換成像技術(shù) ；提取指紋；紋特征

在刑事偵查過程中，痕跡物證是還原整個(gè)案件過程的主要信息，指紋更是重中之重，指紋因其“人各不同、終身基本不變”的特點(diǎn)，被尊為“物證之首”。在公安實(shí)踐中，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的一些物體表面的指紋，往往因其附著客體表面光滑，反光能力強(qiáng)或附著客體表面有劃痕、色彩豐富等，導(dǎo)致常規(guī)物證照相無法獲得清晰完整的指紋，給指紋檢驗(yàn)增加了難度或影響檢驗(yàn)質(zhì)量。近幾年，一項(xiàng)全新的技術(shù)在物證照相領(lǐng)域蓬勃發(fā)展——反射變換成像技術(shù) （Reflectance Transformation Imaging，簡(jiǎn)稱RTI）。本文旨在通過實(shí)驗(yàn)比較來討論RTI技術(shù)與傳統(tǒng)攝影技術(shù)在指紋拍攝方面的一些優(yōu)劣。

一、反射變換成像技術(shù)

反射變換成像技術(shù)（英文全稱Reflectance Transformation Imaging，簡(jiǎn)稱RTI）是一種數(shù)字采集的過程，2001年由惠普（Hewlett-Packard）實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)明并發(fā)布成果，主要在文物研究方面進(jìn)行運(yùn)用【1】。之后，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)十幾年來的開發(fā)下不斷改善，目前，國(guó)內(nèi)開始使用在文件檢驗(yàn)方面，尤其是在字跡筆壓方面的效果十分明顯，同時(shí)在痕跡方面的法庭科學(xué)領(lǐng)域也有了一定的運(yùn)用，如提取足跡、輪胎痕跡和簽名檢驗(yàn)、朱墨時(shí)序、指紋比對(duì)等鑒定領(lǐng)域【2-3】。

反射變換成像是根據(jù)光度立體原理，利用物體表面反射光亮度進(jìn)行計(jì)算，嵌入了多種復(fù)雜的處理過程，強(qiáng)化顯現(xiàn)比較微弱的細(xì)節(jié)的一種成像技術(shù)。具體為利用數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)物體法向量、顏色、反射模型等信息進(jìn)行算法變換，利用軟件互動(dòng)式調(diào)整虛擬光照條件，從而顯現(xiàn)細(xì)節(jié)特征。反射變換成像技術(shù)基于數(shù)字?jǐn)z影和表面反射成像模型（ Lambertian模型和Phone模型）的數(shù)字圖像技術(shù)，通過記錄和處理被攝物體的顏色信息和表面紋理信息，其獲得的影像比單張攝影圖像信息豐富。反射變換成像技術(shù)利用穹頂光源，從多個(gè)角度進(jìn)行照射，從而獲得在不同的入射角度的光源下拍攝的多張圖片，然后使用RTIbuilder軟件用于合成RTI影像，使用RTIViewer軟件觀看并處理RTI文件。

RTIViewer軟件中有三種模式，分別為Default、鏡面反光增強(qiáng)（Specular Enhancement）、法向量可視化（Normal Visualization），可用于處理文件獲得不同效果。Default是軟件默認(rèn)的渲染模式，可消除反光；鏡面反光增強(qiáng)是交互式展示被攝物在光源不同入射角度照射下的反射光形態(tài)；法向量可視化是顯示被攝物除去顏色信息的三維立體形態(tài)RTI技術(shù)【4】。

二、實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：主要有佳能700D相機(jī)、翻拍架、穹頂自動(dòng)光源裝置、黑色反射小球、Adobe Photoshop CS6軟件、RTIbuilder軟件、RTIViewer軟件。

2. 實(shí)驗(yàn)材料：主要有金屬杯蓋、不銹鋼制品、透明膠帶、手機(jī)等。

（二）實(shí)驗(yàn)樣本制作

用手指均勻蘸取適量油脂，分別在金屬杯蓋、不銹鋼制品、透明膠帶、手機(jī)等物體表面形成相應(yīng)的油脂指紋。

（三）實(shí)驗(yàn)方法

首先將相機(jī)格式設(shè)置為RAW，然后用快門線連接相機(jī)和穹頂自動(dòng)光源裝置的遙控器，把相機(jī)固定在翻拍架上，使鏡頭垂直被拍攝的物體平面。反射小球與被拍攝的主體盡可能在同一平面，保持一定距離，防止投影遮蓋被拍攝主體。遙控器控制穹頂自動(dòng)光源裝置分別依次從48個(gè)位置照射，每一個(gè)照射位置拍攝一張照片，共48張照片作為一組，然后使用Adobe Photoshop CS6軟件把每組照片的格式轉(zhuǎn)換為JPEG格式，將轉(zhuǎn)換后的照片導(dǎo)入RTIbuilder軟件合成RTI影像，用RTIViewer軟件進(jìn)行觀察。

1. 放置好金屬杯蓋，使杯蓋與小球處于同一水平面，拍攝一組杯蓋指紋痕跡。

2. 放置好不銹鋼管，使其有指紋的一面與小球處于同一水平面，拍攝一組不銹鋼指紋痕跡。

3.用黑色背景，將膠帶光滑面朝上放置在背景上，使膠帶與小球處于同一水平面，拍攝一組指紋痕跡。

4. 用黑色背景，將膠帶粘面朝上放置在背景上，使膠帶與小球處于同一水平面，拍攝一組指紋痕跡。

5. 放置好手機(jī)，使手機(jī)與小球處于同一水平面，拍攝一組手機(jī)汗液指紋痕跡。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

（一）利用RTI技術(shù)獲得的幾種常見客體上的油脂指紋

1.金屬杯蓋上的油脂指紋

2.不銹鋼管上的油脂指紋

3.透明膠帶光滑面上的油脂指紋

4.膠帶膠（粘）面上的油脂指紋

5.手機(jī)液晶顯示屏上的油脂指紋

（二）討論

1金屬杯蓋。圖2為RTIViewer軟件Default模式下得到的圖像，可以明顯地看出消除了圖1中的反光干擾。圖1 因反光而導(dǎo)致了加深客體表面劃痕，影響了圖像清晰程度。利用RTI技術(shù)獲得的圖2，大大減輕了這一干擾。

2.不銹鋼管。不銹鋼管的表面反光效果強(qiáng)，常見攝影技術(shù)拍攝獲得的圖像受反光干擾大，圖4同樣是Default模式下得到的圖像，與圖3相比，消除了反光，但由于客體表面有大量擦痕，成像清晰程度有所影響。

圖5為法向量可視化（Normals Visualization）模式下獲得的圖像，經(jīng)由Adobe Photoshop CS6軟件去色處理，圖像完全去除了客體表面擦痕干擾，同時(shí)去色處理后消除了顏色干擾，圖像放大后發(fā)現(xiàn)三維效果清晰，細(xì)節(jié)特征如小犁溝中的細(xì)點(diǎn)線、紋線的凸凹立體感等處有較好體現(xiàn)。

3.膠帶光面。圖6成像效果差，圖像模糊，從各個(gè)角度打光只能看清局部指紋。

圖7為鏡面反光增強(qiáng)（Specular Enhancement）模式下獲得的圖像，經(jīng)不斷調(diào)整Diffuse Color，Specularity，Highlight Size三個(gè)參數(shù)的數(shù)值及光照位置，直至獲得最清晰的圖像，再經(jīng)過Adobe Photoshop CS6軟件處理，（圖6中沒能反映出的紋線圖像，在圖7中得到了呈現(xiàn)，且紋線反映較清晰，使指紋圖像更完整）。由于粘貼膠帶失誤，表面出現(xiàn)大大小小不規(guī)則氣泡，掩蓋了部分指紋細(xì)節(jié)。

圖8為法向量可視化（Normals Visualization）模式下獲得的圖像，同樣經(jīng)過Adobe Photoshop CS6軟件去色處理，圖像三維效果清晰，成像效果較好，但同樣存在氣泡掩蓋指紋問題。

4.膠帶粘面。由于粘面獲得指紋的過程中會(huì)有灰塵沾染，在手指按壓膠帶時(shí)膠帶受力不均勻容易變形產(chǎn)生氣泡。故而膠帶粘面的指紋圖像都會(huì)有氣泡和灰塵的干擾。圖9，常見攝影技術(shù)獲得的粘面指紋不清晰、殘缺不完整，氣泡灰塵干擾小。

圖10為鏡面反光增強(qiáng)（Specular Enhancement）模式下獲得的圖像，指紋比較完整、清晰，蘊(yùn)含了更多信息內(nèi)容。氣泡、灰塵也被完整呈現(xiàn)，氣泡破壞指紋信息情況與膠帶光面相比較較輕，氣泡下面的乳突紋線仍然清晰可見。

5.手機(jī)液晶顯示屏。圖11手機(jī)表面擦劃線條痕跡較多，嚴(yán)重影響圖像清晰程度，手機(jī)表面的擦劃線條痕跡干擾指紋乳突紋線的完整性、連貫性，影響指紋細(xì)節(jié)特征的真實(shí)反映。

圖12為法向量可視化（Normals Visualization）模式下獲得的圖像，同樣經(jīng)過Adobe Photoshop CS6軟件去色處理，手機(jī)表面的擦劃線條痕跡的干擾明顯減輕，指紋較為清晰，指紋乳突紋線的連貫性、完整性得到了較好反映，當(dāng)劃痕較為粗大、明顯時(shí)，仍有部分指紋乳突紋線會(huì)有缺失。但整體而言，指紋圖像質(zhì)量有明顯提高。

（三）結(jié)論

經(jīng)過以上幾組實(shí)驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)RTI技術(shù)在提取客體表面的指紋時(shí)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.RTI技術(shù)利用的是穹頂光源，對(duì)客體多個(gè)角度照射，拍攝不同角度光照下的客體。這一過程不會(huì)對(duì)被攝物體（對(duì)光線敏感的物質(zhì)除外）造成損壞，這樣在從物體上獲取指紋時(shí)可以使物體保存完好，物體上的指紋不被破壞，可重復(fù)多次取證，提高物證的利用率。

2.通過實(shí)驗(yàn)的對(duì)比可以看出，從反光能力較差的客體上，RTI技術(shù)獲得的指紋圖像比普通照相法獲得的指紋更加完整清晰。RTI技術(shù)能夠綜合處理不同角度拍攝的照片，創(chuàng)建出更加直觀的三維圖像，獲得的指紋圖像更有立體感，蘊(yùn)含了更多信息。

3.利用RTI不同的模式，可以處理不同類型的客體上的指紋，獲得效果更好的指紋圖像。對(duì)于金屬表面，普通拍攝需要通過配光減少反光干擾，然而往往不能保證完全消除反光干擾。而RTI技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就在于，RTI影像為數(shù)字合成影像，能夠完全消除反光干擾。

4.由于承載指紋的客體表面往往會(huì)有擦痕、劃痕之類的干擾，用普通拍攝很難消除這些干擾，甚至因?yàn)榕涔饨嵌鹊膯栴}，有時(shí)候會(huì)加深這些痕跡的影響，使用RTI技術(shù)，能很大程度上消除和減輕這些干擾。

四、結(jié)語

通過以上實(shí)驗(yàn)，對(duì)比傳統(tǒng)攝影技術(shù)與RTI技術(shù)在拍攝指紋方面的效果來看，RTI技術(shù)使得指紋成像效果更加清晰，層次更加明顯，立體感更加強(qiáng)烈。可以不受或降低指紋附著客體表面劃痕、反光對(duì)指紋的影響。實(shí)驗(yàn)研究證明RTI技術(shù)確實(shí)在指紋提取方面有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，此外RTI技術(shù)的配套設(shè)備攜帶方便，軟件操作簡(jiǎn)單，便于偵察人員學(xué)習(xí)使用。

然而，反射變換成像技術(shù)也有其局限性，其對(duì)客觀的條件要求較高，目前只能用于物體表面的拍攝觀察，對(duì)于那些立體物體的表面痕跡，只能將其固定在某一位置進(jìn)行拍攝，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，并且軟件操作和電腦安裝環(huán)境要求較高，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和發(fā)展，但RTI技術(shù)無疑在痕跡檢驗(yàn)方面有重要應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] http：//www.hpl.hp.com/research/ptm.

[2] http：//en.wikipedia.org/wiki/Polynomial_texture_mapping.

[3] MalzbenderT， WilburnB， GelbD， AmbriscoB. Surface Enhancement Using Real-time Photometric Stereo and Reflectance Transformation. In： Proceedings of the European Symposium on Rending， 2006：245250.

[4]劉寧. 運(yùn)用反射變換成像技術(shù)顯現(xiàn)黑色簽名字跡書寫筆壓[J].警察技術(shù)，2015（5）：32-34.