近紅外區(qū)域無損顯現(xiàn)熱敏紙上的指?。?/h1>
2022-09-27 07:20:06尹雨晴代雪晶
甘肅科技 2022年14期
劉 旭，尹雨晴，代雪晶
（中國刑事警察學(xué)院，遼寧 沈陽 110000）
熱敏紙因其字跡輪廓清晰、圖文對(duì)比度好、使用方便等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如超市小票、ATM機(jī)使用票證、彩票、心電圖紙、電影票、傳真紙等[1]。隨之熱敏紙?jiān)诟鞣N犯罪現(xiàn)場(chǎng)也大量出現(xiàn)，熱敏紙上的指印顯現(xiàn)與提取成為一個(gè)需要解決的問題。通常提取熱敏紙上的指印方法包括利用茚三酮熏顯法[2]，502膠熏顯法，粉末顯現(xiàn)法，微量加熱成像技術(shù)[3]紅外輻射法[4]等方法進(jìn)行處理。這些顯現(xiàn)方法在顯現(xiàn)時(shí)都有不同的效果，但都對(duì)檢材存在破壞。
本研究使用了非接觸、無破壞的光學(xué)顯現(xiàn)手段對(duì)熱敏紙上的未處理指印進(jìn)行顯現(xiàn)提取研究。同時(shí)根據(jù)顯現(xiàn)效果選取合適的配光波段與濾光鏡進(jìn)行觀察，確定最佳顯現(xiàn)條件；分析了在一段時(shí)間后陳舊指印通過該方法的顯現(xiàn)效果；被污染情況下指印的顯現(xiàn)效果。經(jīng)過分析該方法顯現(xiàn)效果好，不破壞檢材，靈敏度高，對(duì)提取檢材上其他的物證信息不存在影響。
1 實(shí)驗(yàn)原理
熱敏紙是在優(yōu)質(zhì)的紙張上涂布一層熱敏涂料，主要成分為苯酚類或者其他酸性涂料[5]。在365 nm的紫外線照射下，熱敏紙的熱敏圖層會(huì)發(fā)出亮白色熒光。根據(jù)羅卡德物質(zhì)交換原理[6]，在指紋接觸熱敏圖層時(shí)，由于手指上帶有汗液、油脂等成分會(huì)與熱敏圖層產(chǎn)生相互作用，從而形成在熱敏紙上的指印痕跡。此時(shí)利用365 nm的紫外線照射并且通過700 nm的濾光鏡觀察會(huì)形成亮背景下的暗紋線，從而將指印顯現(xiàn)出,如圖1所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖
2 材料和方法
2.1 實(shí)驗(yàn)器材
佳能EOS70D紅紫外數(shù)碼相機(jī)1臺(tái)、多波段光源1套、美國Botcat Varispec光譜成像系統(tǒng)、手套、護(hù)目鏡、熱敏紙、翻拍架、濾光鏡（若干）、透明比例尺。
2.2 實(shí)驗(yàn)樣本
超市使用后的熱敏紙共5張。4名同學(xué)在捺印指印之前用清水洗手，自然風(fēng)干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。剩余一張用于選擇合適配光波段以及合適濾光鏡，選擇指紋紋線清晰的同學(xué)捺印。注意操作人員全程需要佩戴手套，以防止操作人員在對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本造成污染。
2.3 實(shí)驗(yàn)操作
首先選擇合適的配光波段，依次使用自然光（a）、365 nm波段（b）、415 nm波段（c）、440 nm波段（d）的光線對(duì)已捺印有指紋的熱敏紙進(jìn)行拍攝在相機(jī)前加700 nm的濾光鏡，得到圖2結(jié)果。
圖2 檢材原貌及三種波段下顯現(xiàn)對(duì)比效果
在365 nm波段照射下有明顯的反差，且熱敏紙上的打印文字對(duì)指印紋線影響較小，在415 nm波段照射下也會(huì)有指印紋線，但反差會(huì)更小并且熱敏紙上的打印文字部分對(duì)指印紋線影響較大。在440 nm波段照射下仍然會(huì)有指印的顯現(xiàn)但相比于前兩個(gè)反差更小，同時(shí)無法有效降低熱敏紙上打印文字對(duì)指印紋線的干擾。因此綜合比較在365nm波段的配光條件下指印顯現(xiàn)效果最好。
對(duì)合適的濾光鏡進(jìn)行選擇，在使用365 nm波段配光的條件下，在紅紫外相機(jī)前依次加裝700 nm（a）、730 nm（b）、800 nm（c）、850 nm（d）的濾光鏡進(jìn)行拍攝，得到圖3結(jié)果。
圖3 在四種波段下顯現(xiàn)的對(duì)比效果
隨著濾光鏡波段的不斷加長(zhǎng)，在相機(jī)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，整個(gè)圖片的畫面亮度降低，對(duì)比度降低。在800 nm和850 nm的濾光器下則無法再用肉眼對(duì)指印進(jìn)行分辨。
具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，將紅紫外數(shù)碼相機(jī)固定在翻拍架上，相機(jī)鏡頭前加裝700 nm波段的濾光鏡，使用多波段光源以365 nm波段進(jìn)行配光。最后手動(dòng)調(diào)焦，在指印紋線清晰的情況下對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行拍照。
由于濾光鏡本身具有一定的局限性，不能系統(tǒng)地對(duì)各個(gè)波段下熱敏紙反射光亮度分布進(jìn)行準(zhǔn)確表示。本次實(shí)驗(yàn)中結(jié)合光譜成像技術(shù)，光譜成像是通過成像光譜儀記錄被檢驗(yàn)物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個(gè)窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集[7]。本次實(shí)驗(yàn)利用光譜成像系統(tǒng)記錄波段在400～720 nm。能夠反應(yīng)在400～720 nm波段內(nèi)且使用多波段光源在365 nm、415 nm、440 nm波段配光條件下，熱敏紙空白部位與指印紋線以及熱敏紙上打印文字之間的光譜關(guān)系，如圖4所示。特征點(diǎn)（x，y）=（573，125）即黑色點(diǎn)標(biāo)記的光譜曲線代表熱敏紙空白部位，特征點(diǎn)（x，y）=（825，480）即黑色實(shí)線的光譜曲線代表指印紋線部位，特征點(diǎn)（x，y）=（1312，476）即白色點(diǎn)標(biāo)記的光譜曲線代表熱敏紙上打印文字部位。
圖4 在365 nm、415 nm、440 nm波段配光利用光譜成像系統(tǒng)記錄400～720nm之間光譜反射曲線
對(duì)光譜曲線進(jìn)行分析，在365 nm和415 nm配光條件下且光譜曲線在440～540nm范圍內(nèi)存在有巨大反差。但是光譜成像系統(tǒng)拍攝由于像素低，指印細(xì)節(jié)反應(yīng)較差。光譜曲線在690～700nm的這個(gè)區(qū)間上指印的細(xì)節(jié)反應(yīng)清晰。雖然整體圖像亮度偏暗但是肉眼可以對(duì)指印的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行觀察。
通過對(duì)光譜曲線進(jìn)行分析，由于人類視覺系統(tǒng)感知的亮度與顯示器實(shí)際顯示的亮度為非線性關(guān)系。這兩者的關(guān)系在學(xué)術(shù)上稱之為“伽馬線性變換”。人眼與機(jī)器對(duì)光線的感知示意圖如圖5所示。
圖5 機(jī)器與人眼對(duì)亮度敏感度示意圖
其中a曲線代表人眼對(duì)亮度感知度，b線段代表機(jī)器對(duì)亮度感知度。在A點(diǎn)與B點(diǎn)機(jī)器的感知差異為AB之間的距離，但在人眼的視覺效果則表現(xiàn)出C與D的關(guān)系，因此在人眼的觀察中這段差異被放大。伽馬線性變換處理后的圖像和原圖的比較如圖6所示，伽馬參數(shù)設(shè)置為2.2。
圖6 原圖（左）與伽馬線性變換后效果圖（右）
綜上所述，在該種熱敏紙上的汗?jié)撌钟】梢岳?65 nm波段的紫外光源配光結(jié)合紅紫外數(shù)碼照相機(jī)在700 nm波段進(jìn)行顯現(xiàn)記錄是可行的。
3 探究在四種不同條件下該方法顯現(xiàn)效果
通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出該方法可以拍攝記錄該種熱敏紙上的汗?jié)撝赣?，且具有良好的顯現(xiàn)效果。以下實(shí)驗(yàn)是探究了4種不同條件下該方法顯現(xiàn)指印的效果。（1）戶外放置一周后的指印顯現(xiàn)效果；（2）室內(nèi)存儲(chǔ)一周后的指印顯現(xiàn)效果；（3）被水噴淋后的指印顯現(xiàn)效果；（4）被油污涂抹后的指印顯現(xiàn)效果。
3.1 實(shí)驗(yàn)樣本
超市中正常使用后的熱敏紙4張。4名同學(xué)在捺印指印之前用清水洗手，自然風(fēng)干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。
3.2 實(shí)驗(yàn)操作
將所得到4名同學(xué)捺印的指印。分成四組，將（a）組在戶外放置一周；將（b）組在室內(nèi)存放一周；將（c）組用水進(jìn)行噴淋；將（d）組利用油污進(jìn)行涂抹。得到如圖7。
圖7 四種不同條件下的拍攝效果
對(duì)上述影響因素分析，在（a）組（戶外組）和（b）組（室內(nèi)組）的條件下均可以對(duì)指印進(jìn)行顯現(xiàn)，對(duì)指印顯現(xiàn)影響最大的是（c）組（水淋組），其次是（d）組（油污組）。對(duì)（a）組和（b）組兩種條件的指印進(jìn)行觀察比較，在（a）組顯現(xiàn)效果較差，（b）組顯現(xiàn)效果較好。在戶外環(huán)境下，灰塵是主要影響因素。（c）組和（d）組是因?yàn)樗陀椭瑢?duì)熱敏圖層的反應(yīng)與汗液對(duì)熱敏圖層的反應(yīng)類似，因此產(chǎn)生大面積陰影使得指印紋線浸沒在陰影之中，從而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)指印的觀察。
4 實(shí)驗(yàn)討論
相比于傳統(tǒng)方法，利用365 nm波段的紫外光線進(jìn)行配光，通過700 nm波段濾光鏡進(jìn)行觀察記錄的這種方法更加便捷，且顯現(xiàn)效果較好。同時(shí)本次實(shí)驗(yàn)也存在有不足，由于只是選擇了若干波段進(jìn)行配光，所以無法準(zhǔn)確測(cè)得最佳配光波段。另外，本次實(shí)驗(yàn)僅對(duì)一個(gè)種類的熱敏紙進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因此不能代表所有熱敏紙。
5 結(jié)論
在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上未處理的指印，作為光學(xué)無損檢驗(yàn)方法的一個(gè)具體運(yùn)用，符合當(dāng)前公安實(shí)踐工作中提出的光學(xué)無損的要求，而且操作簡(jiǎn)便，方便快捷，顯現(xiàn)效果顯著，顯現(xiàn)效率高，不會(huì)破壞檢材的原始性，相比于傳統(tǒng)的化學(xué)顯現(xiàn)熱敏紙上的潛在指印具有很大的優(yōu)勢(shì)[8]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在365 nm波段配光且通過700 nm波段濾光鏡觀察熱敏紙上的指印顯現(xiàn)效果最佳。綜上所述，在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上的未處理指印具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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本研究使用了非接觸、無破壞的光學(xué)顯現(xiàn)手段對(duì)熱敏紙上的未處理指印進(jìn)行顯現(xiàn)提取研究。同時(shí)根據(jù)顯現(xiàn)效果選取合適的配光波段與濾光鏡進(jìn)行觀察，確定最佳顯現(xiàn)條件；分析了在一段時(shí)間后陳舊指印通過該方法的顯現(xiàn)效果；被污染情況下指印的顯現(xiàn)效果。經(jīng)過分析該方法顯現(xiàn)效果好，不破壞檢材，靈敏度高，對(duì)提取檢材上其他的物證信息不存在影響。
1 實(shí)驗(yàn)原理
熱敏紙是在優(yōu)質(zhì)的紙張上涂布一層熱敏涂料，主要成分為苯酚類或者其他酸性涂料[5]。在365 nm的紫外線照射下，熱敏紙的熱敏圖層會(huì)發(fā)出亮白色熒光。根據(jù)羅卡德物質(zhì)交換原理[6]，在指紋接觸熱敏圖層時(shí)，由于手指上帶有汗液、油脂等成分會(huì)與熱敏圖層產(chǎn)生相互作用，從而形成在熱敏紙上的指印痕跡。此時(shí)利用365 nm的紫外線照射并且通過700 nm的濾光鏡觀察會(huì)形成亮背景下的暗紋線，從而將指印顯現(xiàn)出,如圖1所示。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖
2 材料和方法
2.1 實(shí)驗(yàn)器材
佳能EOS70D紅紫外數(shù)碼相機(jī)1臺(tái)、多波段光源1套、美國Botcat Varispec光譜成像系統(tǒng)、手套、護(hù)目鏡、熱敏紙、翻拍架、濾光鏡（若干）、透明比例尺。
2.2 實(shí)驗(yàn)樣本
超市使用后的熱敏紙共5張。4名同學(xué)在捺印指印之前用清水洗手，自然風(fēng)干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。剩余一張用于選擇合適配光波段以及合適濾光鏡，選擇指紋紋線清晰的同學(xué)捺印。注意操作人員全程需要佩戴手套，以防止操作人員在對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本造成污染。
2.3 實(shí)驗(yàn)操作
首先選擇合適的配光波段，依次使用自然光（a）、365 nm波段（b）、415 nm波段（c）、440 nm波段（d）的光線對(duì)已捺印有指紋的熱敏紙進(jìn)行拍攝在相機(jī)前加700 nm的濾光鏡，得到圖2結(jié)果。
圖2 檢材原貌及三種波段下顯現(xiàn)對(duì)比效果
在365 nm波段照射下有明顯的反差，且熱敏紙上的打印文字對(duì)指印紋線影響較小，在415 nm波段照射下也會(huì)有指印紋線，但反差會(huì)更小并且熱敏紙上的打印文字部分對(duì)指印紋線影響較大。在440 nm波段照射下仍然會(huì)有指印的顯現(xiàn)但相比于前兩個(gè)反差更小，同時(shí)無法有效降低熱敏紙上打印文字對(duì)指印紋線的干擾。因此綜合比較在365nm波段的配光條件下指印顯現(xiàn)效果最好。
對(duì)合適的濾光鏡進(jìn)行選擇，在使用365 nm波段配光的條件下，在紅紫外相機(jī)前依次加裝700 nm（a）、730 nm（b）、800 nm（c）、850 nm（d）的濾光鏡進(jìn)行拍攝，得到圖3結(jié)果。
圖3 在四種波段下顯現(xiàn)的對(duì)比效果
隨著濾光鏡波段的不斷加長(zhǎng)，在相機(jī)各個(gè)參數(shù)不變的情況下，整個(gè)圖片的畫面亮度降低，對(duì)比度降低。在800 nm和850 nm的濾光器下則無法再用肉眼對(duì)指印進(jìn)行分辨。
具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，將紅紫外數(shù)碼相機(jī)固定在翻拍架上，相機(jī)鏡頭前加裝700 nm波段的濾光鏡，使用多波段光源以365 nm波段進(jìn)行配光。最后手動(dòng)調(diào)焦，在指印紋線清晰的情況下對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行拍照。
由于濾光鏡本身具有一定的局限性，不能系統(tǒng)地對(duì)各個(gè)波段下熱敏紙反射光亮度分布進(jìn)行準(zhǔn)確表示。本次實(shí)驗(yàn)中結(jié)合光譜成像技術(shù)，光譜成像是通過成像光譜儀記錄被檢驗(yàn)物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個(gè)窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集[7]。本次實(shí)驗(yàn)利用光譜成像系統(tǒng)記錄波段在400～720 nm。能夠反應(yīng)在400～720 nm波段內(nèi)且使用多波段光源在365 nm、415 nm、440 nm波段配光條件下，熱敏紙空白部位與指印紋線以及熱敏紙上打印文字之間的光譜關(guān)系，如圖4所示。特征點(diǎn)（x，y）=（573，125）即黑色點(diǎn)標(biāo)記的光譜曲線代表熱敏紙空白部位，特征點(diǎn)（x，y）=（825，480）即黑色實(shí)線的光譜曲線代表指印紋線部位，特征點(diǎn)（x，y）=（1312，476）即白色點(diǎn)標(biāo)記的光譜曲線代表熱敏紙上打印文字部位。
圖4 在365 nm、415 nm、440 nm波段配光利用光譜成像系統(tǒng)記錄400～720nm之間光譜反射曲線
對(duì)光譜曲線進(jìn)行分析，在365 nm和415 nm配光條件下且光譜曲線在440～540nm范圍內(nèi)存在有巨大反差。但是光譜成像系統(tǒng)拍攝由于像素低，指印細(xì)節(jié)反應(yīng)較差。光譜曲線在690～700nm的這個(gè)區(qū)間上指印的細(xì)節(jié)反應(yīng)清晰。雖然整體圖像亮度偏暗但是肉眼可以對(duì)指印的細(xì)節(jié)特征進(jìn)行觀察。
通過對(duì)光譜曲線進(jìn)行分析，由于人類視覺系統(tǒng)感知的亮度與顯示器實(shí)際顯示的亮度為非線性關(guān)系。這兩者的關(guān)系在學(xué)術(shù)上稱之為“伽馬線性變換”。人眼與機(jī)器對(duì)光線的感知示意圖如圖5所示。
圖5 機(jī)器與人眼對(duì)亮度敏感度示意圖
其中a曲線代表人眼對(duì)亮度感知度，b線段代表機(jī)器對(duì)亮度感知度。在A點(diǎn)與B點(diǎn)機(jī)器的感知差異為AB之間的距離，但在人眼的視覺效果則表現(xiàn)出C與D的關(guān)系，因此在人眼的觀察中這段差異被放大。伽馬線性變換處理后的圖像和原圖的比較如圖6所示，伽馬參數(shù)設(shè)置為2.2。
圖6 原圖（左）與伽馬線性變換后效果圖（右）
綜上所述，在該種熱敏紙上的汗?jié)撌钟】梢岳?65 nm波段的紫外光源配光結(jié)合紅紫外數(shù)碼照相機(jī)在700 nm波段進(jìn)行顯現(xiàn)記錄是可行的。
3 探究在四種不同條件下該方法顯現(xiàn)效果
通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出該方法可以拍攝記錄該種熱敏紙上的汗?jié)撝赣?，且具有良好的顯現(xiàn)效果。以下實(shí)驗(yàn)是探究了4種不同條件下該方法顯現(xiàn)指印的效果。（1）戶外放置一周后的指印顯現(xiàn)效果；（2）室內(nèi)存儲(chǔ)一周后的指印顯現(xiàn)效果；（3）被水噴淋后的指印顯現(xiàn)效果；（4）被油污涂抹后的指印顯現(xiàn)效果。
3.1 實(shí)驗(yàn)樣本
超市中正常使用后的熱敏紙4張。4名同學(xué)在捺印指印之前用清水洗手，自然風(fēng)干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。
3.2 實(shí)驗(yàn)操作
將所得到4名同學(xué)捺印的指印。分成四組，將（a）組在戶外放置一周；將（b）組在室內(nèi)存放一周；將（c）組用水進(jìn)行噴淋；將（d）組利用油污進(jìn)行涂抹。得到如圖7。
圖7 四種不同條件下的拍攝效果
對(duì)上述影響因素分析，在（a）組（戶外組）和（b）組（室內(nèi)組）的條件下均可以對(duì)指印進(jìn)行顯現(xiàn)，對(duì)指印顯現(xiàn)影響最大的是（c）組（水淋組），其次是（d）組（油污組）。對(duì)（a）組和（b）組兩種條件的指印進(jìn)行觀察比較，在（a）組顯現(xiàn)效果較差，（b）組顯現(xiàn)效果較好。在戶外環(huán)境下，灰塵是主要影響因素。（c）組和（d）組是因?yàn)樗陀椭瑢?duì)熱敏圖層的反應(yīng)與汗液對(duì)熱敏圖層的反應(yīng)類似，因此產(chǎn)生大面積陰影使得指印紋線浸沒在陰影之中，從而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)指印的觀察。
4 實(shí)驗(yàn)討論
相比于傳統(tǒng)方法，利用365 nm波段的紫外光線進(jìn)行配光，通過700 nm波段濾光鏡進(jìn)行觀察記錄的這種方法更加便捷，且顯現(xiàn)效果較好。同時(shí)本次實(shí)驗(yàn)也存在有不足，由于只是選擇了若干波段進(jìn)行配光，所以無法準(zhǔn)確測(cè)得最佳配光波段。另外，本次實(shí)驗(yàn)僅對(duì)一個(gè)種類的熱敏紙進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因此不能代表所有熱敏紙。
5 結(jié)論
在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上未處理的指印，作為光學(xué)無損檢驗(yàn)方法的一個(gè)具體運(yùn)用，符合當(dāng)前公安實(shí)踐工作中提出的光學(xué)無損的要求，而且操作簡(jiǎn)便，方便快捷，顯現(xiàn)效果顯著，顯現(xiàn)效率高，不會(huì)破壞檢材的原始性，相比于傳統(tǒng)的化學(xué)顯現(xiàn)熱敏紙上的潛在指印具有很大的優(yōu)勢(shì)[8]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在365 nm波段配光且通過700 nm波段濾光鏡觀察熱敏紙上的指印顯現(xiàn)效果最佳。綜上所述，在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上的未處理指印具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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