弧面面光源光學顯現(xiàn)光滑弧形表面潛在指印

徐杰，查慧德，崔斌

（江蘇省張家港市公安局，江蘇 215600）

1 引言

光滑弧形表面上潛在指印的光學顯現(xiàn)及照相技術是刑事照相中的一個難點，國內很多同行對此開展了研究，王桂強［1］、魏晨光等［2］提出對于光滑圓柱體，采用游動曝光方式進行定向反射照相；蔡能斌［3］、葉漢輝等［4］提出面對客體表面光斑干擾無法進行完整光學顯現(xiàn)，可采用物理顯現(xiàn)熒光照相提取的方法；唐明佳［5］、張偉［6］提出對指印多次照相，運用圖像軟件處理或拼接的方法去除指紋上的光斑或光帶；以上方法或操作復雜或無法一次光學顯現(xiàn)。利用特殊形狀光源對指印實現(xiàn)一次無損光學顯現(xiàn)及照相的方法未見報導。本研究通過研制區(qū)別于常見的點光源、平面面光源的一種弧面面光源，實現(xiàn)光滑弧形表面客體潛在指印的無損光學顯現(xiàn)和照相提取方法。

2 工作原理

2.1 光滑弧形表面客體及指印的光反射特性

根據(jù)物質的表面反射光的空間分布形式，指印紋線含有汗液、油脂等其它成份為漫反射物質，在指印紋線表面呈現(xiàn)出漫反射特性，其表面反射光均勻出現(xiàn)所有空間方向上，并且各個方向上的反射光線強度相等；而光滑表面客體為定向反射物質，其表面反射光只出現(xiàn)在一個方向上，表面呈現(xiàn)出定向反射特性。同時，由于光滑弧形表面是凹凸面，它還具有縮小反射像的特性。

2.2 暗視場照明技術

暗視場照明技術一般是讓點光源照明光線以較小的入射角照射在被檢驗物體上，使指印等痕跡與客體背景之間形成較高的亮度反差，在垂直方向上接收記錄物體反射光相對亮度分布的一種光學顯現(xiàn)和照相技術方法。

2.3 小偏角定向反射照明技術

小偏角定向反射照明技術是讓面光源的照明光線以小角度（5度左右）入射到物體光滑表面上，使客體背景與指印等痕跡之間形成較高的亮度反差，相機在對應的反射角方向上接收記錄物體反射光亮度分布的一種光學顯現(xiàn)和照相技術方法。

2.4 弧面面光源的發(fā)光特性

面光源是利用漫射材料二次散射形成的，它的發(fā)光面上的每一個點均向所有方向發(fā)散光線。常見面光源為平面面光源，它的光線向平面一側的方向發(fā)散，弧面面光源由于是弧形的，它可以環(huán)繞著弧形表面客體均勻布光。

3 實驗方法和內容

3.1 實驗器材

實驗器材及裝置：尼康D90數(shù)碼相機，105mm微距鏡頭，三腳架，比例尺；用警用手電作為點光源；用發(fā)光面積為15cm×25cm的觀片器作為平面面光源；自制曲率半徑為12cm、寬6cm的弧面面光源。

樣本制作：選擇常見用于制作居民防盜窗柵的直徑2厘米不銹鋼管，捺印汗?jié)撝赣颖尽?/p>

3.2 實驗步驟與基本操作方法

實驗1：暗視場配光照相法

（1）將照相機固定在三腳架上；

（2）對鋼管上的指印取景對焦，相機鏡頭軸線與被拍攝指印表面垂直，保持一定的距離，采用光圈優(yōu)先、小光圈大景深模式進行拍攝；

（3）將光源放在相機鏡頭旁，使照明光線以較小的入射角（10度～30度）照射在指印上；

（4）分別使用點光源和弧面面光源配光，移動光源位置，同時從相機中觀察指印紋線是否出現(xiàn)，光斑或光帶盡量出現(xiàn)在指印外或對指印干擾最小時，指印紋線反差最大時照相。

圖1 暗視場配光照相法

實驗2：小偏角定向反射配光照相法

（1）將照相機固定在三腳架上；

（2）對鋼管上的指印取景對焦，使相機鏡頭軸線與被拍攝指印表面的法線成一個5度左右的夾角；

（3）以指印所在表面的法線為中心，在與相機對應的另一側相同角度上分別用平面、弧面面光源照射指印部位；

（4）微調光源位置，從相機中觀察反射光斑或光帶全面覆蓋指印或達到最大面積，指印與背景反差最好效果時照相。

圖2 小偏角定向反射配光照相法

3.3 實驗結果

3.3.1 點光源、弧面面光源暗視場配光法顯現(xiàn)指印效果（見圖3）

從圖3可知，用點光源配光時，在點光源光線直接照射下，在客體的光滑弧形表面指印中間沿客體軸線產生一條反射光帶，該光帶越靠中間越亮，離中間越遠越暗，指印受到光帶的嚴重干擾；用弧面面光源配光時，在面光源漫反射光線照射下，反射光斑避開客體上的指印，指印呈深背景淺紋線清晰顯現(xiàn)。

圖3 暗視場照相顯現(xiàn)汗?jié)撝赣?/p>

3.3.2 平面面光源、弧面面光源小偏角定向反射配光法顯現(xiàn)指印效果（見圖4）

從圖4可知，用平面面光源配光時，在平面面光源漫反射光線照射下，客體表面指印中間有一條較寬的反射光帶，該區(qū)域內顯出紋線，而光帶兩側指印沒有布上光帶，無法完整地顯現(xiàn)指?。挥没∶婷婀庠磁涔鈺r，反射光斑完全覆蓋指印，指印呈深紋線淺背景清晰顯現(xiàn)。

圖4 小偏角定向反射顯現(xiàn)汗?jié)撝赣?/p>

4 討論

由實驗結果可見，弧面面光源采用暗視場和小偏角定向反射兩種配光方法均可顯現(xiàn)指印。暗視場照相要求盡量避開光斑干擾，使用點光源配光時，光線在光滑圓弧形表面凸點處聚合產生光斑，指印無法避開光斑，光照不均，指印無法有效清晰顯現(xiàn)；使用弧面面光源配光時，光源發(fā)出漫反射光線，只在客體一處表面形成光帶，將指印避開光帶，指印上均勻布上漫反射光，從而清晰顯現(xiàn)指印。小偏角定向反射照相要求有效使用光斑顯現(xiàn)指印，由于指印有一定的大小面積，所以要求使用一定尺寸的面光源，在配光時才能形成覆蓋指印的光斑，使用平面面光源時，在圓弧光滑表面縮小反射像形成較窄的條狀反射光斑，光斑不足于覆蓋指印，指印只能局部得到顯現(xiàn)；使用弧面面光源時，由于光源也是弧形面，它基本不縮小反射像形成的反射光斑，光斑可以完全覆蓋指印，指印從而清晰顯現(xiàn)。

弧面面光源能夠有效光學顯現(xiàn)和照相提取光滑弧形表面上潛在指印，我們認為它具有以下三個特點：一是面光源的特點，它所發(fā)出的光線是漫射光，光線均勻柔和；二是面光源的發(fā)光面是弧面的特點，使它能在圓弧形表面橫向不縮小反射像，形成的反射光斑變形不大，從而能對此類客體均勻布光；三是發(fā)光面有一定的寬度，一般宜大于6厘米，在圓弧形表面縱向形成一定寬度或面積的光斑，進而可全面覆蓋指印。

使用弧面面光源配光照相技術方法不僅符合暗視場、定向反射配光方法的一般特點，即適用客體為光澤表面，光澤度越高光學顯現(xiàn)效果越好，曝光光式、入射角度、檢驗效果完全一致，而且拓展了這兩種方法的使用范圍，暗視場配光法適用表面不再局限于深色客體，淺色客體同樣可以顯現(xiàn)，還可以有效顯現(xiàn)弧度較大的非平面客體上的潛在指印，小偏角定向反射配光法適用表面也不再局限于平面，一定條件下凹凸弧面指印也可顯現(xiàn)。該技術方法照相提取的指印有一定程度變形，可進一步采用圖像軟件進行調整，這里不再闡述。

［1］王桂強.指印的光學顯現(xiàn)和照相技術［M］.北京：群眾出版社，2005：64-96.

［2］魏晨光，張濤.游動配光檢驗方法的研究［J］.刑事技術，2003(6)：11-15.

［3］蔡能斌，孫文鼎.利用熒光照相拍攝圓弧面上的汗液指?。跩］.公安大學學報（自然科學版），2000(2)：51-52.

［4］葉漢輝.圓弧面上的汗液指印的提?。跩］.廣東公安科技，2005(3)：7-8.

［5］唐明佳.巧用IPP軟件消除拍照時形成的光斑［J］.刑事技術，2009(3)：5.

［6］張偉，謝維.指紋拼接方法新探［J］.甘肅警察職業(yè)學院學報，2007(3)：68-70.