塑料表面手印的紫外光譜特性研究

楊志超，何江濤，黃志堅(jiān)

（1.浙江警察學(xué)院，浙江 杭州 310053；2.東陽(yáng)市公安局，浙江 東陽(yáng) 322100）

一、引言

紫外光譜成像技術(shù)是結(jié)合紫外光譜儀和圖像采集系統(tǒng)，通過(guò)成像光譜儀記錄被檢驗(yàn)物，在紫外光譜范圍內(nèi)(200～400 nm)密集均勻分布的多個(gè)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)成的紫外光譜影像集，并使用影像分析軟件將獲得的光譜影像集進(jìn)行集成和優(yōu)化處理，得到痕跡物質(zhì)和背景物質(zhì)能夠產(chǎn)生反射率差別的波段，實(shí)現(xiàn)手印的顯現(xiàn)。在辦案中常遇到對(duì)塑料表面的手印顯現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)紫外照相只能進(jìn)行254nm和365nm波段的拍照，這樣有的手印就無(wú)法被顯現(xiàn)出來(lái)。而紫外成像技術(shù)，能夠用多個(gè)紫外波段采集手印影像。對(duì)此，筆者作了系列實(shí)驗(yàn)探研。

二、實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)用品和儀器

實(shí)驗(yàn)所用客體為聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺 (PA)、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS）塑料。

實(shí)驗(yàn)使用THEMIS紫外光譜成像系統(tǒng)，為紫外光譜儀和圖像采集連用的系統(tǒng)。其原理是通過(guò)色散棱鏡將復(fù)合光中的各單色光按照波長(zhǎng)不同彼此分離，再通過(guò)高敏感CCD芯片將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并分別成像的過(guò)程。所用紫外棱鏡分光光譜儀的波長(zhǎng)范圍為100～560nm，光源為Newport公司Oriel氘燈。圖像采集系統(tǒng)為日本濱松電子（Hamamatsu）公司C8800系列CCD設(shè)備。通過(guò)HyperVisualGUI(圖形用戶(hù)界面)軟件包實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外光譜成像系統(tǒng)的控制。

（二）手印樣本的制備與顯現(xiàn)

成年健康志愿者在塑料上按捺所需的脊線汗液（純汗液）手印、油汗混合手印和皮脂手印。采用紫外光譜成像系統(tǒng)，分別選擇乳突紋線物質(zhì)和塑料背景為光譜取樣點(diǎn)，得到塑料的光譜曲線。

三、結(jié)果和討論

（一）手印的影像及其光譜曲線

獲得5種塑料表面不同類(lèi)型手印的光譜影像和光譜曲線，由于篇幅所限，只展示270nm波段PA塑料表面的混合手印的影像（圖1）和PA塑料表面的混合手印的光譜曲線（圖2）。

圖1 混合手印影像樣本

圖2 混合手印光譜曲線

（二）不同類(lèi)型手印顯現(xiàn)效果

在5種塑料類(lèi)型與4種手印類(lèi)型互相結(jié)合獲取紫外影像和紫外光譜曲線的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)手印紋線顯現(xiàn)效果最佳的影像，以及紫外光譜曲線的特點(diǎn)，確定相對(duì)應(yīng)的結(jié)果等級(jí)。塑料表面手印顯現(xiàn)效果如下表所示。

不同塑料表面手印顯現(xiàn)效果統(tǒng)計(jì)表

5種塑料表面上的汗液手印的顯現(xiàn)效果都不理想，可能是汗液蒸發(fā)后的殘余物質(zhì)（無(wú)機(jī)鹽和部分氨基酸）量過(guò)少，不足以體現(xiàn)出其對(duì)紫外光的反射/吸收性質(zhì)與瓷磚客體對(duì)紫外光的反射/吸收性質(zhì)的差異，導(dǎo)致亮度反差不明顯，無(wú)法顯現(xiàn)出明顯的汗液手印形態(tài)；亦可能是實(shí)驗(yàn)所用塑料表面較光滑，汗液手印中水分子之間的引力大于汗液與塑料表面的粘滯力，導(dǎo)致汗液手印形態(tài)被破壞，使汗液手印顯現(xiàn)效果不佳?；旌鲜钟『推ぶ钟★@現(xiàn)效果較佳，是因其含有皮脂成分。皮脂主要為飽和的和不飽和的脂肪酸，還包括一些酯類(lèi)和醇類(lèi)，皮脂對(duì)紫外光的反射/吸收性質(zhì)與塑料對(duì)紫外光的反射/吸收性質(zhì)不同，從而使手印紋線與塑料以不同的亮度反映出來(lái)。且因混合手印和皮脂手印中的皮脂成分，增大了手印物質(zhì)與塑料表面的粘滯力，致使手印的原始形態(tài)能夠保留下來(lái)。

（三）手印顯現(xiàn)效果最佳的波段區(qū)間

根據(jù)不同波段實(shí)際觀察到的手印影像，并結(jié)合紫外光譜曲線的特點(diǎn)，顯現(xiàn)效果為1級(jí)和2級(jí)的手印中，效果最佳的波段區(qū)間分別為200nm～250nm區(qū)間0%；250nm～300nm區(qū)間30%；300nm～350nm區(qū)間0%；350nm～400nm區(qū)間10%；400nm以上區(qū)間20%，如圖3所示。

圖3 不同波段的手印影像效果示意圖

在250nm～300nm區(qū)間有效顯現(xiàn)手印的概率最大，可能是手印物質(zhì)能強(qiáng)吸收250nm～300nm的紫外線，而塑料的吸收能力弱于手印物質(zhì)。另一方面，相同類(lèi)型的手印按捺在不同的塑料表面，手印的紫外光譜曲線也不同，即手印的紫外光譜曲線會(huì)受塑料表面性質(zhì)的影響。

四、結(jié)論

（一）實(shí)驗(yàn)表明，油汗混合手印、皮脂手印的紫外光譜曲線雖然受到塑料性質(zhì)的影響，但手印的紫外光譜曲線與塑料的紫外光譜曲線仍然不同，出現(xiàn)明顯的亮度差，因此，運(yùn)用紫外光譜成像技術(shù)顯現(xiàn)塑料表面潛在手印的方法是可行的。實(shí)驗(yàn)中，塑料表面手印顯現(xiàn)效果最佳的波段區(qū)間為250nm～300nm，在以后的工作中可以多加嘗試。但是，汗液手印在實(shí)驗(yàn)中沒(méi)能得到理想效果。目前，紫外光譜成像技術(shù)的發(fā)展尚處于探索性階段，這次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，雖然提高了對(duì)紫外光譜成像的認(rèn)識(shí)，但還需進(jìn)一步研究。通過(guò)對(duì)手印形成物質(zhì)的紫外光譜分析，結(jié)合光譜成像等技術(shù)，將給紫外照相技術(shù)帶來(lái)新的、更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

（二）因?qū)嶒?yàn)儀器設(shè)備的原因，在每次實(shí)驗(yàn)的影像集獲取之前，不能預(yù)先獲知鏡頭的取景范圍，而每次實(shí)驗(yàn)的曝光時(shí)間又比較長(zhǎng)（約30分鐘），如果當(dāng)影像集獲取之后發(fā)現(xiàn)取景范圍不當(dāng)或?qū)共磺?，就只能重新?shí)驗(yàn)，浪費(fèi)時(shí)間并降低實(shí)驗(yàn)效率。因此，每次實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)進(jìn)行預(yù)曝光實(shí)驗(yàn)，使用較短的曝光時(shí)間，快速獲得備檢物的影像，調(diào)整備檢物位置和對(duì)焦，保證正式曝光實(shí)驗(yàn)得到的影像質(zhì)量。

（三）曝光時(shí)間選擇不宜過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。長(zhǎng)時(shí)間曝光會(huì)導(dǎo)致影像的亮度模糊，紋線的清晰度會(huì)下降；曝光時(shí)間過(guò)短，又會(huì)導(dǎo)致曝光時(shí)間不足，影像的灰度層次無(wú)法展現(xiàn)。因此，在具體實(shí)踐中，曝光時(shí)間應(yīng)控制在3000ms左右為宜，再根據(jù)具體的手印和塑料紫外反射/吸收情況作適度調(diào)節(jié)。

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