圓柱體表面潛在指印的顯現(xiàn)及圖像展平裝置

蔡能斌，黃曉春，姜梅，鄒蕓*

（1.上海市現(xiàn)場(chǎng)物證重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200083；2.上海公安高等專(zhuān)科學(xué)校，上海200336）

圓柱體表面潛在指印的顯現(xiàn)及圖像展平裝置

蔡能斌1，黃曉春1，姜梅2，鄒蕓1*

（1.上海市現(xiàn)場(chǎng)物證重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200083；2.上海公安高等專(zhuān)科學(xué)校，上海200336）

目的:研究顯現(xiàn)、提取遺留在圓柱體表面潛在指印的方法及其裝置。方法:采用全光譜成像系統(tǒng)與物證載物臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的線掃描技術(shù)，配合使用特種光源照明技術(shù)，研制光機(jī)電一體化的指印顯現(xiàn)及圖像展平裝置。結(jié)果:實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該方法及裝置顯現(xiàn)的指印紋線清晰，無(wú)雜光干擾，指印圖像不變形。結(jié)論:該裝置可以有效顯現(xiàn)、提取遺留在圓柱體表面的潛在指印，提高潛在指印的辨識(shí)度，為現(xiàn)場(chǎng)勘查提供一種新的方法和設(shè)備。

法庭科學(xué)；潛在指?。粓A柱體表面

1 引言

發(fā)現(xiàn)和提取犯罪嫌疑人遺留在現(xiàn)場(chǎng)的指印一直是刑事案件現(xiàn)場(chǎng)勘查的重點(diǎn)，指印技術(shù)應(yīng)用初期，人們往往只能從現(xiàn)場(chǎng)上發(fā)現(xiàn)、提取一些肉眼看得見(jiàn)的指?。ㄈ缪赣〉龋S著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先后出現(xiàn)了一些對(duì)潛在指印進(jìn)行顯現(xiàn)的物理和化學(xué)方法。隨著法庭科學(xué)領(lǐng)域DNA檢驗(yàn)、微量物證檢驗(yàn)等新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)潛在指印的檢驗(yàn)提出了多專(zhuān)業(yè)多方法綜合檢驗(yàn)的模式。于是，在實(shí)際工作中提出了對(duì)指印進(jìn)行無(wú)損顯現(xiàn)和提取的概念，而指印的無(wú)損顯現(xiàn)提取方法主要通過(guò)光學(xué)檢測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于光學(xué)檢測(cè)方法具有操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、顯現(xiàn)效果好、可以重復(fù)多次顯現(xiàn)且不破壞檢材等優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外刑事技術(shù)部門(mén)的重視，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。在刑事案件的現(xiàn)場(chǎng)勘查中無(wú)損顯現(xiàn)和提取圓柱體表面的潛在指印是現(xiàn)場(chǎng)工作的難點(diǎn)之一。為此，魏晨光等人提出了游動(dòng)配光的方法［1］，韓柯等人提出了圖像處理的方法［2］，黃曉春等人提出了采用短波紫外反射照相的方法［3］，葉漢輝、蔡能斌等人提出了熒光照相的方法［4，5］，徐杰等人提出了采用弧面面光源進(jìn)行配光的方法［6］。上述這些方法雖然可以消除圓柱體表面的光斑干擾，并得到清晰的指印圖像，但由于透視的關(guān)系，這些指印圖像存在不同程度的變形，變形程度與圓柱體的曲率半徑有關(guān)；指印圖像的變形程度直接影響指印的檢驗(yàn)鑒定。為此，本文提出了利用全光譜成像系統(tǒng)與物證載物臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的線掃描技術(shù)，配合使用特種光源照明技術(shù)對(duì)遺留在圓柱面客體上的潛在指印進(jìn)行顯現(xiàn)和提取的方法，并研制光機(jī)電一體化的圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置，為圓柱體表面指印探測(cè)提供一種新的方法和設(shè)備，為偵查破案提供技術(shù)支撐。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示是“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”的總體設(shè)計(jì)方案。該裝置主要由全光譜成像系統(tǒng)、載物臺(tái)（轉(zhuǎn)盤(pán)）和多波段光源系統(tǒng)組成。“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”的研制首先要設(shè)計(jì)專(zhuān)用載物臺(tái)及其控制技術(shù)，該載物臺(tái)需實(shí)現(xiàn)以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并與全光譜成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)；其次，要研究圖像處理技術(shù)，主要研究指印圖像的展平技術(shù)，研發(fā)相關(guān)軟件，避免因光學(xué)透視而導(dǎo)致指印圖像的變形；此外，還要對(duì)成像系統(tǒng)和光源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制，光源系統(tǒng)擬采用高亮度的LED光源，以弧面柔光板進(jìn)行導(dǎo)光，實(shí)現(xiàn)柔和、均勻照明；成像系統(tǒng)擬采用熒光薄膜增感技術(shù)對(duì)CCD進(jìn)行增感處理，使成像系統(tǒng)對(duì)紅外線、可見(jiàn)光和紫外線均敏感，滿(mǎn)足物證光學(xué)檢驗(yàn)的需要。綜上所述，“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”通過(guò)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)掃描及相應(yīng)圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)從圓柱體表面獲取平面指印圖像的信息。

3 設(shè)備的研制

3.1 設(shè)備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示是“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖，包括：運(yùn)行操作臺(tái)1、設(shè)置于運(yùn)行操作臺(tái)1上的CCD數(shù)碼成像系統(tǒng)2、照明組合光源3、升降機(jī)構(gòu)4、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)、自調(diào)整手臂6、旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7、旋轉(zhuǎn)電機(jī)16、圖像控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)18，其中：圖像控制系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)輸入的展開(kāi)角度，通過(guò)旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)將待測(cè)物體自動(dòng)旋轉(zhuǎn)并展開(kāi)，展開(kāi)后圖像控制系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)18發(fā)送完成信號(hào)，則計(jì)算機(jī)18分別控制CCD數(shù)碼成像系統(tǒng)2和照明組合光源3的開(kāi)閉，控制升降機(jī)構(gòu)4從而調(diào)整CCD數(shù)碼成像系統(tǒng)2和照明組合光源3的高度，控制水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)從而調(diào)整旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7的水平位置，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)16從而分別調(diào)整自調(diào)整手臂6的運(yùn)動(dòng)用以固定待測(cè)物體，調(diào)整旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7的旋轉(zhuǎn)速度，使得待測(cè)物體于旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7上完成360度的旋轉(zhuǎn)，CCD數(shù)碼成像系統(tǒng)2獲取待測(cè)物體表面各個(gè)角度的圖像信息，該圖像信息傳輸至圖像控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理將圖片整合。

3.2 旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)設(shè)計(jì)

旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7旋轉(zhuǎn)速度分為慢速、中速、快速、極速。其中慢速轉(zhuǎn)速為6r/min；中速轉(zhuǎn)速為9r/min；快速轉(zhuǎn)速為36r/min；極速轉(zhuǎn)速為174r/min，具體待測(cè)物體的直徑與旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7的旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系具體如下表所示，其中，測(cè)試距離由調(diào)整控制水平移動(dòng)架實(shí)現(xiàn)。

如圖3所示，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7上設(shè)有自調(diào)整手臂6。自調(diào)整手臂6包括：三組自調(diào)整夾具61、固定螺母62、磁鐵63和一個(gè)設(shè)置于水平軌道5上的圓盤(pán)64，其中：各個(gè)自由調(diào)整夾具61一端由固定螺母62分別固定于圓盤(pán)64的端面，另一端設(shè)有磁鐵63，待測(cè)的曲面客體放置于圓盤(pán)64的中心點(diǎn)65位置處，磁鐵63由于磁力作用靠近中心點(diǎn)65，從而將曲面客體加緊固定住，圓盤(pán)64的底面設(shè)有彈簧用于控制自由調(diào)整夾具61的伸縮位置。

3.3 設(shè)備移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)。

水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：水平軌道5、水平齒條12、水平移動(dòng)電機(jī)15和移動(dòng)架14，其中：水平軌道5與水平齒條12相連，水平軌道5與自調(diào)整手臂6相連用以調(diào)整自調(diào)整手臂6的位置，自調(diào)整手臂6和旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7分別設(shè)置于移動(dòng)架14上，水平移動(dòng)電機(jī)15和移動(dòng)架14相連以控制移動(dòng)架14的水平移動(dòng)，從而調(diào)整自調(diào)整手臂6上待測(cè)物體的直徑、旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)7的位置。水平移動(dòng)的距離范圍為15-45cm。

升降機(jī)構(gòu)4包括：升降軌道8、升降齒條9、升降架10和升降電機(jī)11，其中：升降架10由升降齒條9設(shè)置于升降軌道8上，升降電機(jī)11與電源相連，計(jì)算機(jī)18控制升降電機(jī)11從而調(diào)整升降架10的垂直運(yùn)動(dòng)，CCD數(shù)碼成像系統(tǒng)2和照明組合光源3分別設(shè)置于升降架10上。升降高度范圍為1-38cm。

水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)4均設(shè)置于金屬架13上，計(jì)算機(jī)18由升降臺(tái)19設(shè)置于控制操作臺(tái)20上。

3.4 光源及成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”的照明采用組合光源3包括：紫外光發(fā)生源、可見(jiàn)光發(fā)生源和近紅外波發(fā)生源。組合光源的調(diào)節(jié)可獲取亮度均勻的圖像。照明組光源的調(diào)節(jié)是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制模塊控制紫外、可見(jiàn)和近紅外的光源開(kāi)關(guān)，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器控制各個(gè)光源的明暗程度。

“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”的成像系統(tǒng)采用一種基于聲光可調(diào)諧濾光器的高光譜成像系統(tǒng)，主要包括前置光學(xué)組件、聲光調(diào)制晶體（Acousto-Optic Tunable Filter,簡(jiǎn)稱(chēng)AOTF）、光探測(cè)器組件、射頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主控計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)軟件。AOTF是一種電控濾光器，它基于聲光效應(yīng)的原理，當(dāng)一束復(fù)色光通過(guò)一個(gè)高頻振動(dòng)的具有光學(xué)彈性的晶體時(shí)，某一波長(zhǎng)的單色光將會(huì)在晶體內(nèi)部產(chǎn)生衍射，以一定角度從晶體中透射出來(lái)，未發(fā)生衍射的復(fù)色光則沿原光線傳播方向直接透射過(guò)晶體，由此達(dá)到分光的目的?，F(xiàn)場(chǎng)潛在物證的入射信號(hào)光經(jīng)過(guò)前置光學(xué)組件的匯聚、準(zhǔn)直后入射AOTF；AOTF在射頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制下挑選需要的波段進(jìn)入光探測(cè)器成像。所選波段的中心波長(zhǎng)、帶寬以及光譜響應(yīng)曲線形狀受射頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制。光譜響應(yīng)范圍涵蓋400-1700nm，光譜分辨率為5-10nm。

4 設(shè)備研制結(jié)果

圖4 裝置實(shí)物照片

如圖4所示為“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”實(shí)物照片，該裝置采用全光譜成像系統(tǒng)與物證載物臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的線掃描技術(shù)，研發(fā)專(zhuān)門(mén)的控制和展平軟件，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，在成像系統(tǒng)中實(shí)時(shí)采集經(jīng)展平的物證圖像。此外，通過(guò)控制水平移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦功能；自調(diào)整中心手臂可以對(duì)不同半徑的曲面物證進(jìn)行固定。“圓柱體表面潛在痕跡顯現(xiàn)及圖像展平裝置”能有效針對(duì)各種曲面物證的痕跡（指紋）進(jìn)行一體化的采集和展平，提高潛在指印的辨識(shí)度，改善指印的檢驗(yàn)鑒定條件。如圖5所示是利用該裝置在鋼筆上顯現(xiàn)、提取的一枚潛在指印，該指印圖像經(jīng)展平，無(wú)變形，紋線清晰，無(wú)雜光干擾。該裝置的設(shè)計(jì)提高了刑事案件現(xiàn)場(chǎng)勘查中對(duì)曲面客體上潛在物證的顯現(xiàn)和提取能力，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖5 在鋼筆上提取的指紋

［1］魏晨光，張濤，林海燕等.游動(dòng)配光檢驗(yàn)方法的研究［J］.刑事技術(shù)，2003（6）：11-15.

［2］韓柯，劉寰，李孝君.指紋圖像增強(qiáng)處理技術(shù)進(jìn)展［J］.警察技術(shù)，2010（5）：4-6.

［3］黃曉春，溫思博，蔡能斌.紫外反射成像技術(shù)顯現(xiàn)弧面客體上的潛在指印［J］.影像技術(shù)，2013（4）:25-27.

［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］蔡能斌，孫文鼎.利用熒光照相拍攝圓弧面上的汗液指?。跩］.中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000（2）：51-52.

［6］徐杰，查慧德，崔斌.弧面面光源光學(xué)顯現(xiàn)光滑弧形表面潛在指?。跩］.影像技術(shù)，2011（6）：52-53.

Device for Visualizing and Unfolding Latent Fingermarks on Cylindrical Surface

CAI Neng-bin1,HUANG Xiao-chun1,JIANG Mei2,ZOU Yun1*
(1.Shanghai Key Laboratory of Criminal Scene Evidence,Shanghai200083,China; 2.Shanghai Public Security Academy,Shanghai200336,China)

Objective:A study on the technology of visualizing and unfolding the latent fingermarks on cylindrical surface.Methods:This research combines the Spectral Imaging System with evidence carrier platform based on line scanning and integrates the optics with mechatronics into the device. Results:Experimental results show that latent fingermarks can be visualized distinctly without transmutation by the device.Conclusion:The device not only enhances visualization and extraction of latent fingermarks but also paves the way for investigation at crime scene.

Forensic Science;Latent Fingermarks;Cylindrical Surface

D918.91;O433.4

B

10.3969/j.issn.1001-0270.2015.05.24

2015-04-07

上海市科委專(zhuān)項(xiàng)課題（13JG0500200），上海市公安局科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目（2013004）。

蔡能斌（1967-），男，上海人，高級(jí)工程師，主要研究方向：現(xiàn)場(chǎng)勘查及刑事圖像技術(shù)。

*通訊作者：鄒蕓（1984-），女，江西人，博士，主要研究方向：現(xiàn)場(chǎng)物證光學(xué)探測(cè)技術(shù)。