高精度玻璃折射率快速測(cè)量?jī)x的研制*

廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

高精度玻璃折射率快速測(cè)量?jī)x的研制*

廣東省公安廳科技信息化處科技管理科

（廣東省公安廳，廣東 廣州510050）

1　項(xiàng)目基本情況

高精度玻璃折射率快速測(cè)量?jī)x一種針對(duì)任意形狀和大小的玻璃折射率高精度測(cè)量?jī)x器，該設(shè)備基于折射率匹配技術(shù)，利用光學(xué)匹配和測(cè)量的方法，結(jié)合圖像處理技術(shù)，同時(shí)可以克服傳統(tǒng)方法中造價(jià)高和樣品準(zhǔn)備復(fù)雜的困難，是一種玻璃折射率快速精密測(cè)量的儀器。該主要應(yīng)用于全國(guó)公安系統(tǒng)刑偵領(lǐng)域各類案件中涉及玻璃物證的檢驗(yàn)鑒定，也可應(yīng)用于玻璃相關(guān)工業(yè)的質(zhì)檢及特征探測(cè)等方面，該項(xiàng)目獲國(guó)家發(fā)明專利1項(xiàng)。

2　項(xiàng)目實(shí)施背景

近年來(lái)，涉及玻璃物證檢驗(yàn)的案件逐年增多，玻璃物證的檢驗(yàn)鑒定對(duì)于提供偵查線索、揭露和證實(shí)犯罪具有重要意義。如在交通肇事逃逸案件、盜竊案、兇殺案等刑事案件偵破中，玻璃碎片往往都成為較好的法庭物證。目前我國(guó)刑偵技術(shù)檢驗(yàn)部門對(duì)于玻璃的檢測(cè)方法還比較單一，通常局限于外觀和密度等方法的檢驗(yàn)，由于國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有對(duì)非規(guī)則形狀玻璃進(jìn)行折射率檢驗(yàn)的儀器設(shè)備，國(guó)外生產(chǎn)的檢驗(yàn)玻璃折射率的儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，無(wú)法普及，因此在一定程度上也制約了玻璃物證方面的檢驗(yàn)工作，難以得到滿意的檢測(cè)結(jié)果，使得從現(xiàn)場(chǎng)或與犯罪有關(guān)的物品上搜取的玻璃碎片證據(jù)無(wú)法利用，影響了案件的偵破，使犯罪分子逍遙法外。因而刑偵物證鑒定部門急需要一種操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精度更高，價(jià)格適中的鑒定玻璃樣品的檢測(cè)設(shè)備，以達(dá)到區(qū)分不同玻璃的目的。

將玻璃折射率測(cè)量作為一種法庭物證鑒定的新手段，可以有效增強(qiáng)法庭科學(xué)檢驗(yàn)的技術(shù)力量，特別是針對(duì)要以玻璃（碎片或者殘?jiān)┳鳛槲镒C的案件，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也為新的科學(xué)技術(shù)有效、及時(shí)地應(yīng)用于刑事技術(shù)領(lǐng)域開辟新的途徑。同時(shí)，也將會(huì)拓展玻璃折射率測(cè)量在玻璃相關(guān)工業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)、玻璃應(yīng)用領(lǐng)域的特征探測(cè)等方面的應(yīng)用，填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。

3　項(xiàng)目主要內(nèi)容

3.1樣機(jī)研制

樣機(jī)基于折射率匹配技術(shù)，利用光學(xué)匹配和測(cè)量的方法，結(jié)合圖像處理技術(shù)，利用匹配液的光學(xué)色散特性，實(shí)現(xiàn)玻璃折射率的精密測(cè)量。該儀器利用匹配液折射率隨著溫度變化的特性，通過(guò)觀察和搜索與玻璃樣品折射率的匹配溫度，從而得到玻璃樣品的折射率。

3.2匹配液特性的選擇和分析

匹配液的第一要求是它的溫度折射率系數(shù)穩(wěn)定性好，其隨溫度變化特性能符合線性要求。第二，應(yīng)該選用多種匹配液，以覆蓋不同折射率測(cè)量范圍。第三，光學(xué)性質(zhì)好，透明，無(wú)色。第四，由于可能用到高溫（如最高150℃），要求其物理性質(zhì)穩(wěn)定，包括燃點(diǎn)高、開口閃點(diǎn)高、熔點(diǎn)低，熱穩(wěn)定性好，沒(méi)有揮發(fā)性，粘度適中。第五，因?yàn)楹腥斯げ僮鞯牟糠?，所以要求匹配液的化學(xué)毒性小或無(wú)毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定或者惰性。從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，由于匹配液是耗材，還要求選擇性能合適、質(zhì)量穩(wěn)定、供應(yīng)可靠的匹配液。

3.3溫度的精確控制

該項(xiàng)目的熱臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)快速升溫和降溫；對(duì)溫度范圍、升溫降溫速度、溫度控制精度都可以調(diào)節(jié)，并且實(shí)現(xiàn)電腦控制。項(xiàng)目最終確定了美國(guó)產(chǎn)INSTEC熱臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速升溫和降溫；對(duì)溫度范圍、升溫降溫速度、溫度控制精度都可以精密調(diào)節(jié)，并且實(shí)現(xiàn)電腦控制。

3.4成像系統(tǒng)及匹配程度

成像系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確反映匹配液與玻璃樣品之間折射率匹配程度；成像系統(tǒng)成像能力也會(huì)影響后續(xù)圖像處理系統(tǒng)的能力和精度。該項(xiàng)目采用OLIPAS相差顯微鏡作為成像系統(tǒng)，建立圖像分析模型。玻璃樣品與匹配液對(duì)照明光都透明；成像系統(tǒng)對(duì)兩者的邊界變化能夠清晰明確地成像，有助于衡量隨溫度變化時(shí)兩者的折射率匹配狀態(tài)，最終有助于提高匹配溫度的精確度。

3.5通過(guò)圖像處理系統(tǒng)找到有效的匹配評(píng)價(jià)指數(shù)

圖像處理系統(tǒng)包括圖像采集、變換分析、特征提取和顯示等。通過(guò)圖像處理系統(tǒng)能夠?qū)⑵ヅ湟号c玻璃樣品之間的匹配程度數(shù)值化，形成定量的匹配評(píng)價(jià)指數(shù)。結(jié)合匹配液的溫度特性，根據(jù)匹配程度來(lái)測(cè)算出玻璃樣品的折射率。

4　應(yīng)用程度及成效

項(xiàng)目成果目前主要應(yīng)用于全國(guó)公安系統(tǒng)刑偵領(lǐng)域各類案件中涉及玻璃物證的檢驗(yàn)鑒定，已為黑龍江省、廣西省、廣州市、珠海市、東莞市等省市公安機(jī)關(guān)鑒定機(jī)構(gòu)用于辦案實(shí)踐中，在交通肇事逃逸案件、兇殺案、碎尸案、綁架案、盜竊案等各類刑事案件中涉及玻璃物證的檢驗(yàn)鑒定中起到關(guān)鍵作用，得到滿意的檢測(cè)結(jié)果，為偵查破案提供重要線索，得到辦案單位一致好評(píng)。同時(shí)也將會(huì)拓展玻璃折射率測(cè)量在玻璃相關(guān)工業(yè)的質(zhì)量檢測(cè)、玻璃應(yīng)用領(lǐng)域的特征探測(cè)等方面的應(yīng)用，填補(bǔ)我國(guó)在該領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。

*深圳市公安局刑事警察支隊(duì)刑事技術(shù)處完成的“高精度玻璃折射率快速測(cè)量?jī)x的研制”獲2015年度公安部科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。