處理光滑曲面上指印光斑方法的實驗研究

李俊軍,　樊金英,　高樹輝

(1.中國人民公安大學，北京　100076； 2.重慶市公安局刑偵總隊，重慶　400700)

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處理光滑曲面上指印光斑方法的實驗研究

李俊軍1,2,樊金英1,高樹輝1

(1.中國人民公安大學，北京100076； 2.重慶市公安局刑偵總隊，重慶400700)

摘要目的 解決并處理曲面上指印物證照片光斑影響難題。 方法 提取拍照時，利用不同配光角度記錄兩次相同背景相同反差但光斑位置不同的照片，利用PhotoShop軟件“橡皮擦”工具進行圖像拼合，達到去除光斑的目的。 結(jié)果 圖像處理后的物證照片即消除了光斑又能反映紋線細節(jié)的檢驗效果。 結(jié)論 處理曲面上指印時，圖像拼接法是一種可以去除光斑影響的有效方法。

關(guān)鍵詞光滑曲面； 光斑； 物證拍照； PhotoShop軟件

0引言

在實際光學檢驗鑒定中，經(jīng)常遇到光滑曲面物體，如杯子、把手、碗、圓柱形桿件以及不規(guī)則的曲面，光斑的處理成為光滑曲面客體上物證拍照的難點。

對于光滑曲面痕跡的拍照國內(nèi)很多同行開展了探討，其中多是針對反射光斑的處理。徐杰等[1]提出使用弧面光源提取光滑弧形表面客體潛在指印。程艷等[2]使用紙張自制面光源裝置，使自然光或燈光透過紙張進行照明的方法來消除反射光斑。蔡能斌等[3]利用羅明丹6G溶液對502膠固定后的檢材進行熒光染色，使用熒光拍照法消除反射光斑，增強指印反差。唐明佳[4]應(yīng)用圖像處理軟件Image-Pro( R) Plus(簡稱IPP)，對檢材改變打光角度，形成一組光斑在不同位置的照片，通過軟件自動去除光斑。葉漢輝[5]對502膠固定后的檢材，熒光粉末刷顯處理后，使用多波段光源和濾光片進行拍照。汪凱[6]對指印不同部位配光拍照，通過PhotoShop應(yīng)用程序pho tomerge 命令進行自動接片處理。張偉等[7]成磊等[8]對曲面的不同位置進行拍照，通過PhotoShop軟件進行人工整體拼接圖像。蔡能斌等[9]研制并使用光機電一體化圓柱體表面顯現(xiàn)及圖像展平裝置來提取對圓柱體表面的指印。

由于曲面特性，形成光斑無法避免，但光斑的旁邊紋線的漫反射效果最佳。在遠離光斑處，由于光線反射弱，指紋紋線與背景的反差也相對弱些。而光斑處，由于光斑的存在，使紋線處在反射的光斑內(nèi)，紋線無法反映出來。我們在曲面物證的指紋實際拍照時，常常將光斑置于要拍痕跡的邊緣，最大程度反映痕跡，但是這種方法使光斑位于指紋的一側(cè)，指紋的近光斑部分有較好的反差，遠離光斑的指紋紋線反差較差，而最關(guān)鍵的中心花紋處，由于處在指紋的中間，指紋紋線不能得到最佳的反差效果。

本文使用暗視場照明技術(shù)，探討一種簡單、快捷的方法，不規(guī)避光斑出現(xiàn)在指紋紋線上，得到最佳的紋線漫反射效果。

1實驗設(shè)計

1.1實驗設(shè)備

尼康D7000 數(shù)碼相機，85 mm微距鏡頭，專業(yè)電筒式光源，翻拍架，比例尺。

1.2實驗樣本制作

實驗選擇生活中常接觸到的圓柱形客體，根據(jù)曲率不同、客體材料不同和凹凸面程度不同選擇客體。見圖1～4。

圖1　樣本一 圓柱體狀不銹鋼水杯

圖2　樣本二 椎體狀陶瓷水杯

圖3　樣本三 玻璃碗

圖4　樣本四 不銹鋼碗

1.3實驗方法

1.3.1拍攝方法

(1)將相機固定在翻拍架上，被拍照光滑曲面客體向上，相機鏡頭正對指印，固定物距。

(2)使用小光圈大景深模式，根據(jù)實驗室環(huán)境調(diào)節(jié)光圈、感光度和快門時間。

(3)用手動調(diào)焦模式。

(4)小角度配光，使條狀光斑覆蓋在紋線中心進行第一次拍照。

(5)通過調(diào)節(jié)配光角度，移動條狀光斑，使條狀光斑處于第一次拍照光斑旁并進行第二次拍照。

1.3.2軟件處理方法

(1)使用PhotoShop軟件打開兩張圖片，圖像——調(diào)整——曲線，調(diào)整兩張圖片亮度。

(2)使用工具欄里“移動”工具將第一張照片拖到第二張照片上，邊框重合，使第一張照片成為背景層，第二張照片為圖層一。

(3)使用工具欄里“橡皮擦”工具，直接將第一張照片(圖層一)中心部位的光斑條擦去，露出第二張照片(背景層)中該部分圖案。

2實驗結(jié)果與分析

2.1實驗結(jié)果

實驗結(jié)果如圖5～6所示，每組樣本中A照片和B照片為原始照片，C照片為依照本方法處理后照片。

圖5　不銹鋼水杯凸面原始照片A

圖6　不銹鋼水杯凸面原始照片B

圖7　不銹鋼水杯凸面實驗結(jié)果C

圖8　陶瓷水杯凸面原始照片A

圖9　陶瓷水杯凸面原始照片B

圖10　陶瓷水杯凸面實驗結(jié)果C

圖11　玻璃碗凹面原始照片A

圖12　玻璃碗凹面原始照片B

圖13　玻璃碗凹面實驗結(jié)果C

圖14　不銹鋼碗凹面原始照片A

圖15　不銹鋼碗凹面原始照片B

圖16　不銹鋼碗凹面實驗結(jié)果C

2.2結(jié)果分析

(1)使用小光圈大景深模式，避免因為曲面原因造成一部分清晰而另一部分不實。

(2)兩次拍照結(jié)果的影調(diào)盡量相同、大小一致。

(3)兩張照片唯一不同的就是配光角度，使光斑的位置不同。用其中一張?zhí)鎿Q另一張被光斑覆蓋的部分。

實驗結(jié)果證明此方法可以消除光斑，且沒有造成紋線特征點丟失和增加。

3討論

3.1本方法的特點

通過4組不同客體曲面的指印拍照實驗，均能很容易得到消除光斑的反映紋線細節(jié)圖案，凸顯出本處理方法的簡單、快捷，且無紋線特征點的丟失和增加。

(1)無損拍照。不會對客體及客體上的痕跡有任何損壞。

(2)光源的適用性廣。相對于面光源[1]和弧面光源[2]的方法，面光源處理的痕跡與背景的反差小，還需要制作專門的面光源裝置。本方法直接將光斑放在痕跡的中心處，最大程度地體現(xiàn)暗視場技術(shù)的優(yōu)勢，提高了紋線的反差，普通光源、點光源、線光源、多波段光源、紅外光源和紫外光源均適用，具有光源上的廣泛適用性。

(3)適用于凹面、凸面和不規(guī)則曲面。本方法由于將無法避免的光斑用相同物距、相同焦距、相同拍照畫面進行替換，對于凹面、凸面和不規(guī)則曲面均適用。

(4)細節(jié)無損失。使用圖像處理軟件Image-Pro( R) Plus[4]和使用PhotoShop應(yīng)用程序pho tomerge 命令[6]進行自動接片處理的致命問題在于軟件自動合成時無法保證紋線細節(jié)特征點的真實性。本方法是使用相同物距相同焦距相同拍照畫面的不同打光角度的兩張照片相互補充而形成的照片，對于物質(zhì)細節(jié)沒有損失。

(5)軟件的大眾化。使用圖像處理軟件Image-Pro( R) Plus[4]需要專業(yè)的軟件及相關(guān)的學習培訓。本方法使用的是大眾化的PhotoShop 軟件及軟件里的最為簡單的“橡皮擦”功能，適合基礎(chǔ)普通操作者使用。

(6)簡單、快捷、可操作性強。使用PhotoShop軟件拼接圖像的方法[7，8]，必須人工對紋線及特征點進行對接，必須調(diào)整兩張圖片的角度和位置進行拼合，費事費力。使用光機電一體化圓柱體表面顯現(xiàn)及圖像展平裝置的方法[9]，必須購置專門的設(shè)備。本方法操作方法簡單、快捷，操作者不需要軟件方面的專業(yè)知識和專門設(shè)備，無需再花時間去針對拼合處的細節(jié)進行人工比對確認細節(jié)是否有損失。

3.2本方法的應(yīng)用擴展

對于大面積的曲面物體，兩張含有光斑指印照片不足以反映紋線特征時，可以在本方法的基礎(chǔ)上選擇多次拍照，在多個不同位置光斑點的基礎(chǔ)上進行多次替換，即可以輕松解決問題。

3.3拼接處處理

照片在拼合處雖然不影響痕跡特征的反映，但是拼接處依然存在一定程度的亮度差，這個亮度差可以通過相近的曝光來減弱。

4結(jié)論

本方法使用光學無損檢驗，不損壞客體及客體上的痕跡。用相同物距、相同焦距、相同拍照畫面的不同打光角度的兩張照片相互補充，不損失物證細節(jié)。

本方法可以使用普通光源、點光源、線光源、多波段光源、紅外光源和紫外光源，適合各種凹面凸面及不規(guī)則曲面上配光檢驗法提取的物證光斑的消除。

本方法利用圖像拼接方法在不規(guī)避光斑的情況下，完整提取光滑曲面上指印，不損失指印細節(jié)特征，方法簡單、快捷，可操作性強。

參考文獻

[1]徐杰, 查慧德, 崔斌.弧面面光源光學顯現(xiàn)光滑弧形表面潛在指印[J].影像技術(shù), 2011, 23(6):38-40.

[2]程艷, 李國斌, 李麗珍.談自制面光源裝置拍攝光滑弧面客體上的指印[J].遼寧警專學報, 2007(2):60-61.

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

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

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

[6]汪凱.圖像接片技術(shù)在弧形表面指印拍照中應(yīng)用1例[J].刑事技術(shù), 2009(3):27-27.

[7]張偉, 謝維.指印拼接方法新探[J].甘肅警察職業(yè)學院學報, 2007(3).

[8]成磊, 楊玉柱, 徐政,等.短波紫外反射照相顯現(xiàn)曲面客體上的潛在指印[J].遼寧警專學報, 2015(2):72-78.

[9]蔡能斌,黃曉春,姜梅,鄒蕓.圓柱體表面潛在指印的顯現(xiàn)及圖像展平裝置[J].刑事技術(shù), 2015(5):55-59.

[10] 王昕,張艷云,王科, 冉茂江,楊鳴.刑事照相常用紫外光源照射對DNA檢驗的影響研究[J].刑事技術(shù), 2013(5):38-41.

[11] 高樹輝.刑事影像技術(shù)[M].北京:中國人民公安大學出版社.2013:119-227.

(責任編輯陳小明)

作者簡介李俊軍(1976—)，男，四川成都人，高級工程師，2015級刑事科學技術(shù)專業(yè)研究生。研究方向為刑事科學技術(shù)。

中圖分類號D918.91