巧用掃描儀和Photoshop無損提取鏡面手印

王明廣，夏軍鋒，王 正

（1.江蘇省淮安市公安局物證鑒定所，江蘇淮安 223000；2.江蘇省淮安市公安局工業(yè)園區(qū)分局，江蘇淮安223000；3.江蘇省淮安市公安局淮陰分局，江蘇淮安 223300）

長期以來，對案件現(xiàn)場遺留在鏡面上的手印進行無損照相提取，一直是現(xiàn)場勘查工作中的難點。在尚未開始提取接觸型DNA的時代，現(xiàn)場勘查人員實際工作中多采取粉末顯現(xiàn)提取，雖然可以方便快捷地提取現(xiàn)場手印，但因為毛刷、粉末多為反復(fù)使用，會交叉污染手印中的DNA檢材，極大地降低現(xiàn)場手印提取接觸型DNA檢材的成功率。所以，為了保證現(xiàn)場手印紋線內(nèi)接觸型DNA的提取成功率，就需要盡量采用光學(xué)方法無損提取現(xiàn)場手印。

傳統(tǒng)光學(xué)提取方法包括定向反射鏡照相法、小景深照相法、偏振光照相法等方法，實際操作中較為繁瑣，對照相設(shè)備和附屬配件器材的依賴程度較高，同時受現(xiàn)場空間環(huán)境、光場環(huán)境等因素制約較多[1]。筆者經(jīng)過分解掃描儀組件、分析其構(gòu)造和成像原理、反復(fù)試驗，成功采用掃描儀無損提取鏡面現(xiàn)場手印，經(jīng)Adobe Photoshop處理后，手印紋線清晰、反差好、無背景和重疊圖像干擾，相比傳統(tǒng)照相手段更簡便、快捷、高效。

1 材料與方法

1.1 樣本

留有一枚汗液手印的鏡子一塊；留有一枚汗液手印的不銹鋼水壺一只。

1.2 器材與環(huán)境

愛普生墨倉式L220打印掃描復(fù)印一體機一臺；臺式計算機（或筆記本電腦）一臺，操作系統(tǒng)為Microsoft Windows10專業(yè)版x64，并裝有圖像處理軟件Adobe Photoshop CC x64；NIKOND80相機；快門線；NIKON NIKKOR 18-200mm F/3.5-5.6G ED VR II鏡頭；NIKON NIKKOR 50mm F/1.4鏡頭；ZADF-II型定向反射鏡；三腳架；勻光LED燈；比例尺。

溫度25℃，濕度50%～60%；暗室環(huán)境。

1.3 方法

采用入射光觀察法尋找遺留在鏡面的汗液手印，并在手印旁按照物證照相的要求貼上比例尺。將鏡面平放在掃描儀的玻璃平板上。為了避免手印直接接觸掃描儀玻璃而產(chǎn)生對手印紋線內(nèi)DNA檢材的污染，用高度0.5mm的硬物（如訂書針、回形針等）將鏡子的四個角墊高。最后，輕放掃描儀的文稿蓋。打開掃描儀電源，并保證與計算機連接完好。在計算機中打開掃描儀掃描程序軟件EpsonScan，并選擇切換至“專業(yè)模式”。

第一步，點擊預(yù)覽，在預(yù)覽的圖像中選擇掃描范圍，并可以根據(jù)被掃描物品的實際情況，調(diào)節(jié)設(shè)定掃描儀的自動曝光類型、圖像類型、分辨率、文稿大小、目標(biāo)尺寸、曝光、色調(diào)、色彩、銳化、去網(wǎng)紋等參數(shù)，本文選擇的參數(shù)為24位全彩、1200dpi；

第二步，點擊掃描并輸出圖像，為了得到高質(zhì)量的圖像，存為無損格式的TIF圖像，能夠反映出手印完整清晰的紋線，且紋線間的間隔清晰，無重影干擾，但手印紋線灰暗，反差較弱；

第三步，打開Adobe Photoshop CC圖像處理軟件，對剛剛掃描得到的TIF圖像進行編輯處理。首先，對圖像的色階進行調(diào)整，拖動“輸入色階”的3個滑塊，分別調(diào)整“陰影輸入色階”、“中間調(diào)輸入色階”和“高光輸入色階”，直至圖像背景接近黑色而手印紋線反差明顯，本文中針對圖1.a選擇設(shè)定的值分別為18、1.00和123；然后，對圖像進行黑白化處理，進一步提高手印紋線的反差，減小色彩干擾。

2 結(jié)果與討論

遺留在鏡面上的現(xiàn)場手印，因為鏡子本身的結(jié)構(gòu)特點，導(dǎo)致玻璃表面和鏡中的兩個影像形成重影干擾，所以光學(xué)方法提取鏡面手印的任務(wù)就是去重影、去干擾[2]。按照上述操作，使用掃描儀提取到的鏡面手印，無重影、無背景干擾，如圖1.a，經(jīng)Photoshop軟件進一步處理后，紋線更加清晰，反差較好。如圖1.b，整個提取過程較為簡便、快捷。

圖1 手印圖片（a：平板式掃描儀提??；b：經(jīng)Photoshop處理）Fig.1 Fingerprint image (a: extracted by a fl at-bed scanner; b:processed with Photoshop)

除了上述遺留于鏡面現(xiàn)場手印之外，對于不銹鋼表面、鏡面薄膜等類似客體上的現(xiàn)場手印，均可以采取掃描儀進行無損提取，如圖2。

圖2 掃描儀提取不銹鋼水壺表面汗液手印 (1200 dpi)Fig.2 One sweat fi ngerprint extracted from a stainless steel kettle by a scanner

2.1 掃描儀工作原理

掃描儀的核心部件包含光學(xué)組件和CCD元件。光學(xué)組件由光源、反光鏡片、鏡頭組成，用來獲取被掃描物體的反射光信息，相當(dāng)于掃描儀的“眼睛”。光學(xué)分辨率可以達到9600dpi以上，遠大于普通單反相機的300dpi。掃描儀的CCD元件是線性排列的CCD陣列，在大約10μm的寬度上排列著數(shù)千個CCD圖像單元。CCD圖像單元極其微小，對垂直方向的光線更為敏感，可以有效地過濾其他方向上的散射光。掃描儀工作時，機內(nèi)光源發(fā)出均勻光線照亮玻璃面板上的被掃描稿件，產(chǎn)生表示圖像特征的反射光。掃描頭上的一組反射鏡片將反射光通過一組鏡頭送至掃描儀CCD元件上。CCD元件將不同強度與顏色的反射光轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并通過數(shù)字接口傳輸?shù)接嬎銠C中，處理程序根據(jù)順序?qū)⑹占降臄?shù)字信號處理整合為一幅完整的圖像。

2.2 掃描儀提取鏡面手印原理

當(dāng)掃描鏡面手印時，沒有手印紋線的地方，光線直接穿過玻璃表面而發(fā)生鏡面反射，無法被掃描儀鏡頭捕捉到；而有手印紋線的地方發(fā)生了漫反射，其中一部分被掃描儀鏡頭捕捉到，并由掃描儀CCD轉(zhuǎn)換為圖像信號發(fā)送至計算機，如圖3。因為掃描儀鏡頭捕捉到的光線數(shù)量有限，所以手印紋線較為灰暗，反差相對較弱。同時，因為掃描儀光學(xué)組件景深很小，即使鏡子的反射面有部分干擾光線，也無法被掃描儀鏡頭捕捉到。

2.3 與其他光學(xué)方法的比較

使用掃描儀和Photoshop軟件提取鏡面手印具有以下優(yōu)勢：1）較好解決了背景重影干擾的問題。采用定向反射鏡法、小景深法時，為避開光源的直射光斑，往往需要使光源或相機有較小的偏角，較難實現(xiàn)相機拍攝方向與鏡面的完全垂直，使提取到的手印紋線的邊緣依然存在一定的重疊圖像，形成一定的干擾，如圖4a、圖4b。2）操作相對簡便，能夠快速提取，一人可以輕松完成。定向反射法、偏振光照相法和紫外線照相法在照相過程中需要不斷調(diào)整光的入射方向[3-4]，并同時觀察相機拍攝的效果，往往需要2人共同操作完成。3）受環(huán)境制約較少。由于掃描儀特殊的結(jié)構(gòu)，使其工作時對檢驗環(huán)境的要求較低，無需遮蔽環(huán)境其他光源，而定向反射法、偏振光照相法和紫外線照相法為了避免干擾，取得良好的拍攝效果，需要遮蔽環(huán)境門窗，形成暗室條件進行拍攝。同時，也不會產(chǎn)生如超長焦小景深法在狹窄環(huán)境內(nèi)無法滿足最近對焦距離的困擾。4）圖像分辨率可以輕松超越單反相機300dpi的限制。5）根據(jù)掃描儀的工作原理，掃描得到的圖像沒有畸變。使用相機進行拍攝時，不同型號的鏡頭會產(chǎn)生不同的畸變，尤其是在圖像的邊沿區(qū)域，變形更加嚴(yán)重，后期往往需要對圖像進行鏡頭畸變矯正。6）有效避免了照相抖動、感光度過高、快門速度過低等現(xiàn)象，從而保證了圖像的質(zhì)量。7）有效避免了對提取人員身體健康的可能損害。采用紫外線照相法時，短波紫外線對人體，尤其是眼睛和皮膚有很大的傷害作用，防護措施不足會產(chǎn)生眼睛紅腫和皮膚紅斑、脫落，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致眼睛永久性損傷和皮膚癌[4]。

圖3 掃描儀提取鏡面手印原理示意圖Fig.3 The principle to extract mirror-carried fi ngerprint by a scanner

圖4 鏡面手?。╝:定向反射法提取; b:大光圈小景深法提?。〧ig.4 The mirror-carried fi ngerprint (a: extracted by the direct re fl ection; b: extracted via the large aperture and shallow depth of fi eld).

但是，與傳統(tǒng)照相方法相比較，本方法也存在以下不足或不便之處：1）使用掃描儀直接掃描得到的手印圖像反差較弱，需借助于Adobe Photoshop軟件的后期處理，對操作人員的計算機操作和圖像處理技能有一定的要求。2）日常使用的多為平板式掃描儀，如遇體積或重量較大、無法實物提取的物證（如陷入墻體或櫥柜內(nèi)部的穿衣鏡等），操作難度較大，但可以通過購置便攜式掃描儀來解決。3）如在案件現(xiàn)場操作，需要額外攜帶筆記本電腦等設(shè)備，增加了基層現(xiàn)場勘查人員的負(fù)擔(dān)。4）因為掃描儀光學(xué)元件焦距固定、景深較小，對遺留在如凹面鏡、球面鏡等非平面或不規(guī)則客體表面上的鏡面手印無法進行提取，此類客體上的鏡面手印提取還需依靠傳統(tǒng)的照相手段。

3 結(jié)論

綜上所述，使用掃描儀和Photoshop軟件能夠簡便、快捷地?zé)o損提取鏡面手印，并且實現(xiàn)手印紋線無重影、無背景干擾，提取到的手印紋線清晰，反差較好。

[1] 夏軍鋒,王明廣,王正. 淺析光場成像技術(shù)在刑事影像中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2016(21):78.

[2] 王桂強. 指印的光學(xué)顯現(xiàn)和照相技術(shù)[M].北京:群眾出版社,2001.

[3] 李欣,王桂強.偏振光照相顯現(xiàn)鏡面客體上的潛在指印[J].刑事技術(shù),2007(1):7-8.

[4] 梁家奎.用Andor全波段CCD照相系統(tǒng)拍照鏡面上的汗液手印[J].山西警官高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2010,18(3):78-80.