二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)方法及應(yīng)用

劉玉華，戚成文

（1.內(nèi)蒙古警官學(xué)校，內(nèi)蒙古 呼和浩特010051；2.鄭州鐵路公安處 刑事技術(shù)支隊(duì)，河南 鄭州450052）

在刑事案件的現(xiàn)場(chǎng)勘查過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)在透明玻璃、金屬油漆、硬塑料、白瓷磚、透明塑料袋、透明膠帶等各種光滑客體表面遺留無(wú)色汗?jié)撌钟?，有些無(wú)色汗?jié)撌钟》床顦O其微弱，給拍照記錄帶來(lái)了困難。對(duì)于這些疑難手印，在痕跡物證檢驗(yàn)中最常用的方法是配光檢驗(yàn)技術(shù)。

用光線照射檢材，在垂直方向接收記錄檢材反射光亮度分布，通過(guò)選擇照明光線入射角度和方向來(lái)調(diào)整控制檢材反射光亮度分布的方法稱(chēng)為配光檢驗(yàn)技術(shù)。其主要作用是加強(qiáng)痕跡與載體之間的亮度反差和消除或減弱客體背景圖案的干擾［1］。在物證檢驗(yàn)領(lǐng)域，常用的配光檢驗(yàn)技術(shù)有七種：定向反射照明技術(shù)、暗視場(chǎng)照明技術(shù)、均勻照明技術(shù)、側(cè)光照明技術(shù)、掠入射照明技術(shù)、無(wú)影照明技術(shù)和透射照明（側(cè)透射照明和正透射照明）技術(shù)［2］。其中，定向反射照明技術(shù)是在與照明光線入射角度相等的反射角方向上接收記錄被檢驗(yàn)物體的反射光亮度分布的方法。定向反射照明技術(shù)又分為垂直定向反射照明技術(shù)和小偏角定向反射照明技術(shù)兩種［3］。垂直定向反射照明技術(shù)必須使用定向反射鏡才能實(shí)現(xiàn)，在沒(méi)有定向反射鏡的情況下可以使用小偏角定向反射照明技術(shù)。定向反射照明技術(shù)適合于拍照陶瓷、照片、玻璃、油漆、塑料等光滑表面遺留的汗液手印、油脂手印、灰塵手印、“502”膠熏顯手印、血手印和粉末顯現(xiàn)手印等。

雖然定向反射照相技術(shù)可以拍照記錄光滑客體表面遺留的各種潛在手印，但是，在拍照實(shí)踐中，容易出現(xiàn)配光不均勻、耀眼光斑等現(xiàn)象影響手印細(xì)節(jié)的清晰再現(xiàn)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)拍照上述手印，可以得到理想的效果。

一、定向反射攝影的原理

當(dāng)光線從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。入射光線在物質(zhì)表面被反射所形成的反射光線稱(chēng)為表面反射光。按照物質(zhì)的表面反射光的空間分布形式，可以將物質(zhì)分為三種類(lèi)型：定向反射物質(zhì)、漫反射物質(zhì)和混合反射物質(zhì)。

不同材質(zhì)的物體，對(duì)光線的反射和吸收有不同的特點(diǎn)。物體對(duì)光的反射特性，既與物體表面結(jié)構(gòu)的光滑程度有關(guān)，也與光線的角度、方向等條件有關(guān)。當(dāng)物體表面較為平滑，即微觀凹凸區(qū)域的尺寸小于光線波長(zhǎng)時(shí)，反射光只呈現(xiàn)一個(gè)方向，此即定向反射。如玻璃、陶瓷等物體就具有這個(gè)特性。當(dāng)物體表面不太平滑，即微觀凹凸區(qū)域的尺寸大于光線波長(zhǎng)時(shí)，各微觀部位的反射光會(huì)出現(xiàn)在不同方向上，從宏觀上看表面上每一點(diǎn)的反射光均勻出現(xiàn)在所有方向上，此即漫反射。普通紙張、灰塵等具有這種特性［4］。在物證檢驗(yàn)領(lǐng)域，最典型的混合反射物質(zhì)是汗液和油脂成分的痕跡物質(zhì)。在實(shí)際工作中，嚴(yán)格的定向反射物質(zhì)和漫反射物質(zhì)比較少見(jiàn)，大多數(shù)物質(zhì)屬于混合反射物質(zhì)。有些表面光滑物質(zhì)的反射光絕大部分集中在反射角方向上，可以近似認(rèn)為它們是定向反射物質(zhì)，例如一些光滑家具表面和漆面、玻璃、瓷器、鍍鉻金屬面等。有些表面粗糙的物質(zhì)如灰塵、泥土、粗糙木面、不光滑的紙張等，可以近似認(rèn)為是漫反射物質(zhì)。

物質(zhì)的表面反射光是非光譜選擇性的（個(gè)別金屬表面除外），因此表面反射光的光譜成分與入射光光譜成分完全相同。

在光線照射下，被檢驗(yàn)物體上各種物質(zhì)的反射光呈現(xiàn)各自的空間分布形式。配光檢驗(yàn)通常只是記錄它們?cè)诖怪狈较蛏系姆瓷涔夥至康南鄬?duì)亮度分布。當(dāng)照明光線的入射角度變化時(shí)，各種物質(zhì)的垂直反射分量隨之變化。由于不同反射性質(zhì)的物質(zhì)的垂直反射分量隨照明光線入射角度變化有不同的變化規(guī)律，它們?cè)诖怪狈较蛏系南鄬?duì)亮度分布將隨入射角度改變而變化。

對(duì)于痕跡檢材，如果痕跡物質(zhì)與客體表面具有不同的反射空間分布形式，痕跡物質(zhì)與客體之間在垂直方向上的相對(duì)反射光亮度差將隨照明光線入射角度變化。所以，適當(dāng)選擇照明光線的入射角度和方向，可以使痕跡物質(zhì)與客體之間呈現(xiàn)最大的反射光亮度反差。此外，照明光線入射角度也可能影響客體的內(nèi)反射光亮度。因此，配光技術(shù)也可以在一定程度上調(diào)整背景反射亮度，達(dá)到增加痕跡與客體背景之間亮度反差的目的。

二、二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)的方法設(shè)計(jì)

如圖1 所示，先利用面光源照射的光線經(jīng)過(guò)一次平面反射鏡反射后，以5°角左右照射被檢驗(yàn)的手印，手印二次反射的光線再以5°角左右進(jìn)入照相機(jī)鏡頭進(jìn)行成像。

圖1 二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)裝置示意圖

三、二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)的拍照要點(diǎn)

第一，必須使用面光源。不使用面光源，就會(huì)出現(xiàn)耀眼的光斑。常見(jiàn)的面光源包括X 光片觀片燈、小型盒式幻燈片觀察燈等。面光源的發(fā)光面在20cm～40cm 范圍較為理想。面光源的面積過(guò)大，光源亮度過(guò)??；面光源的面積過(guò)小，不利于配光。

第二，二次漫反射時(shí)所用的平面反射鏡大小為15cm×20cm 比較理想，平面反射鏡表面要干凈明亮。拍照時(shí)最好將平面反射鏡固定在支架上，以保證配光角度的穩(wěn)定。

第三，使用單鏡頭反光數(shù)碼照相機(jī)配備60mm以上的微距鏡頭或者長(zhǎng)焦鏡頭，鏡頭焦距最好在100mm 以上，如果焦距短、拍照物距過(guò)近，則客體表面反光強(qiáng)烈，拍照物距控制在200mm 以上，最佳物距為500mm左右。

第四，拍照時(shí)要保證環(huán)境黑暗，無(wú)雜光干擾。拍照環(huán)境中如果有雜光將影響手印效果的顯現(xiàn)記錄。

第五，拍照時(shí)使用光圈優(yōu)先式自動(dòng)曝光（A 模式），曝光補(bǔ)償調(diào)至+1或+2。

四、二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

小型盒式幻燈片觀察燈；15cm×20cm 平面反射鏡；日本產(chǎn)尼康（Nikon）D70 型單鏡頭反光數(shù)碼照相機(jī)；60mm微距鏡頭；翻拍架。

2.檢材制備

選取光滑透明玻璃、光滑金屬油漆、光滑透明硬塑料、光滑白瓷磚、透明塑料袋、透明膠帶等6 種客體各1塊，并使其潔凈干燥，分別在其表面捺印無(wú)色汗?jié)撌钟?，并在手印旁右?cè)加上比例尺。

3.實(shí)驗(yàn)步驟和方法

（1）在暗室中將燈光關(guān)掉，確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在暗環(huán)境中進(jìn)行，無(wú)雜光干擾。

（2）將數(shù)碼相機(jī)固定在翻拍架上，并對(duì)相機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

（3）用面光源通過(guò)照射平面反光鏡使光線發(fā)生平面反射后再讓反射光線沿入射角大約5°的入射方向直接照射被檢客體表面，同時(shí)，調(diào)整數(shù)碼相機(jī)的位置使之能夠沿反射角大約5°的反射方向上接收反射光線進(jìn)行拍攝。其裝置如圖1 所示。

（4）將數(shù)碼相機(jī)對(duì)準(zhǔn)光滑客體表面的潛在指紋遺留部位進(jìn)行取景并調(diào)節(jié)清晰。

（5）略微調(diào)節(jié)平面反光鏡的位置和角度，以此來(lái)改變?nèi)肷涔饩€的強(qiáng)度。

（6）利用數(shù)碼相機(jī)取景器觀察被攝區(qū)域表面的反射光情況，當(dāng)看到區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)反射光斑時(shí)，將光源位置固定下來(lái)，選取指紋反射光和背景反射光反差效果較好的影像進(jìn)行拍照。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 透明玻璃表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

圖3 光滑金屬油漆表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

圖4 光滑塑料表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

圖5 光滑白瓷磚表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

圖6 透明塑料袋表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

圖7 透明膠帶表面遺留汗?jié)撌钟∨恼招Ч?/p>

分別對(duì)光滑透明玻璃、光滑金屬油漆、光滑透明硬塑料、光滑白瓷磚、透明塑料袋、透明膠帶表面遺留的無(wú)色汗?jié)撌钟∵M(jìn)行拍照，拍照效果見(jiàn)圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7 所示。手印紋線清晰，反差適中，達(dá)到檢驗(yàn)鑒定要求。

5.實(shí)驗(yàn)用設(shè)備功能概述

第一，定向反射鏡（如圖8 所示）。主要用于拍照光滑平面上的指紋。利用光滑平面背景對(duì)入射光進(jìn)行定向反射和指紋紋線對(duì)入射光進(jìn)行漫反射的差別，定向反射鏡可以顯著提高指紋紋線與背景之間的反差。配備4 個(gè)轉(zhuǎn)換接圈，可對(duì)接不同型號(hào)的鏡頭。缺點(diǎn)是使用該設(shè)備配備的光源體積較大，拍照時(shí)使用不方便。

第二，可調(diào)式遮光筒定向反射鏡（如圖9所示）。主要用于較為復(fù)雜的背景拍照光滑平面上的指紋，它利用光滑平面背景對(duì)入射光進(jìn)行定向反射和指紋紋線對(duì)入射光進(jìn)行漫反射的差別來(lái)提高指紋紋線與背景之間的反差。配備四個(gè)轉(zhuǎn)換圈，可對(duì)接不同型號(hào)的鏡頭。配備五節(jié)鋁制遮光筒，遮光筒長(zhǎng)度可在60～300mm 范圍內(nèi)調(diào)整，在拍照過(guò)程中用于遮擋環(huán)境雜光照射物證，通過(guò)調(diào)整遮光范圍取得理想的拍照?qǐng)D像。

第三，固定式遮光筒定向反射鏡（如圖10 所示）。使用翻拍架、面光源和固定式遮光筒定向反射鏡拍照光滑平面上的指紋。利用光滑平面背景對(duì)入射光進(jìn)行定向反射和指紋紋線對(duì)入射光進(jìn)行漫反射的差別，定向反射鏡可以顯著提高指紋紋線與背景之間的反差。配備4 個(gè)轉(zhuǎn)換接圈，可對(duì)接不同型號(hào)的鏡頭。配備2 個(gè)長(zhǎng)度為20cm 塑料遮光筒，兩個(gè)遮光筒連接起來(lái)，可使遮光筒延伸至40cm。

圖8 定向反射鏡

圖9 可調(diào)式遮光筒定向反射鏡

圖10 固定式遮光筒定向反射鏡

五、二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)的案例應(yīng)用

2017年4月某日，勘查張某某被殺一案時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)出入口窗戶玻璃上發(fā)現(xiàn)一枚殘缺指紋。技術(shù)人員為了拍照該殘缺指紋一開(kāi)始采用小偏角配光，利用三腳架和微距鏡頭拍照，拍照的指紋效果不好，放大后指紋有點(diǎn)模糊，如圖11所示。后來(lái)運(yùn)用二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)，拍照的殘缺指紋紋線清晰，如圖12 所示，已達(dá)到較好的比對(duì)條件。同時(shí)采用襯紙和磁粉刷顯快速提取受害人家中所有人的十指指紋，拍照固定后，用膠帶封裝，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提取的指紋快速比對(duì)，后對(duì)窗戶上受害人家里人所留的指紋進(jìn)行快速排除，為鎖定嫌疑人員指紋提供依據(jù)。

圖11 小偏角配光效果

圖12 二次漫反射配光效果

六、結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用證明，二次漫反射小偏角定向反射照明技術(shù)對(duì)光滑客體表面遺留無(wú)色潛在手印拍照效果明顯好于普通的小偏角定向反射照明技術(shù)，在物證檢驗(yàn)攝影中具有廣闊的應(yīng)用前景。