紙張表面潛在自動褪色魔術筆字跡的激光檢驗

楊玉柱 陳維娜

(中國人民公安大學，北京 100038)

一、引言

“自動褪色魔術筆”是淘寶網(wǎng)上熱賣的一種特制簽名筆，其外形與普通簽字筆無異，只是采用了特殊墨水。該墨水書寫出來的字跡與普通簽字筆沒有差別，其原理是利用墨水的顯色因子與空氣中的氧發(fā)生氧化還原反應，當墨水中的顯色因子被改變時便會消色。但是會因材質、溫度、濕度、書寫速度等差異在15分鐘至3日內(nèi)自然消失，肉眼在日光下觀察看不出字跡。該筆主要用于紡織、手工藝等行業(yè)做記號，或用于學生字帖臨摹、涂鴉等[注]① 周遠萍，孫瓊.自動褪色魔術筆書寫字跡的檢驗[J].刑事技術,2012,(6).。但有一些犯罪嫌疑人利用“自動褪色魔術筆”的特殊性實施違法犯罪行為。在進行取證或物證光學檢驗時，褪色后的字跡用常規(guī)照相方法較難拍攝，但利用紫外光致發(fā)光照相技術可以清晰顯現(xiàn)消褪字跡[注]① 周遠萍，孫瓊.自動褪色魔術筆書寫字跡的檢驗[J].刑事技術,2012,(6).② 楊玉柱.刑事圖像技術[M].北京：中國人民公安大學出版社,2007.。通過254nm短波紫外線光致發(fā)光照相技術對實驗樣品(圖2所示)進行檢驗發(fā)現(xiàn)，只有白紙、黃紙和粉紅紙張表面遺留的潛在字跡可以清晰顯現(xiàn)，其他紙張表面遺留的潛在字跡無法顯現(xiàn)；通過365nm長波紫外線光致發(fā)光照相技術對實驗樣品(圖2所示)進行檢驗發(fā)現(xiàn)，只有黑色紙張表面遺留的潛在字跡無法顯現(xiàn)，其他紙張表面遺留的潛在字跡均可以清晰顯現(xiàn)。如果公安實踐中遇到黑色紙張表面遺留的自動褪色魔術筆潛在字跡，或者在沒有紫外線光源的情況下如何處理，這是當前實踐辦案中急需解決的難題。

近年來，由于激光器的小型化、便攜式，使激光檢驗照相得到了飛速發(fā)展。用激光顯現(xiàn)微弱的潛在痕跡具有下列突出優(yōu)點：第一，激光亮度高，能使痕跡產(chǎn)生較強的熒光，便于觀察和拍攝。第二，激光單色性好，能有效地激發(fā)痕跡中的某些物質，使其發(fā)出可見熒光或紅外熒光，也有利于選擇濾光器來濾掉激發(fā)光和背景雜散光，突出痕跡的發(fā)光。第三，對被檢物可以不污染、不損壞，用其他方法失敗后，還可以考慮用激光顯現(xiàn)法來檢測[注]② 楊玉柱.刑事圖像技術[M].北京：中國人民公安大學出版社,2007.。目前在光學檢驗領域應用較多是445nm便攜式激光生物檢材搜索儀[注]③ 樊攀,高樹輝,楊飛黃.激光顯現(xiàn)紙張上潛在指印實驗研究[J].中國人民公安大學學報(自然科學版),2014,(2).④ 楊飛黃，高樹輝，侯雨石.利用445 nm激光檢測指印固有熒光[J].刑事技術,2015,(4).，445nm藍激光物證搜索儀[注]⑤ 楊晟,裴浩,李富海,張翼.445nm藍激光在物證搜索上的應用研究[J].輕工科技,2017,(4).，藍光445nm/綠光532nm雙波段激光物證搜索儀[注]楊晟,張翼,李富海,韓瑞澤.藍光445nm/綠光532nm雙波段激光物證搜索儀[J].甘肅科技,2017,(2).，便攜式雙波長消熒光拉曼光譜檢測系統(tǒng)[注]牟濤濤,熊勝軍,趙喜,袁丁,夏征.便攜式雙波長消熒光拉曼光譜檢測系統(tǒng):中國,201521113688.0[P].2016-09-28.，便攜式激光物證搜索發(fā)現(xiàn)儀[注]王斌,曾文.便攜式激光物證搜索發(fā)現(xiàn)儀:中國,201520297398.X[P].2015-10-14.[注]王斌,曾文.便攜式激光物證搜索發(fā)現(xiàn)儀:中國,201510232997.8[P].2015-09-16.，一種537nm和556nm雙波長激光器[注]于浩海,陳麗娟,王正平,張懷金,王繼揚.一種537nm和556nm雙波長激光器:中國,201110087327.3[P].2011-09-14.，一種朱墨時序激光檢驗儀[注]方邡,路巍.一種朱墨時序激光檢驗儀:中國,201520605982.7[P].2015-12-23.，這些小型的便攜式激光光源，在現(xiàn)場勘查和物證檢驗中，可以有效地發(fā)現(xiàn)和檢驗汗液、油脂指印，血足跡，精斑、血液、人體分泌物等微量生物物證以及提取痕量DNA，其主要方法就是用激光作光源進行激光光致發(fā)光照相。

自動褪色魔術筆墨水的配方是廠家最核心的商業(yè)秘密，但基本上都會用酒精和其他易揮發(fā)的化學物質，潛在字跡雖然肉眼不可見，然而組成字跡的某些化學物質會殘留在紙張纖維中。這些殘留的化學物質可能會產(chǎn)生光致發(fā)光現(xiàn)象。根據(jù)斯托克斯定律，即發(fā)光的波長永遠長于激發(fā)輻射的波長，紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡，在445nm激光的輻射下，可能產(chǎn)生大于450nm的可見熒光。這為紙張表面遺留潛在自動褪色魔術筆字跡的激光檢驗提供了理論基礎。本文使用445nm便攜式激光生物檢材搜索儀做光源，通過改變光照角度、光照距離和曝光量，對9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡進行檢驗，證明激光檢驗方法是可行的。

二、實驗工作

(一)儀器

尼康數(shù)碼照相機機身(Nikon-D800)；尼康微距鏡頭(AF Micro Nikkor 60mm f/2.8 D)；肯高黃色數(shù)碼濾光鏡(Kenko·Yellow Digital Filter)；445nm便攜式激光生物檢材搜索儀；翻拍架。

(二)樣品

從國內(nèi)市場上采購定量為70g/m2，紙幅規(guī)格為A4(297mm×210mm)的白色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色、粉紅色、橙黃色等8種打印紙和120g/m2，紙幅規(guī)格為A4(297mm×210mm)的黑卡紙，共9種單一色調(diào)紙張。取上述9種各色紙張各1張，用切紙刀分別切成60mm×70mm長方形若干個小塊。分別取一小塊按照從左到右，從上到下的順序粘貼在一張A4的白色打印紙上，然后在每一小塊的紙張下邊緣貼上不干膠物證比例尺。用練字帖專用自動褪色魔術筆(實驗中魔術筆的墨水顏色為藍色)在上述9種單一色調(diào)紙張表面書寫字跡，制作成9個自動褪色魔術筆字跡的樣品，只有黑色紙張表面的字跡不可見，其余紙張表面的字跡均清晰可見(如圖1所示)。將該樣品在自然條件下放置10天后，紙張表面所有字跡完全消失，形成潛在的自動褪色魔術筆字跡，完成實驗樣品的制作(如圖2所示)。

圖1 書寫完1小時的字跡效果

圖2 書寫完10天的字跡效果

(三)方法及工作條件

將待檢實驗樣品置于翻拍架翻拍臺上，帶有微距鏡頭的尼康數(shù)碼照相機裝在翻拍架上，鏡頭光軸垂直于實驗樣品表面，并將黃色數(shù)碼濾光鏡裝在微距鏡頭上。在可見光下，上下升降照相機，使實驗樣品中的某個單一色調(diào)紙張充滿取景器畫面。將比例尺調(diào)焦清晰。拍照裝置(如圖3所示)。關閉所有燈光，在全黑、無雜光干擾的條件下，用445nm便攜式激光生物檢材搜索儀做光源，通過改變光照角度、光照距離和曝光量對實驗樣品中的9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡進行觀察、拍照記錄。

圖3 拍照裝置圖

三、實驗結果和討論

(一)光照角度的影響

將445nm便攜式激光生物檢材搜索儀分別以15°、30°、45°和60°角(光照角度是指光源光線照射方向與照相機鏡頭光軸之間的夾角，以下同)對實驗樣品中的9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡進行照射并拍照記錄，潛在自動褪色魔術筆字跡效果(如表1所示)。當光源以15°角照射時，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色、橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，白色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般；當光源以30°角照射時，白色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色、橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般；當光源以45°角照射時，白色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色、橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當光源以60°角照射時，所有顏色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果都較差。

表1 改變光照角度9種不同顏色紙張表面遺留潛在字跡實驗效果

續(xù) 表

紙張顏色光照角度15°30°45°60°白色++++-淡紫色+++--紅色+++--綠色+++--藍色+++--黃色+++--粉紅色++++-橙黃色+++--

注：“-”表示字跡效果較差；“+”表示字跡效果一般；“++”表示字跡效果最好

(二)光照距離的影響

將445nm便攜式激光生物檢材搜索儀，分別以20cm、25cm、30cm和40cm的距離，對實驗樣品中的9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡，進行照射并拍照記錄，潛在自動褪色魔術筆字跡效果(如表2所示)。當光照距離為20cm時，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，白色和黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當光照距離為25cm時，黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，黑色、白色、淡紫色、紅色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當光照距離為30cm時，白色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，黃色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當光照距離為40cm時，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，白色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差。

表2 改變光照距離9種不同顏色紙張表面遺留潛在字跡實驗效果

續(xù) 表

紙張顏色光照距離 單位:cm20253040綠色+++--藍色+++--黃色++++-粉紅色--+++橙黃色+++--

注：“-”表示字跡效果較差；“+”表示字跡效果一般；“++”表示字跡效果最好

(三)曝光量的影響

拍照時的基準曝光量：感光度為ASA3200、光圈系數(shù)值為F8、曝光時間為1/15S，上、下開大和縮小光圈級數(shù)對實驗樣品中的9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡進行拍照記錄，潛在自動褪色魔術筆字跡效果(如表3所示)。當開大11級光圈時，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，其他顏色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果均較差；當開大5級光圈時，白色、紅色和黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，淡紫色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當開大4級光圈時，淡紫色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，白色、紅色和黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當開大3級光圈時，淡紫色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果一般，黑色、白色、紅色、黃色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果較差；當以基準曝光量進行曝光時，只有黑色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好，其他顏色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果均較差。

表3 改變曝光量9種不同顏色紙張表面遺留潛在字跡實驗效果

續(xù) 表

紙張顏色基準曝光量:ASA3200;光圈系數(shù)為F8;曝光時間為1/15S+11+5+4+30綠色-++++-藍色-++++-黃色-+++--粉紅色++----橙黃色-++++-

注：“-”表示字跡效果較差；“+”表示字跡效果一般；“++”表示字跡效果最好

(四)9種色調(diào)紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件

1.黑色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，黑色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量為實驗的基準曝光量，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

2.白色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，白色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度30°角、光照距離30cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大5級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

3.淡紫色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，淡紫色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大4級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

4.紅色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大5級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

5.綠色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，綠色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大4級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

6.藍色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，藍色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大4級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

7.黃色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離25cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大5級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

8.粉紅色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度30°角、光照距離40cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大11級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

圖4 激光檢驗的字跡效果

9.橙黃色紙張。通過實驗發(fā)現(xiàn)，橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡的最佳拍照條件是：光照角度15°角、光照距離20cm、曝光量是在實驗基準曝光量的基礎上開大4級光圈，拍照效果(如圖4所示)，潛在字跡清晰可見，達到檢驗鑒定的要求。

(五)改變光照角度、光照距離和曝光量影響潛在字跡顯現(xiàn)效果的原因分析

1.改變光照角度影響潛在字跡顯現(xiàn)效果的原因分析。通過實驗結果發(fā)現(xiàn)，光照角度主要控制在15°-30°角字跡顯現(xiàn)效果較好。因為445nm激光為藍色光，照射到9種顏色紙張表面時，根據(jù)光的加減色效應，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色和橙黃色等7種紙張變?yōu)樯钌{(diào)，白色和黃色紙張色調(diào)比其他7種色調(diào)略淺一些，符合光學檢驗技術中暗視場照明技術的配光角度10°-30°角的要求[注]楊玉柱.刑事圖像技術[M].北京：中國人民公安大學出版社,2007.。

2.改變光照距離影響潛在字跡顯現(xiàn)效果的原因分析。光照距離影響445nm便攜式激光生物檢材搜索儀發(fā)出光束圓形光斑的大小，進而影響光斑的亮度。在445nm藍色激光的照射下，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色和橙黃色6種紙張色調(diào)最暗、反射光亮度最弱，黃色和白色紙張色調(diào)較亮、反射光亮度較強，粉紅色紙張色調(diào)最亮、反射光亮度最強，所以改變光照距離，才能保證潛在字跡的顯現(xiàn)效果。

3.改變曝光量影響潛在字跡顯現(xiàn)效果的原因分析。實驗中拍照物距相同，照相機感光度設定相同，因不同顏色紙張對藍色445nm激光的吸收和反射能力不同，潛在字跡的熒光強度不同，所以改變曝光量，才能保證潛在字跡的顯現(xiàn)效果。

四、結論

利用445nm便攜式激光生物檢材搜索儀可以有效地檢驗出常見各種顏色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡，字跡檢驗效果受光照角度、光照距離和曝光量的影響。

(一)當光照角度在15°角時，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色、黃色、橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當光照角度在30°角時，白色和粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好。

(二)當光照距離為20cm時，黑色、淡紫色、紅色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當光照距離為25cm時，黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當光照距離為30cm時，白色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當光照距離為40cm時，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好。

(三)當開大11級光圈時，粉紅色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當開大5級光圈時，白色、紅色和黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當開大4級光圈時，淡紫色、綠色、藍色和橙黃色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好；當以基準曝光量進行曝光時，只有黑色紙張表面遺留的潛在自動褪色魔術筆字跡效果最好。