改制射釘槍射擊殘留物的紅外光譜成像檢驗*

張苗苗 張 劍 鄭永紅

（湖北警官學院刑事技術與情報系，湖北 武漢430034）

引言

當前改制、自制槍支檢驗是槍彈痕跡檢驗的新問題，其中射釘槍改制槍支的檢驗便是其中一類［1］。射釘器、射釘彈是建筑施工的常用工具，威力大且非常容易獲取，經過簡單改制就可成為極具殺傷力的槍彈。改制射釘槍常被用于獵殺動物，也會被用以暴力犯罪，其社會危害非常大。2017年10月，沈陽大東警方成功打掉一個盜竊、非法生產制造買賣持有改制射釘槍、手雷的犯罪團伙，抓獲犯罪嫌疑人3名。2018年10月，河北省石家莊市發(fā)生一起射釘槍殺人案件，打死1人，打傷1人。2019年1月，河北省石家莊市公安機關經過近4個月的深入偵查，成功偵破一起特大網絡販槍案，刑事拘留221人，收繳以改制射釘槍為主的各類槍支303支，各類彈藥3萬余發(fā)?？梢姡M管當前嚴打涉槍案件,但改制“射釘槍”問題依然突出［2］。對改制射釘槍的射擊殘留物進行檢測和定量分析，對該類案件的偵查和控制具有重要意義。

迄今為止，無損的光譜成像檢驗技術仍是法庭科學領域最有吸引力和最有效的檢驗技術方法之一，在各種類型物證檢驗鑒定中占有重要地位。紅外光光譜成像是通過紅外成像光譜儀記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內密集均勻分布的多個窄波段單色光的紅外反射光亮度分布或紅外熒光亮度分布，形成一個單色光影像集［3］。對紅外光譜成像技術在射擊殘留物檢驗方面的研究是紅外光譜成像方法一個新的內容，為此，有必要對該技術方法進行實驗研究。在探討紅外光譜成像檢驗射擊殘留物的過程中發(fā)現，該項技術是檢驗射擊殘留物的新的檢驗技術手段。

以近年來常見的改制射釘槍為研究對象（改制的射釘槍是利用射釘槍空包彈內的火藥為動力發(fā)射金屬鋼珠子彈，發(fā)射的鋼珠子彈比動能達40.67J/cm2至46.33J/cm2）。在2m范圍內選擇不同的射擊距離，觀察彈著點周圍的射擊殘留物的性狀，檢測射擊殘留物的分布形態(tài)和分布面積，初步建立了檢測技術方法，為檢驗該種類槍支的近距離射擊提供了檢驗依據。

1 實驗原理

當物體受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的變化，產生分子振動或轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使得相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。記錄紅外光的透射率與波數、波長的關系曲線，可以得到紅外光譜。因而不同的物質會有不同的紅外光譜，采用紅外光譜成像能夠對物品進行定性分析［4］。

光譜成像儀采集影像的原理是通過專用的計算機軟件，按照預先設定的參數在計算機上自動操作CCD照相機，獨創(chuàng)性地借助液晶可調波長濾光鏡，使其與CCD照相機偶合記錄檢材在相應波段的亮度分布，一次性記錄數十張單色影像，圖像采集完畢后得到的眾多單色影像以“TIFF”格式存儲在計算機中，形成一個光譜影像集，以便進一步加以分析、處理［5］。

深色背景下，射擊殘留物在可見光區(qū)域的吸收能力與被檢物接近，而在紅外光譜區(qū)域則存在很大的差異，這種差異是構成紅外光譜成像技術檢驗的基礎。

2 實驗條件

2.1 實驗設備

實驗利用設備及規(guī)格包括：美國CRI公司的Nuance多光譜影像分析系統(tǒng)；液晶紅外濾光器規(guī)格：Varispec400；三星筆記本電腦及Nuance專用CRI處理軟件；鹵素燈；自制載物平臺。

2.2 實驗材料

射擊痕跡承痕體分別為滌綸、純棉、木板、瓦楞紙等物體；改制的射釘槍；標準電動測距卷尺；耳罩；護目鏡等。

2.3 實驗樣本制作

實驗分別以滌綸、純棉、木板、瓦楞紙等物體為目標物，用改制的射釘為實驗用槍，在自制載物臺上按30cm、60cm、180cm的距離分別對其進行瞄準射擊，獲取3個樣本為一組。同理，在不同物面上按上述操作制作樣品，共獲取6組，合計18個樣本，如表1所示。

表1 射擊樣本的質地與距離取樣一覽表

在室溫環(huán)境下，將實驗樣本置于自制載物平臺上，選擇適配光源進行配光，對準實驗樣品相應的部位，調整樣本位置、放大倍率和鏡頭焦距，至計算機顯示屏上出現待檢部位的清晰影像。

進入CRI軟件光譜掃描的界面，設置掃描范圍、分辨率等一系列參數，打開Vs軟件，設置相應的掃描范圍、掃描時間等系列參數。實驗將Vs處理軟件的掃描范圍設置為650～1000nm，間隔為10nm，掃描時間為1000～5000ms；將CRI處理軟件的掃描范圍設置為650～1000nm，在掃描的界面，對待檢部位的影像進行依次掃描，曝光時間由成像光譜儀圖像記錄專用軟件測定，然后作適當調整。

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司開發(fā)的自帶軟件對已輸入影像所包含的信息進行去混合法的分析和調整處理。樣品被光譜掃描后得到光譜影像集，它是光譜儀自動合成的偽彩色圖像，每種波長間隔選擇可以形成多個三原色組合，相應產生多個偽彩色圖像，依次顯示在屏幕上以供分析。

3 實驗過程

3.1 紅外光譜成像儀配置

多光譜影像分析系統(tǒng)前置液晶紅外濾光器，通過增加紅外液晶濾光器與可見光光譜成像儀的連接，使普通光譜成像儀的感受范圍由原來的400～720nm增加至1000nm，且在650～1000nm范圍內達到光譜波長每10nm可調，使用時將通道置于單色儀狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 紅外液晶濾光器前置的光譜成像儀采集系統(tǒng)

3.2 篩選適用于紅外光譜成像的光源

選擇發(fā)光均勻且具有豐富紅外線的通過二次匯聚的鹵素光源，對稱配光，使之具有穿透性強、廣譜性、功率適中、發(fā)光效率高的基本特征。

3.3 實驗操作步驟

3.3.1 影像的采集

將實驗樣本置于攝影平臺上，選擇兩盞功率為50W的鹵素碘鎢呈45°角對稱配光，對準實驗樣品相應的部位，調整樣本位置、放大倍率和鏡頭焦距，至計算機顯示屏上出現待檢部位的清晰影像。

3.3.2 影像的掃描

進入CRI軟件光譜掃描的界面，設置掃描范圍、分辨率等一系列參數，打開Vs軟件，設置相應的掃描范圍、掃描時間等系列參數。本次實驗將Vs處理軟件的掃描范圍設置為650～1000nm，間隔為10nm，對待檢部位的影像進行依次掃描，曝光時間由成像光譜儀圖像記錄專用軟件測定。

3.3.3 影像的分析

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司開發(fā)的自帶軟件對已輸入影像所包含的信息進行去混合法的分析和調整處理。分析與處理樣本被光譜掃描后得到的光譜影像，是光譜儀自動合成的偽彩色圖像，每種波長間隔選擇可能形成多個三原色組合，相應產生多個偽彩色圖像，并可依次顯示在屏幕上。通過對偽彩色圖像的分析和處理，得到射擊殘留物部分有明顯反差的圖像。

4 實驗結果與討論

針對不同質地物體在不同設定距離上的射擊痕跡，分別進行圖像采集、影像掃描導入軟件數據庫、計算機偽彩色圖像合成分析，得出相應的射擊殘留物檢出情況，并與白光下的觀察結果加以對照，如表2所示。

表2 不同射擊距離上射擊殘留物的檢出情況

從上表中的實驗統(tǒng)計數據可以看出，白光與光譜成像檢測出的射擊殘留物都與射擊距離有關。但是不同質地、顏色的物體在白光下觀察顏色對射擊殘留物的檢出干擾極大，深色紡織品上甚至在射擊距離為30cm時都辨別不出射擊殘留物的存在。而利用紅外光譜成像的偽彩色圖，可以較為清晰地予以分辨。下面列舉出具有典型意義的檢測對比圖。

4.1 背景復雜表面上射擊殘留物檢驗效果

背景復雜的表面上射擊殘留物不易被觀察發(fā)現，而紅外光譜成像獲取的圖像能反映出射擊殘留物在彈孔周圍的分布。圖2和圖3是黑白相間純棉織物上距離60cm射擊殘留物自然光下和紅外光譜成像分別獲取的圖像。

圖2 黑白相間純棉織物上射擊殘留物自然光下觀察

圖3 黑白相間純棉織物上射擊殘留物的紅外光譜成像圖

4.2 深色純棉織物上射擊殘留物檢驗效果

深色純棉織物上射擊殘留物的發(fā)現一直是一個難題，在自然光條件下肉眼及其他方法很難觀察到射擊殘留物，而紅外光譜成像能夠輕而易舉的采集到深色純棉織物上的射擊殘留物。圖4和圖5是深色棉布上距離180cm射擊產生的殘留物用普通相機和紅外光譜成像系統(tǒng)分別獲取的圖像，圖中普通相機幾乎見不到射擊殘留物，但紅外光譜成像系統(tǒng)獲取的圖像能反映出射擊殘留物在彈孔周圍的分布。

圖4 深色純棉織物上射擊殘留物自然光下觀察

圖5 深色純棉織物上射擊殘留物的紅外光譜成像圖

4.3 淺色物體上射擊殘留物檢驗效果

淺色物體上紅外光譜成像更能表現射擊殘留物的發(fā)布狀態(tài)。圖6和圖7是瓦楞紙上距離180cm射擊殘留物自然光下和紅外光譜成像分別獲取的圖像，圖7中紅外光譜成像獲取的圖像能反映出射擊殘留物在彈孔周圍及更遠處的分布狀態(tài)。

圖6 瓦楞紙上射擊殘留物自然光下觀察

圖7 瓦楞紙上射擊殘留物的紅外光譜成像圖

4.4 石膏板以及淺色布料表面上射擊殘留物檢驗效果

石膏板以及淺色布料表面的近距離射擊殘留物可以為人眼觀察到，但距離射擊孔較遠的部位不易被發(fā)現，而紅外光譜成像檢驗很容易撲捉到距離射擊孔較遠的射擊殘留物，圖8和圖9是白色石膏板上距離60cm射擊的結果，肉眼觀察可以看到彈孔周圍的少量射擊殘留物，紅外光譜成像系統(tǒng)則在外圍采集到較多的射擊殘留物。

圖8 石膏板上射擊殘留物自然光下觀察效果

圖9 石膏板上射擊殘留物的紅外光譜成像圖

5 結論

實驗發(fā)現：（1）射釘槍改制的槍支較制式槍支的射擊殘留物分布的密度大且量大，這可能是因為發(fā)射火藥的質量和槍彈射擊過程中的氣密性有關。（2）根據射釘槍改制槍支射擊殘留物的分布半徑紅外光譜成像圖可推算射擊距離。

紅外光譜成像檢驗具有形態(tài)檢驗和成分分析雙重作用，紅外光譜影像集通常包含了數十幅單色紅外光影像，并且這些數字影像中的信息是相互關聯的，因此它在信息數量和質量上占有明顯優(yōu)勢；紅外光光譜成像檢驗能夠彌補常規(guī)成像檢驗方法的不足。無損的影像檢驗是物證檢驗領域最有吸引力和最有效的檢驗技術方法，在各種類型物證檢驗鑒定中占有重要地位。刑事影像檢驗方面的任何技術改善和進步，都將在物證檢驗實踐中顯示出重要的積極作用。紅外光譜成像技術將為射擊殘留物檢驗技術帶來新的發(fā)展機遇，相信經過更廣泛和深入的技術和應用研究，紅外光譜成像技術將被證明是射擊殘留物檢驗領域有價值的檢驗方法。