改制射釘槍射擊殘留物的紅外光譜成像檢驗(yàn)*

張苗苗 張 劍 鄭永紅

（湖北警官學(xué)院刑事技術(shù)與情報(bào)系，湖北 武漢430034）

引言

當(dāng)前改制、自制槍支檢驗(yàn)是槍彈痕跡檢驗(yàn)的新問(wèn)題，其中射釘槍改制槍支的檢驗(yàn)便是其中一類(lèi)［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(jīng)過(guò)簡(jiǎn)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(dòng)物，也會(huì)被用以暴力犯罪，其社會(huì)危害非常大。2017年10月，沈陽(yáng)大東警方成功打掉一個(gè)盜竊、非法生產(chǎn)制造買(mǎi)賣(mài)持有改制射釘槍、手雷的犯罪團(tuán)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(jī)關(guān)經(jīng)過(guò)近4個(gè)月的深入偵查，成功偵破一起特大網(wǎng)絡(luò)販槍案，刑事拘留221人，收繳以改制射釘槍為主的各類(lèi)槍支303支，各類(lèi)彈藥3萬(wàn)余發(fā)?？梢?jiàn)，盡管當(dāng)前嚴(yán)打涉槍案件,但改制“射釘槍”問(wèn)題依然突出［2］。對(duì)改制射釘槍的射擊殘留物進(jìn)行檢測(cè)和定量分析，對(duì)該類(lèi)案件的偵查和控制具有重要意義。

迄今為止，無(wú)損的光譜成像檢驗(yàn)技術(shù)仍是法庭科學(xué)領(lǐng)域最有吸引力和最有效的檢驗(yàn)技術(shù)方法之一，在各種類(lèi)型物證檢驗(yàn)鑒定中占有重要地位。紅外光光譜成像是通過(guò)紅外成像光譜儀記錄被檢驗(yàn)物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個(gè)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(gè)單色光影像集［3］。對(duì)紅外光譜成像技術(shù)在射擊殘留物檢驗(yàn)方面的研究是紅外光譜成像方法一個(gè)新的內(nèi)容，為此，有必要對(duì)該技術(shù)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在探討紅外光譜成像檢驗(yàn)射擊殘留物的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)技術(shù)是檢驗(yàn)射擊殘留物的新的檢驗(yàn)技術(shù)手段。

以近年來(lái)常見(jiàn)的改制射釘槍為研究對(duì)象（改制的射釘槍是利用射釘槍空包彈內(nèi)的火藥為動(dòng)力發(fā)射金屬鋼珠子彈，發(fā)射的鋼珠子彈比動(dòng)能達(dá)40.67J/cm2至46.33J/cm2）。在2m范圍內(nèi)選擇不同的射擊距離，觀(guān)察彈著點(diǎn)周?chē)纳鋼魵埩粑锏男誀?，檢測(cè)射擊殘留物的分布形態(tài)和分布面積，初步建立了檢測(cè)技術(shù)方法，為檢驗(yàn)該種類(lèi)槍支的近距離射擊提供了檢驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)原理

當(dāng)物體受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使得相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。記錄紅外光的透射率與波數(shù)、波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)，可以得到紅外光譜。因而不同的物質(zhì)會(huì)有不同的紅外光譜，采用紅外光譜成像能夠?qū)ξ锲愤M(jìn)行定性分析［4］。

光譜成像儀采集影像的原理是通過(guò)專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)軟件，按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)操作CCD照相機(jī)，獨(dú)創(chuàng)性地借助液晶可調(diào)波長(zhǎng)濾光鏡，使其與CCD照相機(jī)偶合記錄檢材在相應(yīng)波段的亮度分布，一次性記錄數(shù)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(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，形成一個(gè)光譜影像集，以便進(jìn)一步加以分析、處理［5］。

深色背景下，射擊殘留物在可見(jiàn)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(gòu)成紅外光譜成像技術(shù)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)條件

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)利用設(shè)備及規(guī)格包括：美國(guó)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(zhuān)用CRI處理軟件；鹵素?zé)簦蛔灾戚d物平臺(tái)。

2.2 實(shí)驗(yàn)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?zhuān)粯?biāo)準(zhǔn)電動(dòng)測(cè)距卷尺；耳罩；護(hù)目鏡等。

2.3 實(shí)驗(yàn)樣本制作

實(shí)驗(yàn)分別以滌綸、純棉、木板、瓦楞紙等物體為目標(biāo)物，用改制的射釘為實(shí)驗(yàn)用槍?zhuān)谧灾戚d物臺(tái)上按30cm、60cm、180cm的距離分別對(duì)其進(jìn)行瞄準(zhǔn)射擊，獲取3個(gè)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(jì)18個(gè)樣本，如表1所示。

表1 射擊樣本的質(zhì)地與距離取樣一覽表

在室溫環(huán)境下，將實(shí)驗(yàn)樣本置于自制載物平臺(tái)上，選擇適配光源進(jìn)行配光，對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品相應(yīng)的部位，調(diào)整樣本位置、放大倍率和鏡頭焦距，至計(jì)算機(jī)顯示屏上出現(xiàn)待檢部位的清晰影像。

進(jìn)入CRI軟件光譜掃描的界面，設(shè)置掃描范圍、分辨率等一系列參數(shù)，打開(kāi)Vs軟件，設(shè)置相應(yīng)的掃描范圍、掃描時(shí)間等系列參數(shù)。實(shí)驗(yàn)將Vs處理軟件的掃描范圍設(shè)置為650～1000nm，間隔為10nm，掃描時(shí)間為1000～5000ms；將CRI處理軟件的掃描范圍設(shè)置為650～1000nm，在掃描的界面，對(duì)待檢部位的影像進(jìn)行依次掃描，曝光時(shí)間由成像光譜儀圖像記錄專(zhuān)用軟件測(cè)定，然后作適當(dāng)調(diào)整。

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司開(kāi)發(fā)的自帶軟件對(duì)已輸入影像所包含的信息進(jìn)行去混合法的分析和調(diào)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(dòng)合成的偽彩色圖像，每種波長(zhǎng)間隔選擇可以形成多個(gè)三原色組合，相應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)偽彩色圖像，依次顯示在屏幕上以供分析。

3 實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)增加紅外液晶濾光器與可見(jiàn)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(lái)的400～720nm增加至1000nm，且在650～1000nm范圍內(nèi)達(dá)到光譜波長(zhǎng)每10nm可調(diào)，使用時(shí)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(xiàn)的通過(guò)二次匯聚的鹵素光源，對(duì)稱(chēng)配光，使之具有穿透性強(qiáng)、廣譜性、功率適中、發(fā)光效率高的基本特征。

3.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

3.3.1 影像的采集

將實(shí)驗(yàn)樣本置于攝影平臺(tái)上，選擇兩盞功率為50W的鹵素碘鎢呈45°角對(duì)稱(chēng)配光，對(duì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品相應(yīng)的部位，調(diào)整樣本位置、放大倍率和鏡頭焦距，至計(jì)算機(jī)顯示屏上出現(xiàn)待檢部位的清晰影像。

3.3.2 影像的掃描

進(jìn)入CRI軟件光譜掃描的界面，設(shè)置掃描范圍、分辨率等一系列參數(shù)，打開(kāi)Vs軟件，設(shè)置相應(yīng)的掃描范圍、掃描時(shí)間等系列參數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)將Vs處理軟件的掃描范圍設(shè)置為650～1000nm，間隔為10nm，對(duì)待檢部位的影像進(jìn)行依次掃描，曝光時(shí)間由成像光譜儀圖像記錄專(zhuān)用軟件測(cè)定。

3.3.3 影像的分析

由Cambridge Research&Instrumentation,Inc.(CRI)公司開(kāi)發(fā)的自帶軟件對(duì)已輸入影像所包含的信息進(jìn)行去混合法的分析和調(diào)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(dòng)合成的偽彩色圖像，每種波長(zhǎng)間隔選擇可能形成多個(gè)三原色組合，相應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)偽彩色圖像，并可依次顯示在屏幕上。通過(guò)對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

針對(duì)不同質(zhì)地物體在不同設(shè)定距離上的射擊痕跡，分別進(jìn)行圖像采集、影像掃描導(dǎo)入軟件數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)偽彩色圖像合成分析，得出相應(yīng)的射擊殘留物檢出情況，并與白光下的觀(guān)察結(jié)果加以對(duì)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(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，白光與光譜成像檢測(cè)出的射擊殘留物都與射擊距離有關(guān)。但是不同質(zhì)地、顏色的物體在白光下觀(guān)察顏色對(duì)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(shí)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(cè)對(duì)比圖。

4.1 背景復(fù)雜表面上射擊殘留物檢驗(yàn)效果

背景復(fù)雜的表面上射擊殘留物不易被觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，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?chē)姆植肌D2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(guān)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(yàn)效果

深色純棉織物上射擊殘留物的發(fā)現(xiàn)一直是一個(gè)難題，在自然光條件下肉眼及其他方法很難觀(guān)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(chǎn)生的殘留物用普通相機(jī)和紅外光譜成像系統(tǒng)分別獲取的圖像，圖中普通相機(jī)幾乎見(jiàn)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?chē)姆植肌?/p>

圖4 深色純棉織物上射擊殘留物自然光下觀(guān)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(yàn)效果

淺色物體上紅外光譜成像更能表現(xiàn)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?chē)案h(yuǎn)處的分布狀態(tài)。

圖6 瓦楞紙上射擊殘留物自然光下觀(guān)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(yàn)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(guān)察到，但距離射擊孔較遠(yuǎn)的部位不易被發(fā)現(xiàn)，而紅外光譜成像檢驗(yàn)很容易撲捉到距離射擊孔較遠(yuǎn)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(jié)果，肉眼觀(guān)察可以看到彈孔周?chē)纳倭可鋼魵埩粑?，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(guān)察效果

圖9 石膏板上射擊殘留物的紅外光譜成像圖

5 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：（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?yàn)榘l(fā)射火藥的質(zhì)量和槍彈射擊過(guò)程中的氣密性有關(guān)。（2）根據(jù)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(yàn)具有形態(tài)檢驗(yàn)和成分分析雙重作用，紅外光譜影像集通常包含了數(shù)十幅單色紅外光影像，并且這些數(shù)字影像中的信息是相互關(guān)聯(lián)的，因此它在信息數(shù)量和質(zhì)量上占有明顯優(yōu)勢(shì)；紅外光光譜成像檢驗(yàn)?zāi)軌驈浹a(bǔ)常規(guī)成像檢驗(yàn)方法的不足。無(wú)損的影像檢驗(yàn)是物證檢驗(yàn)領(lǐng)域最有吸引力和最有效的檢驗(yàn)技術(shù)方法，在各種類(lèi)型物證檢驗(yàn)鑒定中占有重要地位。刑事影像檢驗(yàn)方面的任何技術(shù)改善和進(jìn)步，都將在物證檢驗(yàn)實(shí)踐中顯示出重要的積極作用。紅外光譜成像技術(shù)將為射擊殘留物檢驗(yàn)技術(shù)帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，相信經(jīng)過(guò)更廣泛和深入的技術(shù)和應(yīng)用研究，紅外光譜成像技術(shù)將被證明是射擊殘留物檢驗(yàn)領(lǐng)域有價(jià)值的檢驗(yàn)方法。