于捷年楊東升馮清枝

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035；2 廈門(mén)市公安局刑偵支隊(duì) 福建 廈門(mén) 361000）

膠帶粘面指紋的光學(xué)顯現(xiàn)方法研究

于捷年1楊東升2馮清枝1

（1 中國(guó)刑警學(xué)院 遼寧 沈陽(yáng) 110035；2 廈門(mén)市公安局刑偵支隊(duì) 福建 廈門(mén) 361000）

在詳細(xì)分析膠帶粘面指紋顯現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，深入研究膠帶粘面指紋的光學(xué)顯現(xiàn)原理和應(yīng)用方法。為了彌補(bǔ)光學(xué)顯現(xiàn)方法的不足，提出運(yùn)用數(shù)字圖像融合處理技術(shù)，對(duì)采用不同光學(xué)顯現(xiàn)方法提取的多幅指紋圖像進(jìn)行融合處理，進(jìn)一步增強(qiáng)膠帶粘面指紋的顯現(xiàn)效果。

膠帶 指紋檢驗(yàn) 光學(xué)顯現(xiàn) 圖像融合

膠帶是一種借助加壓、加熱等方式，粘貼于物體表面的帶狀薄膜。在日常生活中，人們可以方便地獲取透明膠帶、電工膠帶、封箱膠帶等各式膠帶，用以包扎、捆綁、粘貼或封裝物品。膠帶在給人們的工作和生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也成為許多犯罪分子實(shí)施犯罪活動(dòng)的作案工具。在犯罪現(xiàn)場(chǎng)勘查中，時(shí)常會(huì)提取到用來(lái)封裝物品、封堵受害人口鼻和捆綁受害人手足的膠帶，特別是在搶劫、綁架、爆炸等惡性案件中，犯罪分子更是頻繁地使用各式膠帶。膠帶粘面特有的黏附性使得犯罪分子在作案過(guò)程中極易在其表面上遺留指紋等痕跡物證，而從膠帶粘面上提取的指紋則是認(rèn)定犯罪嫌疑人最為直接和重要的證據(jù)。因此，就案件偵查工作而言，對(duì)膠帶粘面指紋顯現(xiàn)技術(shù)的研究具有重要意義。

1 膠帶粘面指紋的顯現(xiàn)原理

膠帶一般是由帶體和黏合劑組成，有些膠帶還有底涂劑和隔離劑等輔助成分。帶體也稱為基材，是承載黏合劑的基礎(chǔ)材料。帶體具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，較小的伸縮性，厚度均勻以及能被黏合劑濕潤(rùn)等特點(diǎn)。黏合劑也就是膠帶粘面，是使膠帶與被粘貼物品緊密相連的膠狀物質(zhì)，包括植物膠、動(dòng)物膠和人工合成膠。膠帶粘面具有良好的黏附性和可塑性，對(duì)外部壓力較為敏感。當(dāng)手指與膠帶粘面接觸時(shí)，首先手指乳突紋線與膠面相粘附，在外部壓力的作用下，膠面產(chǎn)生塑性變形，使得乳突紋線與膠面達(dá)到緊密貼合，膠面將固化成與乳突紋線凹凸結(jié)構(gòu)相反的立體凹凸形態(tài)。隨后借助外力使手指乳突紋線脫離膠面，如果快速分離，手指與膠面之間的黏附力只會(huì)使膠面產(chǎn)生彈性變形，分離后膠帶粘面會(huì)完整地將指紋紋線形態(tài)復(fù)印下來(lái)；如果慢速分離，膠面發(fā)生內(nèi)聚破壞，分離后膠帶粘面復(fù)印的指紋紋線將留有撕裂狀痕跡。此外，分離結(jié)束以后，手指上的汗液、皮脂、雜質(zhì)等有形物質(zhì)被牢固地粘附于膠面上指紋紋線部位，最終形成膠帶粘面指紋。

多數(shù)情況下，膠帶粘面指紋與背景之間的亮度反差微弱，難以直接觀察和提取。膠帶粘面指紋顯現(xiàn)是利用專門(mén)的技術(shù)方法處理膠帶檢材，將這些反差微弱的指紋增強(qiáng)為視覺(jué)效果突出的指紋，并利用攝影方法將它們記錄下來(lái)，以供指紋檢驗(yàn)鑒定使用。膠帶粘面指紋的顯現(xiàn)方法很多，從膠帶檢材處理方式上劃分，大體分為物理顯現(xiàn)方法、化學(xué)顯現(xiàn)方法和光學(xué)顯現(xiàn)方法。物理顯現(xiàn)方法是根據(jù)物理吸附原理，利用指紋和膠帶粘面對(duì)細(xì)微顆粒吸附能力的差異，來(lái)增強(qiáng)指紋與背景之間的反差，從而將指紋清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，主要包括“502”膠熏顯法、碳素墨水漂染法、濕粉顯現(xiàn)法等?；瘜W(xué)顯現(xiàn)方法是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，利用化學(xué)試劑與指紋汗液中的氨基酸、無(wú)機(jī)鹽離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有色化合物，從而將指紋清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，主要包括茚三酮顯現(xiàn)法、DFO顯現(xiàn)法和硝酸銀顯現(xiàn)法等。光學(xué)顯現(xiàn)方法是近年來(lái)發(fā)展最為迅速的膠帶粘面指紋顯現(xiàn)方法。當(dāng)人的手指接觸到膠帶粘面時(shí)，必然會(huì)引起膠帶粘面的物質(zhì)成分和表面形態(tài)的變化，在不同波長(zhǎng)、不同性質(zhì)、不同強(qiáng)度的光線照射下，指紋和膠帶粘面將對(duì)照明光譜的吸收、反射、透射特性或發(fā)光特性、偏振特性產(chǎn)生差異，從而形成具有一定亮度反差的指紋圖像，主要包括光譜成像法、配光檢驗(yàn)攝影法、紫外反射攝影法、紫外熒光攝影法等。

事實(shí)上，無(wú)論是物理顯現(xiàn)方法，還是化學(xué)顯現(xiàn)方法，在指紋顯現(xiàn)過(guò)程中，都是通過(guò)摻入其他物質(zhì)，借助指紋和膠帶粘面表面成分的變化，提高指紋的可視化程度，但是由于其他物質(zhì)的摻入，勢(shì)必造成指紋的污染和檢材的損傷。而光學(xué)顯現(xiàn)方法只是選擇某種特定光線照射檢材，借助指紋和膠帶粘面的光學(xué)特性變化，增強(qiáng)指紋圖像的視覺(jué)效果，不會(huì)造成檢材的損傷或破壞，具有無(wú)損檢驗(yàn)的特點(diǎn)。因此，在顯現(xiàn)和提取膠帶粘面指紋時(shí)，盡可能地選擇光學(xué)顯現(xiàn)方法，而將物理顯現(xiàn)方法和化學(xué)顯現(xiàn)方法作為備選方案。

2 膠帶粘面指紋的光學(xué)顯現(xiàn)方法

2.1 光譜成像法

光譜成像法主要適用于透明膠帶、電工膠帶（電工膠帶的帶體多為紅、黃、藍(lán)、黑等顏色）粘面的灰塵、異物指紋（血指紋等）顯現(xiàn)。每種物質(zhì)的光譜反射率是隨著照射光線波長(zhǎng)的變化而變化的，相應(yīng)的亮度分布也是隨著波長(zhǎng)的變化而變化的。當(dāng)采用不同波長(zhǎng)的彩色光照射檢材時(shí)，指紋和膠帶粘面對(duì)彩色光的反射率不同，如果恰當(dāng)?shù)剡x擇某種彩色光，可以使兩者形成較大的亮度反差，并利用數(shù)碼相機(jī)拍攝記錄。

多波段光源是使用光學(xué)濾色鏡將基礎(chǔ)光源發(fā)出的白光分解成不同波段的彩色光，并通過(guò)光纖導(dǎo)管輸出的光學(xué)系統(tǒng)?；A(chǔ)光源一般采用發(fā)光效率高的汞弧燈、銦弧燈、氙弧燈或者其他金屬鹵素?zé)?；濾色鏡多采用高質(zhì)量的帶通式干涉濾色片，具有譜帶窄、透光性好等特點(diǎn)。多波段光源可以輸出若干個(gè)波段的彩色光以供選擇，分別為紅光、橙光、綠光、青光、藍(lán)光、紫光等。在利用光譜成像法顯現(xiàn)和提取膠帶粘面指紋時(shí)，采用多波段光源作為照明光源，根據(jù)指紋和膠帶帶體的顏色差異，正確地選擇某一波段的彩色光，準(zhǔn)確地控制膠帶檢材的亮度分布，在增強(qiáng)指紋圖像的同時(shí)，盡可能地減弱背景圖案干擾。

2.2 配光檢驗(yàn)攝影法

配光檢驗(yàn)攝影法主要適用于透明膠帶、黃色封箱膠帶粘面的灰塵、異物指紋顯現(xiàn)。這些膠帶上的灰塵、異物指紋在可見(jiàn)光照射下，能夠與背景形成較大的亮度反差，根據(jù)膠帶檢材的特點(diǎn)，可以分別選擇定向反射照明、掠入射照明和均勻照明等配光方法。如果膠帶粘面沒(méi)有纏繞粘連，一般較為平整光滑，此時(shí)采用定向反射照明、掠入射照明，可以有效地增強(qiáng)指紋與背景之間的亮度反差。例如，在暗視場(chǎng)條件下，采用掠入射照明，膠帶粘面對(duì)照明光線的定向反射使得在反射方向上的光分量較多，而在垂直方向上的光分量較少；同時(shí)灰塵指紋對(duì)照明光線的漫反射使得在垂直方向上的光分量較多，因此指紋與背景在垂直方向上存在一定的亮度反差。如果膠帶粘面發(fā)生纏繞粘連，剝離后的膠帶粘面將變得凹凸不平，此時(shí)可以采用均勻照明法。

2.3 紫外反射攝影法

紫外反射攝影法適用于雙面膠、封箱膠帶粘面的汗液指紋顯現(xiàn)。對(duì)于表面平整光滑、初粘性能良好的粘面指紋，在長(zhǎng)波紫外線照射下，膠帶粘面不僅能夠強(qiáng)烈吸收長(zhǎng)波紫外線，而且膠帶粘面只存在定向反射光線。當(dāng)長(zhǎng)波紫外線以一定角度照射膠帶檢材時(shí)，膠帶粘面只有定向反射光線，而在垂直方向上沒(méi)有反射光線。與此同時(shí)，受到長(zhǎng)波紫外線照射的汗液指紋則呈現(xiàn)混合反射形式，在垂直方向上存在一定的反射光線。因此，使用紫外攝影系統(tǒng)記錄垂直方向上的紫外線分布，通過(guò)適當(dāng)?shù)卦黾悠毓鈺r(shí)間，能夠獲得具有較好反差效果的汗液指紋圖像。需要說(shuō)明的是，紫外反射攝影法對(duì)技術(shù)設(shè)備、操作技能有著較高的要求，在一定程度上限制了此項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3 利用圖像融合增強(qiáng)指紋圖像

圖像融合是將被攝景物的多幅圖像信息有機(jī)地綜合，并且利用它們?cè)跁r(shí)空上的相關(guān)性和信息上的互補(bǔ)性來(lái)對(duì)景物進(jìn)行更加全面、詳細(xì)的描述，彌補(bǔ)單幅圖像信息的不足。此外，也能將同一景物在不同性質(zhì)光源照射下和不同配光條件下的多幅圖像進(jìn)行整合，形成一幅更加清晰的、反映景物特征的圖像。圖像融合可以將原本模糊不清甚至無(wú)法辨認(rèn)的指紋圖像處理成清晰的、富含大量有用信息的指紋圖像，顯著地提高指紋圖像的辨析程度，將這項(xiàng)技術(shù)移植到膠帶粘面指紋顯現(xiàn)中具有現(xiàn)實(shí)意義。由于膠帶檢材和拍攝條件的制約，利用光學(xué)顯現(xiàn)方法顯現(xiàn)和提取的指紋圖像質(zhì)量較低，有時(shí)難以滿足指紋檢驗(yàn)鑒定的要求。針對(duì)疑難膠帶粘面指紋的特點(diǎn)，運(yùn)用光學(xué)顯現(xiàn)法分別提取不同條件下的多幅指紋圖像，例如，分別選擇多波段光源輸出的不同波段的彩色光照射檢材，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝膠帶粘面指紋的多光譜圖像，并利用圖像處理軟件對(duì)多光譜圖像進(jìn)行像素級(jí)融合處理，減弱或消除背景圖案干擾，增強(qiáng)指紋與背景之間的反差，提高指紋圖像的視覺(jué)效果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 實(shí)驗(yàn)器材

（1）MZQ-Ⅱ型多功能物證檢驗(yàn)光源；單束軟光纖；翻拍架。

（2）佳能350D型數(shù)碼相機(jī)；USB數(shù)據(jù)線。

（3）微型計(jì)算機(jī)：PentiumⅣ2.4GHz CPU；1GB內(nèi)存；320GB硬盤(pán)；WINDOWS XP操作系統(tǒng)；MATLAB7.0軟件。

（4）實(shí)驗(yàn)檢材：一段印有血指紋的透明膠帶。

4.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

按照物證檢驗(yàn)攝影的技術(shù)要求，將數(shù)碼相機(jī)設(shè)定拍攝參數(shù)后固定在翻拍架上，以多功能物證檢驗(yàn)光源作為照明光源，在暗視場(chǎng)條件下，采取定向反射照明方式進(jìn)行配光，準(zhǔn)確調(diào)焦后對(duì)膠帶檢材上的血指紋進(jìn)行拍攝。在不改變其他拍攝條件的前提下，改變多功能物證檢驗(yàn)光源的輸出波段，依次為白光、紅光、綠光、青光、藍(lán)光、紫光等，連續(xù)拍攝后獲得一組血指紋的多光譜圖像。

通過(guò)USB數(shù)據(jù)通信接口，將多光譜圖像由數(shù)碼相機(jī)導(dǎo)入微型計(jì)算機(jī)中，根據(jù)圖像融合處理的需要，從中選取紅光波段圖像（如圖1所示）、綠光波段圖像（如圖2所示）和青光波段圖像（如圖3所示）。利用MATLAB7.0軟件編寫(xiě)程序?qū)θ喙庾V圖像進(jìn)行融合處理，融合處理程序代碼為：

融合處理后，將透明膠帶粘面上的血指紋清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，如圖4所示。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

透明膠帶粘面的血指紋在紅光照射下，由于指紋紋線的反射光譜與膠帶粘面的反射光譜接近，因而拍攝提取的指紋圖像反差微弱，同時(shí)背景干擾也微弱；而在綠光、青光照射下，拍攝提取的指紋圖像反差強(qiáng)烈，背景干擾嚴(yán)重，膠帶皺褶痕跡明顯。單幅圖像只是側(cè)重地反映膠帶檢材的部分信息，指紋顯現(xiàn)往往不盡人意，通過(guò)對(duì)三幅多光譜圖像進(jìn)行融合處理后，不僅增強(qiáng)指紋與背景之間的反差，而且顯著地減弱了背景圖案干擾，提高了膠帶粘面指紋的顯現(xiàn)效果，適合指紋檢驗(yàn)鑒定工作的需求。

圖1 紅光波段的膠面指紋圖像

圖2 綠光波段的膠面指紋圖像

圖3 青光波段的膠面指紋圖像

圖4 融合處理后的指紋圖像

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