圆柱体表面潜在指印的显现及图像展平装置

蔡能斌，黄晓春，姜梅，邹芸*

（1.上海市现场物证重点实验室，上海200083；2.上海公安高等专科学校，上海200336）

圆柱体表面潜在指印的显现及图像展平装置

蔡能斌1，黄晓春1，姜梅2，邹芸1*

（1.上海市现场物证重点实验室，上海200083；2.上海公安高等专科学校，上海200336）

目的:研究显现、提取遗留在圆柱体表面潜在指印的方法及其装置。方法:采用全光谱成像系统与物证载物台进行联动的线扫描技术，配合使用特种光源照明技术，研制光机电一体化的指印显现及图像展平装置。结果:实验结果表明，利用该方法及装置显现的指印纹线清晰，无杂光干扰，指印图像不变形。结论:该装置可以有效显现、提取遗留在圆柱体表面的潜在指印，提高潜在指印的辨识度，为现场勘查提供一种新的方法和设备。

法庭科学；潜在指印；圆柱体表面

1 引言

发现和提取犯罪嫌疑人遗留在现场的指印一直是刑事案件现场勘查的重点，指印技术应用初期，人们往往只能从现场上发现、提取一些肉眼看得见的指印（如血指印等），随着科学技术的发展，先后出现了一些对潜在指印进行显现的物理和化学方法。随着法庭科学领域DNA检验、微量物证检验等新技术的发展，对潜在指印的检验提出了多专业多方法综合检验的模式。于是，在实际工作中提出了对指印进行无损显现和提取的概念，而指印的无损显现提取方法主要通过光学检测方法来实现，由于光学检测方法具有操作简便、适用范围广、显现效果好、可以重复多次显现且不破坏检材等优点，得到了国内外刑事技术部门的重视，逐渐成为研究的热点。在刑事案件的现场勘查中无损显现和提取圆柱体表面的潜在指印是现场工作的难点之一。为此，魏晨光等人提出了游动配光的方法［1］，韩柯等人提出了图像处理的方法［2］，黄晓春等人提出了采用短波紫外反射照相的方法［3］，叶汉辉、蔡能斌等人提出了荧光照相的方法［4，5］，徐杰等人提出了采用弧面面光源进行配光的方法［6］。上述这些方法虽然可以消除圆柱体表面的光斑干扰，并得到清晰的指印图像，但由于透视的关系，这些指印图像存在不同程度的变形，变形程度与圆柱体的曲率半径有关；指印图像的变形程度直接影响指印的检验鉴定。为此，本文提出了利用全光谱成像系统与物证载物台进行联动的线扫描技术，配合使用特种光源照明技术对遗留在圆柱面客体上的潜在指印进行显现和提取的方法，并研制光机电一体化的圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置，为圆柱体表面指印探测提供一种新的方法和设备，为侦查破案提供技术支撑。

2 系统总体设计方案

图1 系统总体设计方案

如图1所示是“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”的总体设计方案。该装置主要由全光谱成像系统、载物台（转盘）和多波段光源系统组成。“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”的研制首先要设计专用载物台及其控制技术，该载物台需实现以不同的转速匀速转动，并与全光谱成像系统实现联动；其次，要研究图像处理技术，主要研究指印图像的展平技术，研发相关软件，避免因光学透视而导致指印图像的变形；此外，还要对成像系统和光源系统进行设计和研制，光源系统拟采用高亮度的LED光源，以弧面柔光板进行导光，实现柔和、均匀照明；成像系统拟采用荧光薄膜增感技术对CCD进行增感处理，使成像系统对红外线、可见光和紫外线均敏感，满足物证光学检验的需要。综上所述，“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”通过旋转载物台的自动旋转扫描及相应图像处理软件实现从圆柱体表面获取平面指印图像的信息。

3 设备的研制

3.1 设备总体结构设计

图2 设备结构示意图

如图2所示是“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”的总体结构设计示意图，包括：运行操作台1、设置于运行操作台1上的CCD数码成像系统2、照明组合光源3、升降机构4、水平移动机构、自调整手臂6、旋转载物台7、旋转电机16、图像控制系统和计算机18，其中：图像控制系统根据用户输入的展开角度，通过旋转载物台将待测物体自动旋转并展开，展开后图像控制系统向计算机18发送完成信号，则计算机18分别控制CCD数码成像系统2和照明组合光源3的开闭，控制升降机构4从而调整CCD数码成像系统2和照明组合光源3的高度，控制水平移动机构从而调整旋转载物台7的水平位置，控制旋转电机16从而分别调整自调整手臂6的运动用以固定待测物体，调整旋转载物台7的旋转速度，使得待测物体于旋转载物台7上完成360度的旋转，CCD数码成像系统2获取待测物体表面各个角度的图像信息，该图像信息传输至图像控制系统，进行数据处理将图片整合。

3.2 旋转载物台设计

旋转载物台7旋转速度分为慢速、中速、快速、极速。其中慢速转速为6r/min；中速转速为9r/min；快速转速为36r/min；极速转速为174r/min，具体待测物体的直径与旋转载物台7的旋转速度之间的关系具体如下表所示，其中，测试距离由调整控制水平移动架实现。

如图3所示，旋转载物台7上设有自调整手臂6。自调整手臂6包括：三组自调整夹具61、固定螺母62、磁铁63和一个设置于水平轨道5上的圆盘64，其中：各个自由调整夹具61一端由固定螺母62分别固定于圆盘64的端面，另一端设有磁铁63，待测的曲面客体放置于圆盘64的中心点65位置处，磁铁63由于磁力作用靠近中心点65，从而将曲面客体加紧固定住，圆盘64的底面设有弹簧用于控制自由调整夹具61的伸缩位置。

3.3 设备移动机构设计

设备移动机构包括水平移动机构和升降机构。

水平移动机构包括：水平轨道5、水平齿条12、水平移动电机15和移动架14，其中：水平轨道5与水平齿条12相连，水平轨道5与自调整手臂6相连用以调整自调整手臂6的位置，自调整手臂6和旋转载物台7分别设置于移动架14上，水平移动电机15和移动架14相连以控制移动架14的水平移动，从而调整自调整手臂6上待测物体的直径、旋转载物台7的位置。水平移动的距离范围为15-45cm。

升降机构4包括：升降轨道8、升降齿条9、升降架10和升降电机11，其中：升降架10由升降齿条9设置于升降轨道8上，升降电机11与电源相连，计算机18控制升降电机11从而调整升降架10的垂直运动，CCD数码成像系统2和照明组合光源3分别设置于升降架10上。升降高度范围为1-38cm。

水平移动机构和升降机构4均设置于金属架13上，计算机18由升降台19设置于控制操作台20上。

3.4 光源及成像系统设计

“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”的照明采用组合光源3包括：紫外光发生源、可见光发生源和近红外波发生源。组合光源的调节可获取亮度均匀的图像。照明组光源的调节是通过计算机控制模块控制紫外、可见和近红外的光源开关，通过电压调节器控制各个光源的明暗程度。

“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”的成像系统采用一种基于声光可调谐滤光器的高光谱成像系统，主要包括前置光学组件、声光调制晶体（Acousto-Optic Tunable Filter,简称AOTF）、光探测器组件、射频驱动系统、主控计算机及系统软件。AOTF是一种电控滤光器，它基于声光效应的原理，当一束复色光通过一个高频振动的具有光学弹性的晶体时，某一波长的单色光将会在晶体内部产生衍射，以一定角度从晶体中透射出来，未发生衍射的复色光则沿原光线传播方向直接透射过晶体，由此达到分光的目的。现场潜在物证的入射信号光经过前置光学组件的汇聚、准直后入射AOTF；AOTF在射频驱动系统的控制下挑选需要的波段进入光探测器成像。所选波段的中心波长、带宽以及光谱响应曲线形状受射频驱动系统产生的驱动信号的控制。光谱响应范围涵盖400-1700nm，光谱分辨率为5-10nm。

4 设备研制结果

图4 装置实物照片

如图4所示为“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”实物照片，该装置采用全光谱成像系统与物证载物台进行联动的线扫描技术，研发专门的控制和展平软件，通过控制旋转载物台进行匀速旋转，在成像系统中实时采集经展平的物证图像。此外，通过控制水平移动步进电机实现自动对焦功能；自调整中心手臂可以对不同半径的曲面物证进行固定。“圆柱体表面潜在痕迹显现及图像展平装置”能有效针对各种曲面物证的痕迹（指纹）进行一体化的采集和展平，提高潜在指印的辨识度，改善指印的检验鉴定条件。如图5所示是利用该装置在钢笔上显现、提取的一枚潜在指印，该指印图像经展平，无变形，纹线清晰，无杂光干扰。该装置的设计提高了刑事案件现场勘查中对曲面客体上潜在物证的显现和提取能力，具有一定的推广应用价值。

图5 在钢笔上提取的指纹

［1］魏晨光，张涛，林海燕等.游动配光检验方法的研究［J］.刑事技术，2003（6）：11-15.

［2］韩柯，刘寰，李孝君.指纹图像增强处理技术进展［J］.警察技术，2010（5）：4-6.

［3］黄晓春，温思博，蔡能斌.紫外反射成像技术显现弧面客体上的潜在指印［J］.影像技术，2013（4）:25-27.

［4］叶汉辉.圆弧面上的汗液指印的提取［J］.广东公安科技，2005（3）：7-8.

［5］蔡能斌，孙文鼎.利用荧光照相拍摄圆弧面上的汗液指印［J］.中国人民公安大学学报（自然科学版），2000（2）：51-52.

［6］徐杰，查慧德，崔斌.弧面面光源光学显现光滑弧形表面潜在指印［J］.影像技术，2011（6）：52-53.

Device for Visualizing and Unfolding Latent Fingermarks on Cylindrical Surface

CAI Neng-bin1,HUANG Xiao-chun1,JIANG Mei2,ZOU Yun1*
(1.Shanghai Key Laboratory of Criminal Scene Evidence,Shanghai200083,China; 2.Shanghai Public Security Academy,Shanghai200336,China)

Objective:A study on the technology of visualizing and unfolding the latent fingermarks on cylindrical surface.Methods:This research combines the Spectral Imaging System with evidence carrier platform based on line scanning and integrates the optics with mechatronics into the device. Results:Experimental results show that latent fingermarks can be visualized distinctly without transmutation by the device.Conclusion:The device not only enhances visualization and extraction of latent fingermarks but also paves the way for investigation at crime scene.

Forensic Science;Latent Fingermarks;Cylindrical Surface

D918.91;O433.4

B

10.3969/j.issn.1001-0270.2015.05.24

2015-04-07

上海市科委专项课题（13JG0500200），上海市公安局科学技术发展基金项目（2013004）。

蔡能斌（1967-），男，上海人，高级工程师，主要研究方向：现场勘查及刑事图像技术。

*通讯作者：邹芸（1984-），女，江西人，博士，主要研究方向：现场物证光学探测技术。