处理光滑曲面上指印光斑方法的实验研究

李俊军,　樊金英,　高树辉

(1.中国人民公安大学，北京　100076； 2.重庆市公安局刑侦总队，重庆　400700)



处理光滑曲面上指印光斑方法的实验研究

李俊军1,2,樊金英1,高树辉1

(1.中国人民公安大学，北京100076； 2.重庆市公安局刑侦总队，重庆400700)

摘要目的 解决并处理曲面上指印物证照片光斑影响难题。 方法 提取拍照时，利用不同配光角度记录两次相同背景相同反差但光斑位置不同的照片，利用PhotoShop软件“橡皮擦”工具进行图像拼合，达到去除光斑的目的。 结果 图像处理后的物证照片即消除了光斑又能反映纹线细节的检验效果。 结论 处理曲面上指印时，图像拼接法是一种可以去除光斑影响的有效方法。

关键词光滑曲面； 光斑； 物证拍照； PhotoShop软件

0引言

在实际光学检验鉴定中，经常遇到光滑曲面物体，如杯子、把手、碗、圆柱形杆件以及不规则的曲面，光斑的处理成为光滑曲面客体上物证拍照的难点。

对于光滑曲面痕迹的拍照国内很多同行开展了探讨，其中多是针对反射光斑的处理。徐杰等[1]提出使用弧面光源提取光滑弧形表面客体潜在指印。程艳等[2]使用纸张自制面光源装置，使自然光或灯光透过纸张进行照明的方法来消除反射光斑。蔡能斌等[3]利用罗明丹6G溶液对502胶固定后的检材进行荧光染色，使用荧光拍照法消除反射光斑，增强指印反差。唐明佳[4]应用图像处理软件Image-Pro( R) Plus(简称IPP)，对检材改变打光角度，形成一组光斑在不同位置的照片，通过软件自动去除光斑。叶汉辉[5]对502胶固定后的检材，荧光粉末刷显处理后，使用多波段光源和滤光片进行拍照。汪凯[6]对指印不同部位配光拍照，通过PhotoShop应用程序pho tomerge 命令进行自动接片处理。张伟等[7]成磊等[8]对曲面的不同位置进行拍照，通过PhotoShop软件进行人工整体拼接图像。蔡能斌等[9]研制并使用光机电一体化圆柱体表面显现及图像展平装置来提取对圆柱体表面的指印。

由于曲面特性，形成光斑无法避免，但光斑的旁边纹线的漫反射效果最佳。在远离光斑处，由于光线反射弱，指纹纹线与背景的反差也相对弱些。而光斑处，由于光斑的存在，使纹线处在反射的光斑内，纹线无法反映出来。我们在曲面物证的指纹实际拍照时，常常将光斑置于要拍痕迹的边缘，最大程度反映痕迹，但是这种方法使光斑位于指纹的一侧，指纹的近光斑部分有较好的反差，远离光斑的指纹纹线反差较差，而最关键的中心花纹处，由于处在指纹的中间，指纹纹线不能得到最佳的反差效果。

本文使用暗视场照明技术，探讨一种简单、快捷的方法，不规避光斑出现在指纹纹线上，得到最佳的纹线漫反射效果。

1实验设计

1.1实验设备

尼康D7000 数码相机，85 mm微距镜头，专业电筒式光源，翻拍架，比例尺。

1.2实验样本制作

实验选择生活中常接触到的圆柱形客体，根据曲率不同、客体材料不同和凹凸面程度不同选择客体。见图1～4。

图1　样本一 圆柱体状不锈钢水杯

图2　样本二 椎体状陶瓷水杯

图3　样本三 玻璃碗

图4　样本四 不锈钢碗

1.3实验方法

1.3.1拍摄方法

(1)将相机固定在翻拍架上，被拍照光滑曲面客体向上，相机镜头正对指印，固定物距。

(2)使用小光圈大景深模式，根据实验室环境调节光圈、感光度和快门时间。

(3)用手动调焦模式。

(4)小角度配光，使条状光斑覆盖在纹线中心进行第一次拍照。

(5)通过调节配光角度，移动条状光斑，使条状光斑处于第一次拍照光斑旁并进行第二次拍照。

1.3.2软件处理方法

(1)使用PhotoShop软件打开两张图片，图像——调整——曲线，调整两张图片亮度。

(2)使用工具栏里“移动”工具将第一张照片拖到第二张照片上，边框重合，使第一张照片成为背景层，第二张照片为图层一。

(3)使用工具栏里“橡皮擦”工具，直接将第一张照片(图层一)中心部位的光斑条擦去，露出第二张照片(背景层)中该部分图案。

2实验结果与分析

2.1实验结果

实验结果如图5～6所示，每组样本中A照片和B照片为原始照片，C照片为依照本方法处理后照片。

图5　不锈钢水杯凸面原始照片A

图6　不锈钢水杯凸面原始照片B

图7　不锈钢水杯凸面实验结果C

图8　陶瓷水杯凸面原始照片A

图9　陶瓷水杯凸面原始照片B

图10　陶瓷水杯凸面实验结果C

图11　玻璃碗凹面原始照片A

图12　玻璃碗凹面原始照片B

图13　玻璃碗凹面实验结果C

图14　不锈钢碗凹面原始照片A

图15　不锈钢碗凹面原始照片B

图16　不锈钢碗凹面实验结果C

2.2结果分析

(1)使用小光圈大景深模式，避免因为曲面原因造成一部分清晰而另一部分不实。

(2)两次拍照结果的影调尽量相同、大小一致。

(3)两张照片唯一不同的就是配光角度，使光斑的位置不同。用其中一张替换另一张被光斑覆盖的部分。

实验结果证明此方法可以消除光斑，且没有造成纹线特征点丢失和增加。

3讨论

3.1本方法的特点

通过4组不同客体曲面的指印拍照实验，均能很容易得到消除光斑的反映纹线细节图案，凸显出本处理方法的简单、快捷，且无纹线特征点的丢失和增加。

(1)无损拍照。不会对客体及客体上的痕迹有任何损坏。

(2)光源的适用性广。相对于面光源[1]和弧面光源[2]的方法，面光源处理的痕迹与背景的反差小，还需要制作专门的面光源装置。本方法直接将光斑放在痕迹的中心处，最大程度地体现暗视场技术的优势，提高了纹线的反差，普通光源、点光源、线光源、多波段光源、红外光源和紫外光源均适用，具有光源上的广泛适用性。

(3)适用于凹面、凸面和不规则曲面。本方法由于将无法避免的光斑用相同物距、相同焦距、相同拍照画面进行替换，对于凹面、凸面和不规则曲面均适用。

(4)细节无损失。使用图像处理软件Image-Pro( R) Plus[4]和使用PhotoShop应用程序pho tomerge 命令[6]进行自动接片处理的致命问题在于软件自动合成时无法保证纹线细节特征点的真实性。本方法是使用相同物距相同焦距相同拍照画面的不同打光角度的两张照片相互补充而形成的照片，对于物质细节没有损失。

(5)软件的大众化。使用图像处理软件Image-Pro( R) Plus[4]需要专业的软件及相关的学习培训。本方法使用的是大众化的PhotoShop 软件及软件里的最为简单的“橡皮擦”功能，适合基础普通操作者使用。

(6)简单、快捷、可操作性强。使用PhotoShop软件拼接图像的方法[7，8]，必须人工对纹线及特征点进行对接，必须调整两张图片的角度和位置进行拼合，费事费力。使用光机电一体化圆柱体表面显现及图像展平装置的方法[9]，必须购置专门的设备。本方法操作方法简单、快捷，操作者不需要软件方面的专业知识和专门设备，无需再花时间去针对拼合处的细节进行人工比对确认细节是否有损失。

3.2本方法的应用扩展

对于大面积的曲面物体，两张含有光斑指印照片不足以反映纹线特征时，可以在本方法的基础上选择多次拍照，在多个不同位置光斑点的基础上进行多次替换，即可以轻松解决问题。

3.3拼接处处理

照片在拼合处虽然不影响痕迹特征的反映，但是拼接处依然存在一定程度的亮度差，这个亮度差可以通过相近的曝光来减弱。

4结论

本方法使用光学无损检验，不损坏客体及客体上的痕迹。用相同物距、相同焦距、相同拍照画面的不同打光角度的两张照片相互补充，不损失物证细节。

本方法可以使用普通光源、点光源、线光源、多波段光源、红外光源和紫外光源，适合各种凹面凸面及不规则曲面上配光检验法提取的物证光斑的消除。

本方法利用图像拼接方法在不规避光斑的情况下，完整提取光滑曲面上指印，不损失指印细节特征，方法简单、快捷，可操作性强。

参考文献

[1]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, 23(6):38-40.

[2]程艳, 李国斌, 李丽珍.谈自制面光源装置拍摄光滑弧面客体上的指印[J].辽宁警专学报, 2007(2):60-61.

[3]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.

[4]唐明佳.巧用IPP软件消除拍照时形成的光斑[J].刑事技术, 2009(3):5-5.

[5]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.

[6]汪凯.图像接片技术在弧形表面指印拍照中应用1例[J].刑事技术, 2009(3):27-27.

[7]张伟, 谢维.指印拼接方法新探[J].甘肃警察职业学院学报, 2007(3).

[8]成磊, 杨玉柱, 徐政,等.短波紫外反射照相显现曲面客体上的潜在指印[J].辽宁警专学报, 2015(2):72-78.

[9]蔡能斌,黄晓春,姜梅,邹芸.圆柱体表面潜在指印的显现及图像展平装置[J].刑事技术, 2015(5):55-59.

[10] 王昕,张艳云,王科, 冉茂江,杨鸣.刑事照相常用紫外光源照射对DNA检验的影响研究[J].刑事技术, 2013(5):38-41.

[11] 高树辉.刑事影像技术[M].北京:中国人民公安大学出版社.2013:119-227.

(责任编辑陈小明)

作者简介李俊军(1976—)，男，四川成都人，高级工程师，2015级刑事科学技术专业研究生。研究方向为刑事科学技术。

中图分类号D918.91