采用微距全向光源显现亚光瓷砖表面的潜在指印

樊金英，杨玉柱

（1.华东政法大学 上海 200042；2.中国人民公安大学 北京 102600）

指印作为重要的生物物证，以其“人各不同，终身不变”的特性，对案件侦破发挥着至关重要的作用。指印的提取和显现有无损和有损两种方法。这两种方法的研究和技术突破一直是刑事科学技术人员的关注点。目前，指印无损检验方法主要为配光检验技术、分色偏振光技术、红紫外反射照相技术、光致发光照相技术，不同检验技术的侧重点和优势各有不同[1]。然而，随着各地公安视频侦查支队的成立、监控探头普及和DNA公认的高度科学性，大部分刑事案件的侦破越来越依赖视频和DNA。其次，犯罪嫌疑人反侦察意识的增强，着手套作案也成为常识，犯罪现场指印遗留率越来越小。另外，根据对县区级和市级公安队伍中技术人员的调查，指印无损检验的方法大多停留在相机和配光技术的结合，很少用到特种照相技术，只有省会技术部门配备少量无损检验装备。综合以上现状，指印遗留率的减小更迫切要求提取率的提高，也对公安技术实践工作者和研究者提出更高的要求。

瓷砖作为日常家居装修必须品，在室内刑事案件的出现率很高。地板所用瓷砖多遗留脚印，墙壁所用瓷砖遗留的纹线痕迹以指印为主。就瓷砖光滑程度而言，一种是光滑且光泽度高的表面，称之为光滑表面；一种是光滑但光泽度不高的表面，称之为亚光表面。两者的区别是光学性质不同[2]。前者因光泽度很高，客体表面呈现为镜面反射，指印易发现和提取；后者因光泽度低，客体表面为漫反射性质，指印提取难度较大。

公安科研工作包括社会科学的研究和技术科学的研究，其中技术科学研究指围绕有关公安工作的技术手段、装备现代化进行的研究[3]。本文以推动指印无损检验的技术更高端、装备更现代化为出发点，以便捷装置微距全向光源为中心，研究该装置对六种颜色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果，并结合大量数据分析做支撑，总结该装置对指印的显现规律，期望能推动基层公安技术指印无损检验装置的更新。

一、实验原理和设计

（一）实验原理

微距全向光源装置同时具备配光检验技术和分色照相两种功能，高度集成化使装备更加便捷。公安技术人员在指印无损检验研究和实践时面临多个难题，首先光源角度难以控制；其次相机、翻拍架和光源等实验设备繁多，携带不便。微距全向光源不仅结合了配光检验技术和分色照相技术，还将传统照相中光源、滤光镜、翻拍架等三种装置集成在微距全向光源中，有效地解决了操作繁琐和不便携带的难处，可以给一线民警减轻装备繁多的负担。

微距全向光源装置光源的照射角度有四档，分别为定向反射照明、暗视场照明、均匀照明和掠入射照明；光源颜色有七档，分别为白色光、红色光、品红色光、黄色光、绿色光、蓝色光、紫色光[4]。微距全向光源在不同的照射角度下可以发七种颜色的光，完美结合了配光检验技术和分色照相的功能。

（二）实验相关标准的制定

指印之所以称之为“证据之王”，是因为指印有很多细节特征，平均每枚指印含有75-175个细节特征点，这些细节特征点构成了特征体系[5]。现在一些指印学专著中将指印特征分为三级：一级纹线类型特征、二级宏观细节特征、三级微观细节特征[6]。指印能够称之为证据使用，其细节特征要满足一定数量标准。对此，不同国家采用了不同的数量标准，具体见表3.1。对于没有制定数量标准的国家，指印鉴定完全依赖于专家意见[7]。我国对于指印的鉴定标准没有统一，但是行业内普遍以8-10个细节特征点为最低标准。通常为保证指印鉴定的科学性和可靠性，公安安全领域和司法领域在做指印鉴定时，指印显现有15个细节特征同一时，才做出同一认定结论。本文为评价指印显现效果，选取细节特征在15个以上的指印和10-15个的指印。

表1 亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果统计图

（三）实验设计

1.仪器装备。Canon-EOS60D数码相机、Canon-90mm（1:1）微距镜头、微距全向光源。

图2.1 微距全向光源装置图

2.相机参数设置。曝光模式为M档（手动曝光）、光圈系数为5、感光度为800，快门时间根据实验环境设定。实验参数为光源角度、光源颜色和快门时间。

3.样本制作。选取黑、白、红、黄、蓝、绿六种颜色的亚光瓷砖，在瓷砖表面选取合适区域按捺一枚油汗混合指印，样本原貌图如2.2。

图1 不同颜色亚光瓷砖上的潜在指印

4.实验步骤。首先，组装相机设备。其次，调整相机参数。最后，选择白色光源，在取景器内寻找被检验指印、观察比例尺并调节清楚。调整相机的配光角度档、颜色档、曝光量、光圈值、快门时间等参数，比较显现效果，记录实验数据。

二、实验结果和分析

（一）实验结果

1.黑色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如图：

图2 黑色亚光瓷砖表面潜在指印的最佳显现效果图

检验黑色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为白色时，照明角度为定向反射照明和暗视场照明时，指印可显现出15个特征以上。

2.白色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如下：

图3 白色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果图

检验黑色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为白色时，照明角度为定向反射照明时，指印可显现出10～15个特征。

3.红色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如下：

图4 红色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果图

检验红色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为蓝色和绿色时，照明角度为定向反射照明时，指印可显现出15个特征以上。

4.黄色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如下：

图5 黄色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果图

检验黄色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为蓝色时，照明角度为定向反射照明时，指印可显现出15个特征以上。

5.蓝色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如下：

图6 蓝色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果图

检验蓝色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为白色或者黄色时，照明角度为定向反射照明和暗视场照明时，指印可显现出15个特征以上。

6.绿色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果如下：

图7 绿色亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果图

检验绿色亚光瓷砖表面上的潜在指印，择优选取实验条件发现：光源为白色或者黄色时，照明角度为定向反射照明和暗视场照明时，指印可显现出15个特征以上。

现将6种亚光瓷砖表面潜在指印显现效果进行统计，方便统计计算该装置效果。如表3.1所示：

表3.1 亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果统计图

（二）实验条件对指印显现效果影响的研究

1.照明角度对指印显现效果影响的研究

图3.7 照明角度对显现效果影响分析图

通过对装置显现亚光瓷砖的效果统计，显现效果中能够反映指纹特征数量在10个以上的照明角度集中在定向反射照明和暗视场照明。其中，定向反射照明的显现效果最好，暗视场照明的显现效果次之。究其根本，显现效果差异性和装置中光源位置和亚光瓷砖的光学性质有关。

就光源位置而言，定向反射照明的光源为21个二极管以圆形状在设备顶端照射；顶端垂直照明使得装置可以完全接受到物体表面的反射光。而通常装置的定向反射照明难以达到垂直照明，而是采用～的小角度照明，所以本装置的定向反射照明角度优于一般设备。

暗视场照明的光源以4×3个二极管分布在正方形装置的4个角上照射；一般装置的暗视场照明中的只有一处照明，而本装置暗视场照明的光源分布在4个顶角，更多的光源意味着客体接受到的光源越多，这也是本装置的优越之处。均匀照明技术的光源以4×12个二极管分布在正方形装置的四面，在距离客体3cm～4cm左右处照射；均匀照明技术主要用于显现色调反差较大的客体，而亚光瓷砖上的指纹不具有这一特点，因此均匀照明技术的显现效果不是很好。掠入射照明技术的光源是4×12个二极管分布在正方形装置的四面，在距离客体0.5cm～1.5cm左右处照射客体。掠入射照明的适用显现平整客体表面上的漫反射物质形成的痕迹，而油汗混合指印的光学性质为混合反射性质，故掠入射照明的显现效果较差。

2.背景颜色和光源颜色对指印显现效果影响的研究

表3.2 不同颜色亚光瓷砖的最佳匹配光源颜色

图3.8 照明角度对显现效果影响分析图

补色又称互补色，余色，亦称强度比色，是指任何两种以适当比例混合后而呈现白色或灰色的颜色，即这两种颜色互为补色。互补色总是成对出现。色调环角度呈角的两种颜色为互补色。如黄与蓝、青与红、品红和绿均为互补色。互补色原理适用在指印显现主要为消除客体颜色，通过选择客体颜色的互补的光源色，根据光补色原理，使之中和为白色或者灰色，从而相对减少客体颜色的干扰。因装置中光源颜色有限，而客体背景颜色可以细分为很多种，所以实际运用中并不能找到色相环上完全处于的互补色，达到背景色被互补至灰色或者白色，而是最大程度接近互补色，最大程度消除干扰。

三、结论

本文应用微距全向光源对亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果研究，样本颜色选有黑色、白色、黄色、红色、蓝色和绿色六种。通过改变照明角度、光源颜色及ISO、快门时间、光圈系数等相机参数，发现应用微距全向光源对亚光瓷砖表面潜在指印的显现效果存在明显规律。首先，应用微距全向光源对亚光瓷砖表面潜在指印的显现率为100%，其中定向反射照明能显示的显现效果最好，暗视场照明的显现效果次之。其次，应用微距全向光源的七档光源颜色，使得存在背景颜色时，通过选择背景色的互补色或者互补色的相近色，根据互补色原理将有色背景中和为灰色或者白色，有效地消除背景色的干扰。