近紅外區(qū)域無損顯現(xiàn)熱敏紙上的指印＊

劉 旭，尹雨晴，代雪晶

（中國刑事警察學院，遼寧 沈陽 110000）

熱敏紙因其字跡輪廓清晰、圖文對比度好、使用方便等特點，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如超市小票、ATM機使用票證、彩票、心電圖紙、電影票、傳真紙等[1]。隨之熱敏紙在各種犯罪現(xiàn)場也大量出現(xiàn)，熱敏紙上的指印顯現(xiàn)與提取成為一個需要解決的問題。通常提取熱敏紙上的指印方法包括利用茚三酮熏顯法[2]，502膠熏顯法，粉末顯現(xiàn)法，微量加熱成像技術(shù)[3]紅外輻射法[4]等方法進行處理。這些顯現(xiàn)方法在顯現(xiàn)時都有不同的效果，但都對檢材存在破壞。

本研究使用了非接觸、無破壞的光學顯現(xiàn)手段對熱敏紙上的未處理指印進行顯現(xiàn)提取研究。同時根據(jù)顯現(xiàn)效果選取合適的配光波段與濾光鏡進行觀察，確定最佳顯現(xiàn)條件；分析了在一段時間后陳舊指印通過該方法的顯現(xiàn)效果；被污染情況下指印的顯現(xiàn)效果。經(jīng)過分析該方法顯現(xiàn)效果好，不破壞檢材，靈敏度高，對提取檢材上其他的物證信息不存在影響。

1 實驗原理

熱敏紙是在優(yōu)質(zhì)的紙張上涂布一層熱敏涂料，主要成分為苯酚類或者其他酸性涂料[5]。在365 nm的紫外線照射下，熱敏紙的熱敏圖層會發(fā)出亮白色熒光。根據(jù)羅卡德物質(zhì)交換原理[6]，在指紋接觸熱敏圖層時，由于手指上帶有汗液、油脂等成分會與熱敏圖層產(chǎn)生相互作用，從而形成在熱敏紙上的指印痕跡。此時利用365 nm的紫外線照射并且通過700 nm的濾光鏡觀察會形成亮背景下的暗紋線，從而將指印顯現(xiàn)出,如圖1所示。

圖1 實驗裝置圖

2 材料和方法

2.1 實驗器材

佳能EOS70D紅紫外數(shù)碼相機1臺、多波段光源1套、美國Botcat Varispec光譜成像系統(tǒng)、手套、護目鏡、熱敏紙、翻拍架、濾光鏡（若干）、透明比例尺。

2.2 實驗樣本

超市使用后的熱敏紙共5張。4名同學在捺印指印之前用清水洗手，自然風干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。剩余一張用于選擇合適配光波段以及合適濾光鏡，選擇指紋紋線清晰的同學捺印。注意操作人員全程需要佩戴手套，以防止操作人員在對實驗樣本造成污染。

2.3 實驗操作

首先選擇合適的配光波段，依次使用自然光（a）、365 nm波段（b）、415 nm波段（c）、440 nm波段（d）的光線對已捺印有指紋的熱敏紙進行拍攝在相機前加700 nm的濾光鏡，得到圖2結(jié)果。

圖2 檢材原貌及三種波段下顯現(xiàn)對比效果

在365 nm波段照射下有明顯的反差，且熱敏紙上的打印文字對指印紋線影響較小，在415 nm波段照射下也會有指印紋線，但反差會更小并且熱敏紙上的打印文字部分對指印紋線影響較大。在440 nm波段照射下仍然會有指印的顯現(xiàn)但相比于前兩個反差更小，同時無法有效降低熱敏紙上打印文字對指印紋線的干擾。因此綜合比較在365nm波段的配光條件下指印顯現(xiàn)效果最好。

對合適的濾光鏡進行選擇，在使用365 nm波段配光的條件下，在紅紫外相機前依次加裝700 nm（a）、730 nm（b）、800 nm（c）、850 nm（d）的濾光鏡進行拍攝，得到圖3結(jié)果。

圖3 在四種波段下顯現(xiàn)的對比效果

隨著濾光鏡波段的不斷加長，在相機各個參數(shù)不變的情況下，整個圖片的畫面亮度降低，對比度降低。在800 nm和850 nm的濾光器下則無法再用肉眼對指印進行分辨。

具體實驗操作時，將紅紫外數(shù)碼相機固定在翻拍架上，相機鏡頭前加裝700 nm波段的濾光鏡，使用多波段光源以365 nm波段進行配光。最后手動調(diào)焦，在指印紋線清晰的情況下對實驗樣本進行拍照。

由于濾光鏡本身具有一定的局限性，不能系統(tǒng)地對各個波段下熱敏紙反射光亮度分布進行準確表示。本次實驗中結(jié)合光譜成像技術(shù)，光譜成像是通過成像光譜儀記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集[7]。本次實驗利用光譜成像系統(tǒng)記錄波段在400～720 nm。能夠反應(yīng)在400～720 nm波段內(nèi)且使用多波段光源在365 nm、415 nm、440 nm波段配光條件下，熱敏紙空白部位與指印紋線以及熱敏紙上打印文字之間的光譜關(guān)系，如圖4所示。特征點（x，y）=（573，125）即黑色點標記的光譜曲線代表熱敏紙空白部位，特征點（x，y）=（825，480）即黑色實線的光譜曲線代表指印紋線部位，特征點（x，y）=（1312，476）即白色點標記的光譜曲線代表熱敏紙上打印文字部位。

圖4 在365 nm、415 nm、440 nm波段配光利用光譜成像系統(tǒng)記錄400～720nm之間光譜反射曲線

對光譜曲線進行分析，在365 nm和415 nm配光條件下且光譜曲線在440～540nm范圍內(nèi)存在有巨大反差。但是光譜成像系統(tǒng)拍攝由于像素低，指印細節(jié)反應(yīng)較差。光譜曲線在690～700nm的這個區(qū)間上指印的細節(jié)反應(yīng)清晰。雖然整體圖像亮度偏暗但是肉眼可以對指印的細節(jié)特征進行觀察。

通過對光譜曲線進行分析，由于人類視覺系統(tǒng)感知的亮度與顯示器實際顯示的亮度為非線性關(guān)系。這兩者的關(guān)系在學術(shù)上稱之為“伽馬線性變換”。人眼與機器對光線的感知示意圖如圖5所示。

圖5 機器與人眼對亮度敏感度示意圖

其中a曲線代表人眼對亮度感知度，b線段代表機器對亮度感知度。在A點與B點機器的感知差異為AB之間的距離，但在人眼的視覺效果則表現(xiàn)出C與D的關(guān)系，因此在人眼的觀察中這段差異被放大。伽馬線性變換處理后的圖像和原圖的比較如圖6所示，伽馬參數(shù)設(shè)置為2.2。

圖6 原圖（左）與伽馬線性變換后效果圖（右）

綜上所述，在該種熱敏紙上的汗?jié)撌钟】梢岳?65 nm波段的紫外光源配光結(jié)合紅紫外數(shù)碼照相機在700 nm波段進行顯現(xiàn)記錄是可行的。

3 探究在四種不同條件下該方法顯現(xiàn)效果

通過上述實驗可以得出該方法可以拍攝記錄該種熱敏紙上的汗?jié)撝赣。揖哂辛己玫娘@現(xiàn)效果。以下實驗是探究了4種不同條件下該方法顯現(xiàn)指印的效果。（1）戶外放置一周后的指印顯現(xiàn)效果；（2）室內(nèi)存儲一周后的指印顯現(xiàn)效果；（3）被水噴淋后的指印顯現(xiàn)效果；（4）被油污涂抹后的指印顯現(xiàn)效果。

3.1 實驗樣本

超市中正常使用后的熱敏紙4張。4名同學在捺印指印之前用清水洗手，自然風干后再戴上手套2 min，然后在熱敏紙上捺印指紋。

3.2 實驗操作

將所得到4名同學捺印的指印。分成四組，將（a）組在戶外放置一周；將（b）組在室內(nèi)存放一周；將（c）組用水進行噴淋；將（d）組利用油污進行涂抹。得到如圖7。

圖7 四種不同條件下的拍攝效果

對上述影響因素分析，在（a）組（戶外組）和（b）組（室內(nèi)組）的條件下均可以對指印進行顯現(xiàn)，對指印顯現(xiàn)影響最大的是（c）組（水淋組），其次是（d）組（油污組）。對（a）組和（b）組兩種條件的指印進行觀察比較，在（a）組顯現(xiàn)效果較差，（b）組顯現(xiàn)效果較好。在戶外環(huán)境下，灰塵是主要影響因素。（c）組和（d）組是因為水和油脂對熱敏圖層的反應(yīng)與汗液對熱敏圖層的反應(yīng)類似，因此產(chǎn)生大面積陰影使得指印紋線浸沒在陰影之中，從而無法實現(xiàn)對指印的觀察。

4 實驗討論

相比于傳統(tǒng)方法，利用365 nm波段的紫外光線進行配光，通過700 nm波段濾光鏡進行觀察記錄的這種方法更加便捷，且顯現(xiàn)效果較好。同時本次實驗也存在有不足，由于只是選擇了若干波段進行配光，所以無法準確測得最佳配光波段。另外，本次實驗僅對一個種類的熱敏紙進行了實驗，因此不能代表所有熱敏紙。

5 結(jié)論

在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上未處理的指印，作為光學無損檢驗方法的一個具體運用，符合當前公安實踐工作中提出的光學無損的要求，而且操作簡便，方便快捷，顯現(xiàn)效果顯著，顯現(xiàn)效率高，不會破壞檢材的原始性，相比于傳統(tǒng)的化學顯現(xiàn)熱敏紙上的潛在指印具有很大的優(yōu)勢[8]。實驗結(jié)果顯示在365 nm波段配光且通過700 nm波段濾光鏡觀察熱敏紙上的指印顯現(xiàn)效果最佳。綜上所述，在近紅外區(qū)域顯現(xiàn)熱敏紙上的未處理指印具有一定的實際應(yīng)用價值。