膠帶粘面指紋的光學顯現方法研究

于捷年楊東升馮清枝

（1 中國刑警學院 遼寧 沈陽 110035；2 廈門市公安局刑偵支隊 福建 廈門 361000）

膠帶粘面指紋的光學顯現方法研究

于捷年1楊東升2馮清枝1

（1 中國刑警學院 遼寧 沈陽 110035；2 廈門市公安局刑偵支隊 福建 廈門 361000）

在詳細分析膠帶粘面指紋顯現方法的基礎上，深入研究膠帶粘面指紋的光學顯現原理和應用方法。為了彌補光學顯現方法的不足，提出運用數字圖像融合處理技術，對采用不同光學顯現方法提取的多幅指紋圖像進行融合處理，進一步增強膠帶粘面指紋的顯現效果。

膠帶 指紋檢驗 光學顯現 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極大便利的同時，也成為許多犯罪分子實施犯罪活動的作案工具。在犯罪現場勘查中，時常會提取到用來封裝物品、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定犯罪嫌疑人最為直接和重要的證據。因此，就案件偵查工作而言，對膠帶粘面指紋顯現技術的研究具有重要意義。

1 膠帶粘面指紋的顯現原理

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材料。帶體具有良好的機械強度，較小的伸縮性，厚度均勻以及能被黏合劑濕潤等特點。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，包括植物膠、動物膠和人工合成膠。膠帶粘面具有良好的黏附性和可塑性，對外部壓力較為敏感。當手指與膠帶粘面接觸時，首先手指乳突紋線與膠面相粘附，在外部壓力的作用下，膠面產生塑性變形，使得乳突紋線與膠面達到緊密貼合，膠面將固化成與乳突紋線凹凸結構相反的立體凹凸形態。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使膠面產生彈性變形，分離后膠帶粘面會完整地將指紋紋線形態復印下來；如果慢速分離，膠面發生內聚破壞，分離后膠帶粘面復印的指紋紋線將留有撕裂狀痕跡。此外，分離結束以后，手指上的汗液、皮脂、雜質等有形物質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。膠帶粘面指紋顯現是利用專門的技術方法處理膠帶檢材，將這些反差微弱的指紋增強為視覺效果突出的指紋，并利用攝影方法將它們記錄下來，以供指紋檢驗鑒定使用。膠帶粘面指紋的顯現方法很多，從膠帶檢材處理方式上劃分，大體分為物理顯現方法、化學顯現方法和光學顯現方法。物理顯現方法是根據物理吸附原理，利用指紋和膠帶粘面對細微顆粒吸附能力的差異，來增強指紋與背景之間的反差，從而將指紋清晰地顯現出來，主要包括“502”膠熏顯法、碳素墨水漂染法、濕粉顯現法等?；瘜W顯現方法是根據化學反應原理，利用化學試劑與指紋汗液中的氨基酸、無機鹽離子發生化學反應，生成有色化合物，從而將指紋清晰地顯現出來，主要包括茚三酮顯現法、DFO顯現法和硝酸銀顯現法等。光學顯現方法是近年來發展最為迅速的膠帶粘面指紋顯現方法。當人的手指接觸到膠帶粘面時，必然會引起膠帶粘面的物質成分和表面形態的變化，在不同波長、不同性質、不同強度的光線照射下，指紋和膠帶粘面將對照明光譜的吸收、反射、透射特性或發光特性、偏振特性產生差異，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、配光檢驗攝影法、紫外反射攝影法、紫外熒光攝影法等。

事實上，無論是物理顯現方法，還是化學顯現方法，在指紋顯現過程中，都是通過摻入其他物質，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，但是由于其他物質的摻入，勢必造成指紋的污染和檢材的損傷。而光學顯現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特性變化，增強指紋圖像的視覺效果，不會造成檢材的損傷或破壞，具有無損檢驗的特點。因此，在顯現和提取膠帶粘面指紋時，盡可能地選擇光學顯現方法，而將物理顯現方法和化學顯現方法作為備選方案。

2 膠帶粘面指紋的光學顯現方法

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、黑等顏色）粘面的灰塵、異物指紋（血指紋等）顯現。每種物質的光譜反射率是隨著照射光線波長的變化而變化的，相應的亮度分布也是隨著波長的變化而變化的。當采用不同波長的彩色光照射檢材時，指紋和膠帶粘面對彩色光的反射率不同，如果恰當地選擇某種彩色光，可以使兩者形成較大的亮度反差，并利用數碼相機拍攝記錄。

多波段光源是使用光學濾色鏡將基礎光源發出的白光分解成不同波段的彩色光，并通過光纖導管輸出的光學系統?；A光源一般采用發光效率高的汞弧燈、銦弧燈、氙弧燈或者其他金屬鹵素燈；濾色鏡多采用高質量的帶通式干涉濾色片，具有譜帶窄、透光性好等特點。多波段光源可以輸出若干個波段的彩色光以供選擇，分別為紅光、橙光、綠光、青光、藍光、紫光等。在利用光譜成像法顯現和提取膠帶粘面指紋時，采用多波段光源作為照明光源，根據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，準確地控制膠帶檢材的亮度分布，在增強指紋圖像的同時，盡可能地減弱背景圖案干擾。

2.2 配光檢驗攝影法

配光檢驗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。這些膠帶上的灰塵、異物指紋在可見光照射下，能夠與背景形成較大的亮度反差，根據膠帶檢材的特點，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。如果膠帶粘面沒有纏繞粘連，一般較為平整光滑，此時采用定向反射照明、掠入射照明，可以有效地增強指紋與背景之間的亮度反差。例如，在暗視場條件下，采用掠入射照明，膠帶粘面對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；同時灰塵指紋對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。如果膠帶粘面發生纏繞粘連，剝離后的膠帶粘面將變得凹凸不平，此時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。對于表面平整光滑、初粘性能良好的粘面指紋，在長波紫外線照射下，膠帶粘面不僅能夠強烈吸收長波紫外線，而且膠帶粘面只存在定向反射光線。當長波紫外線以一定角度照射膠帶檢材時，膠帶粘面只有定向反射光線，而在垂直方向上沒有反射光線。與此同時，受到長波紫外線照射的汗液指紋則呈現混合反射形式，在垂直方向上存在一定的反射光線。因此，使用紫外攝影系統記錄垂直方向上的紫外線分布，通過適當地增加曝光時間，能夠獲得具有較好反差效果的汗液指紋圖像。需要說明的是，紫外反射攝影法對技術設備、操作技能有著較高的要求，在一定程度上限制了此項技術的推廣應用。

3 利用圖像融合增強指紋圖像

圖像融合是將被攝景物的多幅圖像信息有機地綜合，并且利用它們在時空上的相關性和信息上的互補性來對景物進行更加全面、詳細的描述，彌補單幅圖像信息的不足。此外，也能將同一景物在不同性質光源照射下和不同配光條件下的多幅圖像進行整合，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法辨認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，將這項技術移植到膠帶粘面指紋顯現中具有現實意義。由于膠帶檢材和拍攝條件的制約，利用光學顯現方法顯現和提取的指紋圖像質量較低，有時難以滿足指紋檢驗鑒定的要求。針對疑難膠帶粘面指紋的特點，運用光學顯現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，使用數碼相機拍攝膠帶粘面指紋的多光譜圖像，并利用圖像處理軟件對多光譜圖像進行像素級融合處理，減弱或消除背景圖案干擾，增強指紋與背景之間的反差，提高指紋圖像的視覺效果。

4 實驗結果及分析

4.1 實驗器材

（1）MZQ-Ⅱ型多功能物證檢驗光源；單束軟光纖；翻拍架。

（2）佳能350D型數碼相機；USB數據線。

（3）微型計算機：PentiumⅣ2.4GHz CPU；1GB內存；320GB硬盤；WINDOWS XP操作系統；MATLAB7.0軟件。

（4）實驗檢材：一段印有血指紋的透明膠帶。

4.2 實驗內容

按照物證檢驗攝影的技術要求，將數碼相機設定拍攝參數后固定在翻拍架上，以多功能物證檢驗光源作為照明光源，在暗視場條件下，采取定向反射照明方式進行配光，準確調焦后對膠帶檢材上的血指紋進行拍攝。在不改變其他拍攝條件的前提下，改變多功能物證檢驗光源的輸出波段，依次為白光、紅光、綠光、青光、藍光、紫光等，連續拍攝后獲得一組血指紋的多光譜圖像。

通過USB數據通信接口，將多光譜圖像由數碼相機導入微型計算機中，根據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軟件編寫程序對三幅多光譜圖像進行融合處理，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出來，如圖4所示。

4.3 實驗結論

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烈，背景干擾嚴重，膠帶皺褶痕跡明顯。單幅圖像只是側重地反映膠帶檢材的部分信息，指紋顯現往往不盡人意，通過對三幅多光譜圖像進行融合處理后，不僅增強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效果，適合指紋檢驗鑒定工作的需求。

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

1.G A Payne.A further study to investigate the detection and enhancement of latent fingerprints using visiable absorption and luminescence chemical[J].ForensicScienceInternational，2005，150（1）

2.王桂強.指印的光學顯現和照相技術[M].北京：群眾出版社，2001

3.祝旭軍.暗視場照明和分色技術相結合顯現指印應用研究[D].中國人民公安大學碩士學位論文，2004