胶带粘面指纹的光学显现方法研究

于捷年杨东升冯清枝

（1 中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035；2 厦门市公安局刑侦支队 福建 厦门 361000）

胶带粘面指纹的光学显现方法研究

于捷年1杨东升2冯清枝1

（1 中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035；2 厦门市公安局刑侦支队 福建 厦门 361000）

在详细分析胶带粘面指纹显现方法的基础上，深入研究胶带粘面指纹的光学显现原理和应用方法。为了弥补光学显现方法的不足，提出运用数字图像融合处理技术，对采用不同光学显现方法提取的多幅指纹图像进行融合处理，进一步增强胶带粘面指纹的显现效果。

胶带 指纹检验 光学显现 图像融合

胶带是一种借助加压、加热等方式，粘贴于物体表面的带状薄膜。在日常生活中，人们可以方便地获取透明胶带、电工胶带、封箱胶带等各式胶带，用以包扎、捆绑、粘贴或封装物品。胶带在给人们的工作和生活带来极大便利的同时，也成为许多犯罪分子实施犯罪活动的作案工具。在犯罪现场勘查中，时常会提取到用来封装物品、封堵受害人口鼻和捆绑受害人手足的胶带，特别是在抢劫、绑架、爆炸等恶性案件中，犯罪分子更是频繁地使用各式胶带。胶带粘面特有的黏附性使得犯罪分子在作案过程中极易在其表面上遗留指纹等痕迹物证，而从胶带粘面上提取的指纹则是认定犯罪嫌疑人最为直接和重要的证据。因此，就案件侦查工作而言，对胶带粘面指纹显现技术的研究具有重要意义。

1 胶带粘面指纹的显现原理

胶带一般是由带体和黏合剂组成，有些胶带还有底涂剂和隔离剂等辅助成分。带体也称为基材，是承载黏合剂的基础材料。带体具有良好的机械强度，较小的伸缩性，厚度均匀以及能被黏合剂湿润等特点。黏合剂也就是胶带粘面，是使胶带与被粘贴物品紧密相连的胶状物质，包括植物胶、动物胶和人工合成胶。胶带粘面具有良好的黏附性和可塑性，对外部压力较为敏感。当手指与胶带粘面接触时，首先手指乳突纹线与胶面相粘附，在外部压力的作用下，胶面产生塑性变形，使得乳突纹线与胶面达到紧密贴合，胶面将固化成与乳突纹线凹凸结构相反的立体凹凸形态。随后借助外力使手指乳突纹线脱离胶面，如果快速分离，手指与胶面之间的黏附力只会使胶面产生弹性变形，分离后胶带粘面会完整地将指纹纹线形态复印下来；如果慢速分离，胶面发生内聚破坏，分离后胶带粘面复印的指纹纹线将留有撕裂状痕迹。此外，分离结束以后，手指上的汗液、皮脂、杂质等有形物质被牢固地粘附于胶面上指纹纹线部位，最终形成胶带粘面指纹。

多数情况下，胶带粘面指纹与背景之间的亮度反差微弱，难以直接观察和提取。胶带粘面指纹显现是利用专门的技术方法处理胶带检材，将这些反差微弱的指纹增强为视觉效果突出的指纹，并利用摄影方法将它们记录下来，以供指纹检验鉴定使用。胶带粘面指纹的显现方法很多，从胶带检材处理方式上划分，大体分为物理显现方法、化学显现方法和光学显现方法。物理显现方法是根据物理吸附原理，利用指纹和胶带粘面对细微颗粒吸附能力的差异，来增强指纹与背景之间的反差，从而将指纹清晰地显现出来，主要包括“502”胶熏显法、碳素墨水漂染法、湿粉显现法等。化学显现方法是根据化学反应原理，利用化学试剂与指纹汗液中的氨基酸、无机盐离子发生化学反应，生成有色化合物，从而将指纹清晰地显现出来，主要包括茚三酮显现法、DFO显现法和硝酸银显现法等。光学显现方法是近年来发展最为迅速的胶带粘面指纹显现方法。当人的手指接触到胶带粘面时，必然会引起胶带粘面的物质成分和表面形态的变化，在不同波长、不同性质、不同强度的光线照射下，指纹和胶带粘面将对照明光谱的吸收、反射、透射特性或发光特性、偏振特性产生差异，从而形成具有一定亮度反差的指纹图像，主要包括光谱成像法、配光检验摄影法、紫外反射摄影法、紫外荧光摄影法等。

事实上，无论是物理显现方法，还是化学显现方法，在指纹显现过程中，都是通过掺入其他物质，借助指纹和胶带粘面表面成分的变化，提高指纹的可视化程度，但是由于其他物质的掺入，势必造成指纹的污染和检材的损伤。而光学显现方法只是选择某种特定光线照射检材，借助指纹和胶带粘面的光学特性变化，增强指纹图像的视觉效果，不会造成检材的损伤或破坏，具有无损检验的特点。因此，在显现和提取胶带粘面指纹时，尽可能地选择光学显现方法，而将物理显现方法和化学显现方法作为备选方案。

2 胶带粘面指纹的光学显现方法

2.1 光谱成像法

光谱成像法主要适用于透明胶带、电工胶带（电工胶带的带体多为红、黄、蓝、黑等颜色）粘面的灰尘、异物指纹（血指纹等）显现。每种物质的光谱反射率是随着照射光线波长的变化而变化的，相应的亮度分布也是随着波长的变化而变化的。当采用不同波长的彩色光照射检材时，指纹和胶带粘面对彩色光的反射率不同，如果恰当地选择某种彩色光，可以使两者形成较大的亮度反差，并利用数码相机拍摄记录。

多波段光源是使用光学滤色镜将基础光源发出的白光分解成不同波段的彩色光，并通过光纤导管输出的光学系统。基础光源一般采用发光效率高的汞弧灯、铟弧灯、氙弧灯或者其他金属卤素灯；滤色镜多采用高质量的带通式干涉滤色片，具有谱带窄、透光性好等特点。多波段光源可以输出若干个波段的彩色光以供选择，分别为红光、橙光、绿光、青光、蓝光、紫光等。在利用光谱成像法显现和提取胶带粘面指纹时，采用多波段光源作为照明光源，根据指纹和胶带带体的颜色差异，正确地选择某一波段的彩色光，准确地控制胶带检材的亮度分布，在增强指纹图像的同时，尽可能地减弱背景图案干扰。

2.2 配光检验摄影法

配光检验摄影法主要适用于透明胶带、黄色封箱胶带粘面的灰尘、异物指纹显现。这些胶带上的灰尘、异物指纹在可见光照射下，能够与背景形成较大的亮度反差，根据胶带检材的特点，可以分别选择定向反射照明、掠入射照明和均匀照明等配光方法。如果胶带粘面没有缠绕粘连，一般较为平整光滑，此时采用定向反射照明、掠入射照明，可以有效地增强指纹与背景之间的亮度反差。例如，在暗视场条件下，采用掠入射照明，胶带粘面对照明光线的定向反射使得在反射方向上的光分量较多，而在垂直方向上的光分量较少；同时灰尘指纹对照明光线的漫反射使得在垂直方向上的光分量较多，因此指纹与背景在垂直方向上存在一定的亮度反差。如果胶带粘面发生缠绕粘连，剥离后的胶带粘面将变得凹凸不平，此时可以采用均匀照明法。

2.3 紫外反射摄影法

紫外反射摄影法适用于双面胶、封箱胶带粘面的汗液指纹显现。对于表面平整光滑、初粘性能良好的粘面指纹，在长波紫外线照射下，胶带粘面不仅能够强烈吸收长波紫外线，而且胶带粘面只存在定向反射光线。当长波紫外线以一定角度照射胶带检材时，胶带粘面只有定向反射光线，而在垂直方向上没有反射光线。与此同时，受到长波紫外线照射的汗液指纹则呈现混合反射形式，在垂直方向上存在一定的反射光线。因此，使用紫外摄影系统记录垂直方向上的紫外线分布，通过适当地增加曝光时间，能够获得具有较好反差效果的汗液指纹图像。需要说明的是，紫外反射摄影法对技术设备、操作技能有着较高的要求，在一定程度上限制了此项技术的推广应用。

3 利用图像融合增强指纹图像

图像融合是将被摄景物的多幅图像信息有机地综合，并且利用它们在时空上的相关性和信息上的互补性来对景物进行更加全面、详细的描述，弥补单幅图像信息的不足。此外，也能将同一景物在不同性质光源照射下和不同配光条件下的多幅图像进行整合，形成一幅更加清晰的、反映景物特征的图像。图像融合可以将原本模糊不清甚至无法辨认的指纹图像处理成清晰的、富含大量有用信息的指纹图像，显著地提高指纹图像的辨析程度，将这项技术移植到胶带粘面指纹显现中具有现实意义。由于胶带检材和拍摄条件的制约，利用光学显现方法显现和提取的指纹图像质量较低，有时难以满足指纹检验鉴定的要求。针对疑难胶带粘面指纹的特点，运用光学显现法分别提取不同条件下的多幅指纹图像，例如，分别选择多波段光源输出的不同波段的彩色光照射检材，使用数码相机拍摄胶带粘面指纹的多光谱图像，并利用图像处理软件对多光谱图像进行像素级融合处理，减弱或消除背景图案干扰，增强指纹与背景之间的反差，提高指纹图像的视觉效果。

4 实验结果及分析

4.1 实验器材

（1）MZQ-Ⅱ型多功能物证检验光源；单束软光纤；翻拍架。

（2）佳能350D型数码相机；USB数据线。

（3）微型计算机：PentiumⅣ2.4GHz CPU；1GB内存；320GB硬盘；WINDOWS XP操作系统；MATLAB7.0软件。

（4）实验检材：一段印有血指纹的透明胶带。

4.2 实验内容

按照物证检验摄影的技术要求，将数码相机设定拍摄参数后固定在翻拍架上，以多功能物证检验光源作为照明光源，在暗视场条件下，采取定向反射照明方式进行配光，准确调焦后对胶带检材上的血指纹进行拍摄。在不改变其他拍摄条件的前提下，改变多功能物证检验光源的输出波段，依次为白光、红光、绿光、青光、蓝光、紫光等，连续拍摄后获得一组血指纹的多光谱图像。

通过USB数据通信接口，将多光谱图像由数码相机导入微型计算机中，根据图像融合处理的需要，从中选取红光波段图像（如图1所示）、绿光波段图像（如图2所示）和青光波段图像（如图3所示）。利用MATLAB7.0软件编写程序对三幅多光谱图像进行融合处理，融合处理程序代码为：

融合处理后，将透明胶带粘面上的血指纹清晰地显现出来，如图4所示。

4.3 实验结论

透明胶带粘面的血指纹在红光照射下，由于指纹纹线的反射光谱与胶带粘面的反射光谱接近，因而拍摄提取的指纹图像反差微弱，同时背景干扰也微弱；而在绿光、青光照射下，拍摄提取的指纹图像反差强烈，背景干扰严重，胶带皱褶痕迹明显。单幅图像只是侧重地反映胶带检材的部分信息，指纹显现往往不尽人意，通过对三幅多光谱图像进行融合处理后，不仅增强指纹与背景之间的反差，而且显著地减弱了背景图案干扰，提高了胶带粘面指纹的显现效果，适合指纹检验鉴定工作的需求。

图1 红光波段的胶面指纹图像

图2 绿光波段的胶面指纹图像

图3 青光波段的胶面指纹图像

图4 融合处理后的指纹图像

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