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1、.紫外油类手印的拍摄作者：辽宁省辽阳市公安局刑侦支队 岑鹏 高艳引言短波紫外反射摄影是指用感光材料记录被检验物体反射的波长在200nm至280nm区间的紫外线亮度分布的一种摄影方法。在短波紫外反射摄影中，物体反射紫外线的亮度分布在胶片上再现为密度影像。紫外反射摄影主要应用于拍照显示一些肉眼看不见的痕迹，例如一些潜在的或反差很微弱的指印足迹等。有些痕迹在可见光中反差微弱，但痕迹附着客体的物质在紫外区吸收性能可能迅速增大，而痕迹物质的吸收相对不大，这样就可能使痕迹物质与客体背景之间在紫外区形成较大的亮度差，清楚地显示出这些痕迹特征细节。十几年来，紫外反射摄影显现和加强指印的应用技术有了很大进步和发
2、展，已经成为最有效的显现和加强潜在指印的光学方法之一。特别在物证检验中，采用暗视场拍照法、定向反射法、均匀布光法等技术方法对各种潜在指印进行拍摄，都能获得很好的效果。为了把短波紫外反射摄影法的应用范围扩展到更多的客体表面和指印类型，本文对一些常见客体表面的豆油指印、芝麻油、玉米油指印的短波紫外反射摄影法进行初步的实验和探索。1短波紫外反射摄影的基本原理及技术方法短波紫外反射摄影装置如图1所示，整个装置由光源、相机、紫外镜头、短波紫外滤光镜、感光材料和被摄体组成。在短波紫外反射摄影中，光源输出的含短波紫外线的光辐射照射在被检验的物体上，被摄物体反射的短波紫外线通过滤光镜进入镜头,物体反射的其它光
3、线和发射的荧光被滤光镜阻挡。透过短波紫外滤光镜的短波紫外线进入镜头在胶平面上形成光学影像。这个光学影像在感光胶片上记录物体反射紫外线亮度分布的图像。1.1紫外光源概述紫外线是电磁波谱中介于可见光紫外端与x射线之间的光辐射.如图6-1所示,紫外线的波长范围是1-400nm .可以把紫外线划分为四个波段:320-400nm的长波紫外线;280-320nm的中波紫外线;200-280nm的短波紫外线;1-200nm的真空紫外线. 由于光源限制等原因,物证检验目前主要开展365nm 和254nm两个波段的紫外反射照相.在紫外反射照相检验指印应用中,选择紫外波段的基本原则是根据指印纹线物质和客体物质的紫
4、外反射及吸收性质,选择能使它们之间能够呈现最大反差的波段。紫外线是电磁波谱中的不可见光辐射,它与可见光一样遵守光的直线传播.反射和折射定律,也同样遵守透镜成像原理。1.2形成反差原理短波紫外反射摄影能够有效地显示适用客体表面上的潜在豆油指印、芝麻油、玉米油指印，主要是因为指印纹线和客体表面在紫外光谱区存在反射性差异，包括吸收程度和反射方式上的差异。短波紫外反射摄影显现和加强指印的适用客体分为两种类型：第一种类型的适用客体表面，包括玻璃、陶瓷、搪瓷、照片等，光滑度、光泽度很高的表面，并且都具有强烈吸收254nm短波紫外线的性质。在254nm短波紫外线照射下，这些客体表面只存在表面定向反射线，没有
5、漫反射光线，也不存在内反射光线。因此，当短波紫外线以一定入射角度照射在检材上时，如图1 （a）和（b）所示，客体没有内反射光线，表面的定向反射光线出现在与入射角相等的反射角方向上，整个客体背景在垂直方向没有反射光线，与此同时，受到254nm短波紫外线照射的豆油指印、芝麻油、玉米油指印纹线呈现混合反射形式，其混合反射光在垂直方向上有一定的反射分量，如图1（c）所示，由于客体背景垂直反射光分量为零，因此，虽然豆油指印纹线、芝麻油、玉米油指印纹线垂直反射光分量不高，但相对背景亮度物质纹线的垂直反射光分量仍然很大。通过适当的长时间曝光，就可以得到高反差的指印图像，即指印纹线亮度远远大于客体背景亮度图1
6、 短波紫外反射原理示意图(a) 客体表面只有定向反射光；(b) 客体没有内反射光；(c) 指印纹线的混合反射有一定垂直反射分量。从图2显示的反差机制可以看到，客体表面性质和油脂指印纹线物质的混合反射能力在很大程度上影响了指印显现效果。客体表面光泽度越高，表面反射时垂直分量越少，则客体表面定向反射性质越显著。客体对紫外线吸收越强烈，其内反射光越小。因此，客体吸收紫外线越强，表面越光滑，则客体背景的垂直反射光亮度越接近于零，于是背景亮度越低，指印反差越大。另外指印纹线物质数量越多，纹线混合反射光越强，显现效果越好。从暗视场照明理论也可以很好地解释短波紫外反射摄影显现和加强第一种类型的适用客体表面上
7、油脂指印获得高反差结果的原因。在暗视场照明中，光滑客体的背景反射光包括表面定向反射光和内反射光，其中表面定向反射光没有垂直分量，而内反射光有一定垂直反射分量。因此，客体背景在垂直方向上的反射光分量就等于内反射光线的垂直分量。油脂指印纹线呈现混合反射性质，也有一定垂直反射分量。因此，在暗视场照明下，指印纹线与背景之间的亮度反差等于纹线垂直反射光分量与客体背景内反射光线的垂直分量之差。客体内反射光越弱，纹线与背景之间的亮度反差越强，显现效果越好。在可见光照射下，深色客体内反射光比浅色客体的内反射光弱，因此暗视场照明检验深色客体上油脂指印的效果比检验浅色客体好。例如用暗视场照明分别检验黑色和白色油漆
8、表面上油脂指印，前者因为黑油漆没有内反射光而使其纹线与背景之间的亮度反差远远大于后者，指印纹线将以浅色调呈现在黑色背景上。对白色油漆客体，因为客体内反射光很强，背景亮度较大，于是指印反差较小，如果用短波紫外线照射，强烈吸收短波紫外线的客体将完全没有内反射光，使得指印纹线与背景之间呈现最大亮度反差。换句话说，在暗视场照明检验中使用短波紫外线，可以将强烈吸收短波紫外线的客体内反射光减少到零，使纹线与背景之间的亮度反差达到最大值。例如，在暗视场照明检验白色油漆表面上油脂指印时，如果用短波紫外线照射，在可见光照射下存在很强内反射光的白色油漆客体将没有短波紫外线内反射光，纹线与背景之间的亮度反差呈现最大
9、值，其效果相当于用可见光暗视场照明检验黑色油漆表面上油脂指印。第二种类型的适用客体表面实际有两种不同的表面性质，一是光滑但光泽度不是很高的客体表面，如塑料、油漆、纸张表面。一是光泽度很高的客体表面，但不吸收254nm短波紫外线或吸收不强烈，例如光泽纸。前者因为表面光泽度不高，反射光不是定向反射性质，其表面反射光线有一定垂直分量。或者因为对短波紫外吸收不彻底，客体存在一定的内反射光线，使客体背景也存在一定的垂直反射光分量。如图2（a）和（b），在254nm短波紫外线照射下，第二种类型的适用客体表面存在漫反射和混合反射光或内反射光，会使客体背景在垂直方向上存在反射光分量。图2 短波紫外反射原理示意
10、图（a）非光泽表面的非定向反射光有一定的垂直反射分量（b）非紫外吸收表面的内反射光有一定的垂直反射分量消除背景图案干扰原理： 客体内反射光的强度和色调随区域变化，是形成指印客体背景图案干扰的主要原因。而在254nm短波紫外线照射下，第一种类型适用客体表面因强烈吸收短波紫外线，完全没有内反射光存在，内反射光的强度和色调随区域变化也不存在了，使得在可见光照射下出现的背景图案将在短波紫外反射摄影中完全消失。1.3短波紫外反射摄影的技术方法1.3.1配光技术对于第一种类型适用客体表面上的潜在指印，应采用暗视场照明方法。由于指印纹线与客体背景之间的亮度反射随照明光线入射角度增加而迅速减少，对于大多数平面
11、指印检材，当照明光线入射角在10°到30°之间时，纹线与背景之间呈现很好的反差，40°时反差开始明显减弱，60°到80°时反差一般非常微弱，甚至完全没有反差。当入射角小于10°时，容易在指印区域内产生反射光斑，干扰指印纹线显示。而对于变曲表面，10°到30°小角度暗视场照明方法一般都会在指印区域内产生反射光斑。入射角度越小，光斑越靠近照明画面中心，越有可能干扰指印纹线显示。在这种情况下，选择最佳照明光线入射角的原则是：在避开光斑出现在指印区域的前提下，采用尽可能小的入射角度。用短波紫外反射摄影拍照第二类型适用客体表
12、面上的潜在指印时，纹线与背景之间的亮度反差随照明光线入射角变化明 显，各种角度拍照的结果很相近。由于45°角对照明容易产生均匀的照明效果，所以拍照这类指印一般采用45均匀照明法。另外，用短波紫外反射拍照指纹， 一般采用双灯式照明配光，如图1所示：1.3.2取景调焦短波紫外线是不可见辐射，短波紫外反射摄影只能用可见光调焦，然后装上短波紫外滤光镜进行拍照。短波紫外线焦距比可见光的焦距短一些，即短波紫外图像比可见光图像更靠近镜头。有些专用紫外镜头上有专门的紫外调焦标志，在可见光调焦后将调焦位置修正到紫外标志点，即可得到清晰的紫外线图像。用小光圈拍照，使胶片平面落在紫外线图像的像深范围内，也
13、可以获得清晰的紫外线图像。一般物证拍照用F8或F11的光圈就可以得到好的效果。现代紫外镜头一般都是超消色差设计的，这种石英紫外镜头的紫外焦点与可见光焦点是重合的。使用这种镜头进行紫外反射照相不存在焦点修正问题，用可见光调焦后就可以直接进行紫外反射摄影。春光X-100镜头和日产塔库玛镜头都是超消色差镜头。1.3.3曝光技术影响紫外反射摄影曝光的主要三因素：一是胶片感光度；二是紫外线照明强度和物质反射能力；三是紫外滤光镜和镜头的透过性能。而不同客体表面所需的曝光量不同，因此在实际工作中，用测光方法确定短波紫外摄影曝光量比较困难，可用照相机内的测光系统的测定可见光下的曝光量进行短波紫外反射摄影系列曝
14、光。1.3.4冲洗技术紫外反射摄影一般使用全色胶片、分色胶片、盲色胶片或紫外干板，胶片的冲洗工艺与普通摄影相同。在紫外反射摄影中，胶片记录的紫外图像反差相对偏小。这是因为：一是各种物质对紫外线的反射率小于可见光和红外线；二是感光材料对紫外线的反差系数小；三是由于空气的散射等原因。由于指印显现一般要求高反差，除了选择高反差系数的感光胶片外，冲洗时最好选择高反差的显影液（如D-11、D-9），以增强紫外影像反差。专门的紫外干板可参考厂家推荐的配方，全色胶片也可用D-72显影液冲洗。2.实验部分2.1实验条件1本次实验使用的是天津市第三光学仪器厂生产的春光X100紫外摄影镜头。这类镜头具有成像波段宽
15、，物距范围大，超强消除色差，紫外线透过率高等优点，特别适合直接紫外反射线摄影。该镜头与海鸥DF照相机配合使用，也可配珠江，美能达相机。该镜头主要指标如下：焦距：f=100mm相对孔径：D/f=1/5.6成像波段范围：200-900nm光谱透过率：250-400nm >80%,其余>40%成像物距:2f鉴别率:中心>32条/mm, 边缘>16条/mm 像面尺寸:248×36mm外形尺寸: 65×93mm2采用低压汞灯为拍照光源（即UV-600）。低压汞灯在短波、中波和长波紫外区以及可见光谱区都有一些分离的线状光谱输出，其输出能量主要集中在短波紫外区的2
16、54nm波长，而它在中长波紫外区和蓝绿光区的输出谱线非常微弱。如图五所示。低压汞灯在254nm波长谱线的辐射占总输出能量的70%90%，是很好的短波紫外线光源。3短波紫外反射摄影时，摄影镜头前要求放置一个短波紫外线滤光镜。该滤光镜必须只能透过物体反射的短波紫外线，吸收物体反射的长波紫外线、可见光及短波紫外线激发的可见荧光或可见磷光成份，保证胶片记录物体反射的短波紫外线。与春光100镜头相配254nm短波紫外滤光镜：干涉型，其中波长为254nm，带宽约10nm，截止波长直至800nm,峰值透过率为33%。但如果满足以下五个条件，也可以不使用滤光镜。（1）短波紫外光源发出的短波紫外线单色性好；（2
17、）拍摄环境要求全黑，即无杂散光；（3）检材载体无兰紫色背景、而且不被短波紫外线激发出荧光；（4）指印承受客体对短波紫外吸收强烈。（5）必须是对短波紫外线透过率较高的专用紫外线摄影镜头；2.2实验检材玻璃、白色瓷砖、彩色照片、透明塑料、白色复印纸张、植物油、动物油、豆油2.3实验方法步骤2.3.1.对玻璃、白色瓷砖、彩色照片、镀膜塑料、白色纸张表面的豆油指印、芝麻油、玉米油指印，采用暗视场拍照法进行拍照。通过可见光、短波紫外（加滤光镜和不加滤光镜），对豆油、芝麻油、玉米油指印分别进行拍照。2.3.2.照时，采用双灯对称布光，光距为20cm左右，拍照距离为20cm。2.3.3.全色片采用D-76显
18、影液正常显影，方法同一般胶片显影。 3.实验结果与分析拍照效果的综合比较表植物油脂客体豆油玉米油芝麻油盲色片全色片盲色片全色片盲色片全色片无色玻璃+白色瓷片+无色塑料+彩色照片+白色纸张+注 ：“+”指效果较好，“”指效果不明显。3.1纸张上的油类指印纸张属于光泽度很高的客体，纸张不吸收254nm的短波紫外线或吸收不强烈，对紫外线的反射存在且不是定向反射。其表面的反射光线有一定的垂直分量，油类对紫外线的吸收则是随着波长的增加而减少1。 客体上的油类指印和背景都有垂直反射方向的分量，而油类物质对紫外线的吸收使纹线在垂直反射方向的反射光分量可能小于背景表面的垂直反射分量，最终导致了深色调纹线出现在
19、浅色调背景上的结果。所以在实验中形成白底黑纹线的效果照片，反差好。在对比中发现，玉米油指印的效果好于豆油，豆油的效果好于芝麻油，加254滤光镜的效果差别不大，盲色片的效果优于全色片，紫外反射照相的效果好于紫外线荧光照相。3.2在彩色照片上的油类指印 次实验所用的彩色照片属于麻面相纸，光滑度不高，属于第二类客体，但彩色照片乳剂面强烈吸收254nm短波紫外线和长波紫外线，在短波紫外线照相中，客体将完全没有内反射存在。内反射光的强度和色调随区域变化也不存在了，背景干扰将完全消失。在这类照片中，油类指印的反差效果都不是很好，玉米油要好于豆油、芝麻油，荧光的效果很弱，形成黑纹线灰背景。3.3无色透明塑料
20、上的油脂指印这种客体是一种光滑但是光泽度不是很高，属于第二类客体，客体上的油类指印和背景都有垂直反射方向的分量，而油类物质对紫外线的吸收使纹线在垂直反射方向的反射光分量小于背景表面的垂直反射分量，最终导致了深色调纹线出现在浅色调背景上的结果。客体和油类指印对紫外线的垂直反射分量的大小决定照片反差结果的好坏，无色塑料上的油脂指印与客体对紫外线的反射垂直方向的分量相近，无色透明塑料的较油类指印大一点，所以形成了灰背景黑色纹线。3.4玻璃上的油脂指印玻璃是光泽度和光滑度都很高的表面，并且具有强烈吸收254nm短波紫外线的性质，属于第一类客体。只在玻璃表面存在4%左右的定向反射光2，在254nm短波紫
21、外线照射下，客体的表面只存在定向反射，没有漫反射或混合反射光线，也不存在内反射光线，而油脂指印呈现混合反射，所以形成暗背景白色纹线的照片效果，其中，花生油的效果最好，盲色片的效果好于全色片。3.5陶瓷上的油脂指印本实验所用陶瓷光滑度不太高，表面有很小的凸凹且光泽度很大的客体，属于第二类客体。陶瓷强烈吸收254nm短波紫外线，只存在4%10%的定向反射光2。 陶瓷表面上的油类指印和背景都有垂直反射方向的分量，而油类物质对紫外线的吸收使纹线在垂直反射方向的反射光分量小于背景表面的垂直反射分量，最终导致了深色调纹线出现在浅色调背景上的结果。并且反差较大，玉米油、豆油、芝麻油都取得了很好的照片效果 。
22、4.结 论进行了油类的紫外照相以后，在实验的基础上，得到以下的一些经验和结论。在光滑客体上的油类潜在指印在紫外反射摄影中都能获得很好的效果，尤其在陶瓷上的玉米油指印、豆油、芝麻油指印，效果更加理想。在半光滑客体上的油类指印以纸张上的优于其他的客体上的，其中玉米油指印、豆油指印更为理想。由此，可以得出几点经验： 1.玉米油、芝麻油、豆油三种油类对处紫外线反射以玉米油在254nm短波紫外线最好。2.可见光、紫外反射、紫外荧光中以紫外反射效果最佳。3.纹线效果：在王桂强的<<指印的光学显现和照相技术>>中对在玻璃、相片、陶瓷上的汗潜手印的紫外反射摄影的正片效果描述到“形成黑背景浅纹线”。但是，对其他物质没有效果照片，根据本次实验得出，对于第二类客体的检材可能形成白背景黑纹线。;12