[摘 要]： 激光光致发光检验技术是以激光作为激发光源，利用激光的亮度高和单色性好等特性诱导痕迹物证发光，并对发光的痕迹物证进行影像提取的专门技术。自从1976年以美国德克萨斯技术大学学物理学家E.R.Menze
[论文正文]：激光光致发光检验技术是以激光作为激发光源，利用激光的亮度高和单色性好等特性诱导痕迹物证发光，并对发光的痕迹物证进行影像提取的专门技术。自从1976年以美国德克萨斯技术大学学物理学家E.R.Menzel为首的科研小组成功地将这项技术应用于潜在指纹检验以来，引起了世界各国刑事技术工作者的高度重视，并且竞相开展了多方面研究。目前，应用激光检验潜在指纹包括残留物的自发荧光检验经过物理方法处理的指纹残留物荧光检验和经过化学方法处理的指纹残留物荧光检验等形式，这些方法有效地解决了常规检验方法不能解决的问题，显著地提高了疑难指纹的显现率。从影像记录形式来看同是利用胶片摄影方法，拍摄指纹的荧光照片；二是利用摄像方法，将指纹荧光影像以视频形式记录下来；三是采用弱信号检测技术，将荧光影像通过光电转换器件转换成电信号，经监视器显示出来。激光扫描共聚焦显微技术是弱信号检测技术在实践应用中的成功范例，已经广泛地应用于工业检测材料科学 医疗卫生和生物工程等领域。
一般地讲，在激光照射下，指纹残留物质和指纹载体物质会同时发出强烈的荧光，互相干扰，严重影响着指纹的影像提取，为了解决这一难题，人们提出了时间分辨发光成像技术2这项技术是参考指纹残留物质和载体物质的发光寿命的差别，通过适当地调节激光的激发频率，使两种具有不同的光学调制特征，将它们区分开来，有效地抑制载体物质发光，从而获得较为清晰的指纹图像。时间分辨发光成像既可以在时间函数域检验，也可以在频率函数域检验。时间域检验需要检测的参量包括脉冲激发光的强度和检材发出的辐射强度，根据辐射强度随时间的变化关系来确定物质的发光寿命；而频率域检验需要检测的参量则是在一定频率的脉冲激光的激发下，检材发出荧光的辐射强度和辐射荧光的相位滞后，以此推算物质的发光寿命。激光扫描杨像系统是根据时间分辨发光成像技术的时间域检验原理，以激光扫描共聚焦显微技术为核心而研制成的一种高灵敏度的潜在指纹检验装置，它能够有效地避免强烈的激光灼伤检材，并且便于微型计算机对指纹影像的后期处理。
一 检材预处理
根据发光寿命的长短，光致发光划分为荧光（发光寿命大约纳秒数量级）和磷光（发光寿命大约微秒至毫秒数量级）。一般地，载体发光以荧多，寿命比较短，如果预先选取某种物理化学方法处理潜在指纹，使其生成发光寿命较长的物质，这样，在相同的激光激发下，潜在指纹将会发出磷光，。目前使人用最为广州泛的方法是用茚三酮和稀土混合物处理。首先，使用茚三酮蒸熏检材，茚三酮能够与指纹残留物中的氨基酸发生化学反应而生成称之鲁赫曼（Ruhemann）的蓝紫色染色料，然后再用稀土混合物处理检材，稀土盐化合物将沉积在茚三酮聚合物中，稀土盐化合物中的E将会吸必近紫外光，（350纳米）。而辐射出橙红色磷（614纳米）。研究表明，辐射磷光的发光寿命为0.3－0.6毫秒。适合采用时间分辨发光成像技术进行检验。
二 激光扫描成像系统
激光扫描成像系统除了附加的机械式斩光器以外，大体上同典型的激光扫描共聚焦显微系统的结构相似，激发光是由一台功率18.5毫瓦波长325纳米的氦镉激光器提供，稀土盐化合物对波长325纳米光谱的吸收效率大约是其发生在波长350纳米光谱的吸收效率峰值的40%。激光器发出的连续光被高速转的机械式斩光器调制成具有一定频率的脉冲激光。同时，控制电路上的红外线探测器将斩光器的转动频率转换成脉冲信号，作为整个系统的同步信号。当斩光器的专动频率为300赫兹时，激发光的开关切换时间将少于25微秒。脉冲激光经过扩大束镜后直径可以达到6.5毫米。而后进入线性激光滤光镜和透射反射镜（透射光波长λ375纳米反射光波长λ375纳米）波长325纳米的脉冲激光经过透射反射镜的选择性反射后,投射到位于扫描镜头焦点前方的XY扫描偏转平面镜处.涂有MgF薄膜的XY扫描偏转平面镜具有良好的紫外线反射性能,可以反射直径10毫米的入射光束.在扫描透镜的会聚作用下,入射的激光聚焦在检材上的某一点上.激发光束的扫描透镜共同形成的相对孔径为0.02,聚焦点直径的理论数值应当小于20毫米.但是由于单个透镜存在着严重的像差,聚焦点的实际直径接近30微米,这在一定程度上限制了激光扫描成像的分辨率.在入射激光的激发下,检材聚焦点的辐射荧光又被扫描透镜重新聚焦,沿着与激发光相反的光路逆向扫描,重新回到透射反射镜处.由于辐射光的波长λ375纳米,经过透射反射镜的选择性透射后,辐射光则进入荧光检测光路,其中低通滤光镜可以滤除混在辐射光中的残留激发光,消除了噪声对有用信号的干燥,提高了系统的信噪比.最后检测透镜将辐射光会聚位于图像增强管前方的检测光学系统的孔径光阑中心,这一点刚好与激发光在检材上的焦点是共聚焦的.这样,孔径光阑只允许来自检材聚焦点上的辐射光通过,在图像增强管的能量转换作用下,辐射光转换成电信号,又经过放大,校正和滤波等一系列信号处理,检材上的潜在指纹就转换成与其对应的一帧电信号,即实现了激光扫描聚焦显微过程.
需要指出的是,扫描光学系统应当具有偏轴扫描的特性,当平行于扫描透镜光轴的激发光线扫描检材时,偏轴扫描会使得这些光线形成聚焦光锥面,偏轴扫描可以通过在扫描透镜的焦点前方放置扫描平面镜来实现.采取非偏轴扫描方式,检材位于焦平面外侧的部分,扫描成像将会发生变形.相反,采取非偏扫描方式,检材位于焦平面外侧的部分,扫描成像将会发生变形.激光扫描成像具有高于其它时间分辨发光成像的灵敏度,原因是图像增强管检测的光信号是来自检材的强烈的聚焦光线.另外,采取的是高灵敏度的单点检测方式,而其它方法多数是采用大功率激光直接照射整个检材,检验装置通常是胶片照相机或CCD摄像机,尽管这些方法的检验速度快,但是缺少足够的灵敏度.
三 信号处理
激光扫描成像系统的系统控制和数据处理是由微型计算机及其外部控制电路完成的.控制电路是由频率20MHZ的数字信号处理器TMS320C 12位模数转换器ADC300 16位数据输出锁存器74LS373，施密特型反相器74KS14以及RS232串行通讯接口等组成.其中数字信号处理器用于高速处理模数转换器传送的数字信号,从而形成具有某种图像格式的数据文件,并完成与微型计算机通讯任务.数据输出锁存器接受微型计算机的指令,驱动XY扫描偏转平面镜.模数转换器则是将由图像增强管检测出来的,经过前置放大器放大处理的电信号,转换成便于计算机运算处理的数字信号.施密特型反相器可以对来自红外线探测器的斩光器的开关切换信号进行滤波,消除环境噪声的干扰,以保证系统同步信号的稳定性.控制电路中的RS232串行通讯接口是控制电路和微型计算机之间的信息联系的纽带。
保证系统同步信号的准确性是实现激光扫描共聚焦显微技术的关键,同步信号是由机械式斩光器的转动频率决定的,而斩光器的转动频率又是根据检材辐射荧光的发光寿命确定的.微型计算机接收同步信号之后,按照检材成像区域和与指纹像素分辨相对应的固定栅格,发出指令来控制XY扫描偏转平面镜的动作,使得荧光激发和检测过程协调起来.只有这样在斩光器开关切换的时间间隔里,图像增强管才能正确地检测到每个栅格上的荧光辐射强度.
四 实验结果及分析
使用激光扫描共聚焦显微打击术和普通的时间分辨成像技术分别提取可口可乐金属罐上的潜在指纹,金属罐检材事先用茚三酮和稀土混淆合物处理.激光开关切换期间检材的荧光测试结果,由于采用的是12位模数转换器,需要将两组数据合并在一起绘制图形.在开关切换之前,检材的荧光强度基本上是常值,这既是因为载体辐射荧光的强度是常值,又是因为指纹的磷光强度与其平均值相近似,磷光强度通常是激发光强度和稀土混合物浓度的函数.调制脉冲激光的斩光动作需要25微秒,斩光器的开关切换开始后的100微秒内,荧光强度呈指数衰减特性分布,这一现象表明,在此其间,载体荧光可以忽略不计而信号主要来自荧光的延迟,通过线性回归运算,可以推算出荧光的发光寿命为0.6毫秒.采用普通的时间分方向成像模式检验时,激发光同时照射整个检材,图像效果受到化学染色剂的影响较大,检材中包红色字母的区域辐射出的荧光特别强烈,此处的指纹纹线模糊不清.而白色区域的荧光较为暗淡,在这些区域内如果采用的检测装置得当的话,有可能获得清晰的指纹纹线.但是图像的反差微弱,通常需要后期处理.当采用激光扫描成像模式进行检验时,检材的扫描栅格为10001000个像素,覆盖20平方毫米区域,其中每个像素占据20微米.由于扫描聚焦点的直径略大于20微米,这种分辨率的设定可能造成轻微的过度采样.另外,由于扫描速率受到斩光器转动的制约(300赫兹),一百万个像素全部描大约需要1个小时间.实验结果是检材中红色区域和白色区域的指纹图像都是清晰的可鉴,在检材预处理过程中,有时,稀土混合物分布不均匀,将会产生与普通的时间分辨成像模式检验类似的结果.另外,在两种模式检验中,红色区域的荧光总是强于白色区域的,这表明更多的茚三酮聚合在红色区域,并且沉积了更多析稀土盐化合物.
需要指出的是,激光扫描成像系统提取的图像分辨率能够满足指纹纹线检验,但是对于指纹乳突出检验尚且不足.因此,为了获得更高分辨率的图像,需要采取以下措施来改进光学系统的设计1单个扫描透镜存在着较大的像差,增大了聚焦点的直径,可以采用适于大面积激光扫描的透镜组来替代扫描透镜;2 为了达到10微米的像素分辨率,有必要采用相对孔径为0.04的孔径光阑;3每组透镜都应当进行光谱校对以便与激光波长(325纳米)和辐射光波长(614纳米)相匹配;4选择新的激光光源,使得激发光的波长接近稀土混合物的光谱吸收效率峰什的波长(350纳米).另外,通过改进系统部件和采样时间,可以缩短提取指纹图像的时间.目前检材的磷光激发时间为1500微秒,采用大功率的激光极可能将激发时间缩短到100微秒以下;增大扫描透镜组的相对孔径可以提高光线的通进率,降低对激发光照度的要求,从而减小了脉冲激光的宽度.这样,斩光周期将会明显地降低,可能达到250微秒,此时一幅512512个像素的图像可以在少于90秒的时间内获得.尽管激光扫描成像系统存在着诸多不足,但是,随着激光扫描共聚焦显微技术研究的不断深入,该系统必然会引起人们的高度重视,在潜在指纹检验中发挥更大的作用。
