一种大幅面检材上汗潜指印检测的装置及方法与流程

本发明涉及汗潜指印检测技术领域，特别涉及一种大幅面检材上汗潜指印检测的装置及方法。

背景技术：

自19世纪中叶“指纹终身不变”理论提出以来，指印检测作为一种传统而基础的人身识别方式开始在刑事案件侦查中发挥重要作用，由于犯罪分子的反侦查意识逐渐增强，在作案现场遗留的指印绝大部分为汗潜指印，这类指印肉眼无法直接观察到，需要采用指印显现方法来将其显现或增强成清晰的可见指印。

传统的指印显现方法主要包括物理显现法和化学显现法，这类方法简单易操作，如利用粉末或烟熏技术的物理显现方法，使用茆三酮的化学显现法，但是这类方法的检测率低且预处理可能会破坏检材甚至会破坏汗潜指印，对于某些重要物证检材，若汗潜指印原件不慎被破坏，将会造成无法挽回的损失。

为了实现汗潜指印的无损检测，1976年激光诱导荧光法开始被引入到汗潜指印检测技术领域。美国光谱物理公司最早使用蓝绿波段激光光源诱导荧光对汗潜指印进行无损检测，但检测效果不佳。研究发现汗潜指印形成物质中99％是水，水分蒸发后遗留的沉淀物中部分是无机物，另有部分为少量复杂的有机成分，在这些遗留的少量有机物中氨基酸是主要成分，氨基酸的光谱研究表明，氨基酸在深紫外区有一个主吸收峰，相应的发光主峰值在长波紫外区，由于汗潜指印残留物的最佳吸收峰位于深紫外区，故采用蓝绿波段激光检测汗潜指印的效果不佳。

由于汗潜指印中的氨基酸具有紫外吸收能力，最大吸收波长在266nm处，受激发本征荧光波长在365nm处。近年来，国内外研究机构开始使用紫外或深紫外波段激光器作为光源进行汗潜指印的检测，在先技术“一种显现、提取现场潜在指印的方法及其装置”(中国发明专利，专利号：201110057239.9)中公开了一种显现、提取现场汗潜指印的方法及其装置，该装置和方法中紫外光以面光斑形式照射检材，采用紫外光反射成像法实现汗潜指印的检测，在先技术“指印光学显现系统的激光均匀照明装置”(中国发明专利，专利号：201320504615.9)中公开了一种指印光学显现系统的激光均匀照明装置，该装置中紫外光同样以面光斑形式照射检材，采用紫外光诱导荧光成像法实现汗潜指印的检测。

上述现有的方法主要存在如下不足：

1)物理显现法和化学显现法检测效果差且可能有损指印原件。

2)紫外光反射成像法对陈旧汗潜指印检测效果不佳。

3)采用紫外光诱导荧光成像法检测汗潜指印时，由于检材上获得的紫外激光功率密度低，检材上汗潜指印的荧光无法有效地被激发出，因此也存在指印检出率低，无法对大幅面检材实现快速、高灵敏度检测等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服在先技术的不足，提供了一种大幅面检材上汗潜指印检测的装置及方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种大幅面检材上汗潜指印检测的装置，包括深紫外激光光源模块、分色镜、激光扫描光学转换模块、二维电动样品台、荧光探测模块和控制系统。

所述的深紫外激光光源模块包括深紫外激光器、反射镜组和扩束镜。所述的深紫外激光器用于发射266nm的深紫外激光以激发检材上荧光。所述的反射镜组用于反射266nm的深紫外激光以实现光路的转折，由多个反射镜组成，其数量可根据具体的空间摆放方式来确定。所述的扩束镜用于将266nm的深紫外激光束扩束。所述的深紫外激光器出射光束经所述的反射镜组反射后入射至所述的扩束镜中，经该扩束镜透过的深紫外光束入射至所述的分色镜上，经该分色镜反射后入射至所述的激光扫描光学转换模块。

所述的激光扫描光学转换模块包括由两个正交方向运动的第一扫描振镜和第二扫描振镜构成的二维扫描振镜和平场扫描透镜，所述的平场扫描透镜的光轴通过所述的二维扫描振镜中第二个扫描振镜的中心。所述的二维扫描振镜用于实现经所述的分色镜反射的深紫外激光束在x轴方向和y轴方向上的偏转。所述的平场扫描透镜将经所述的二维扫描振镜偏转后的深紫外激光聚焦在所述的检材上，并收集检材上的汗潜指印被激发出的荧光，被所述的平场扫描透镜收集的荧光入射至所述的二维扫描振镜上，经所述的二维扫描振镜反射后，入射至所述的分色镜上，荧光透过所述的分色镜后入射至所述的荧光探测模块。所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围取决于所述的二维扫描振镜的摆扫范围和所述的平场扫描透镜的摆扫范围的最小值。

所述的二维电动样品台包括二维电动台和检材托架。所述的二维电动台是一个能进行二维正交方向运动的电动平台。所述的检材托架被固定在所述的二维电动台上，用于承载检材。所述的检材托架位于所述的平场扫描透镜的后焦面处。所述的二维扫描振镜只能在较小范围的实现光束的摆扫，所述的二维电动样品台带动其上的检材运动，将待检测的不同区域的检材置于所述的二维扫描振镜的摆扫范围内，以此实现对大幅面检材的检测。

所述的荧光探测模块包括共光轴的带通滤光片、聚焦透镜、小孔光阑和光电探测器。入射至所述的荧光探测模块的荧光首先经所述的带通滤光片滤去干扰光后，被所述的聚焦透镜聚焦在所述的小孔光阑处，通过所述的小孔光阑后的所述的光电探测器接收并转变为电信号。

所述的控制系统包括控制硬件和控制软件，所述的控制硬件包括工控机和多功能板卡，所述的控制软件通过所述的控制硬件驱动所述的二维扫描振镜和二维电动样品台，采集所述的光电探测器输出的电信号，并进行数据处理，以复原检材上的汗潜指印图形。所述的控制系统分别与所述的二维扫描振镜、二维电动样品台和光电探测器相连。

另一方面，本发明提供了大幅面检材上汗潜指印检测的方法，包括如下步骤：

s1，根据大幅面检材的尺寸和所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围，将大幅面检材分为n个待检区域，并将遗留有汗潜指印的大幅面检材放入所述的二维电动样品台上。

s2，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜处于零角度状态。所述的控制系统驱动所述的二维电动样品台移动直至大幅面检材上的第一待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜的光轴，即此时大幅面检材上的第一待检区域处于所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围内。

s3，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜偏摆至大角度，以使得所述的深紫外激光器发射266nm的深紫外激光照射到大幅面检材第一待检区域的起始位置。

所述的深紫外激光器发射266nm的深紫外激光，266nm的深紫外激光经所述的反射镜组反射后入射到所述的扩束镜，经所述的扩束镜扩束后的266nm的深紫外激光照射到所述的分色镜，所述的分色镜反射经扩束后的266nm的深紫外激光至所述的二维扫描振镜，进而266nm的深紫外激光经所述的二维扫描振镜反射后进入所述的平场扫描透镜，并经所述的平场扫描透镜聚焦在大幅面检材第一待检区域的起始位置。

s4，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第一扫描振镜连续小角度步进运动，以使得大幅面检材第一待检区域上激光光斑以一维方向运动，即实现大幅面检材第一待检区域的第一行的扫描检测。待完成第一行的扫描检测后，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第二扫描振镜偏转一小角度，激光光斑移动至大幅面检材第一待检区域的第二行，此时，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第一扫描振镜反方向连续小角度步进运动，即反方向实现大幅面检材第一待检区域的第二行的扫描检测。重复上述过程，直到完成大幅面检材第一待检区域的扫描检测。

当激光光斑在大幅面检材第一待检区域上移动过程中，检材上的汗潜指印被266nm的深紫外激光激发出本征荧光。被激发出的本征荧光经所述的平场扫描透镜收集后，经所述的二维扫描振镜反射后入射至所述的分色镜。本征荧光将透过所述的分色镜入射至所述的荧光探测模块，经所述的带通滤光片滤除干扰光后并聚焦在所述的小孔光阑处，并穿过所述的小孔光阑照射至所述的光电探测器上。所述的控制系统将采集所述的光电探测器输出的电信号，并进行滤波等处理，以复原指印图形。激光光斑完成在大幅面检材第一待检区域上的每一步步进后，所述的控制系统将采集所述的光电探测器输出的电信号，以此实现所采集的荧光信号与检材上的位置相对应。

s5，所述的二维电动样品台带动大幅面检材运动，直至大幅面检材上的第二待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜的光轴，即此时大幅面检材上的第二待检区域处于所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围内。

按照步骤s2至s4的方法开展大幅面检材上其它待检区域的扫描检测，即可实现大幅面检材的扫描检测。

s6，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜转动到初始位置，驱动所述的二维电动样品台移动到初始位置后关闭所述的深紫外激光器，并取出大幅面检材。

与在先技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)检出率更高。通过所述的激光扫描光学转换模块将所述的深紫外激光器发射的266nm深紫外激光在大幅面检材上聚焦成点光斑，保证照射在所述的二维电动样品台上的大幅面检材上的266nm的深紫外激光具有足够高的光功率密度，从而更好地激发出365nm的汗潜指印受激发本征荧光，经所述的荧光探测模块采集后，得到高信噪比的荧光图像，提高汗潜指印检测的检测率。

2)可检测陈旧汗潜指印。汗潜指印中的残留物随着遗留时间增长会渗透到检材中，通过装置中所述的激光扫描光学转换模块将所述的深紫外激光器发射的266nm深紫外激光在大幅面检材上聚焦成点光斑，其光功率密度足以激发出陈旧汗潜指印的荧光，从而实现陈旧汗潜指印的显现。

3)检材幅面更大。采用所述的二维扫描振镜，可实现点光斑的快速移动，同时采用所述的二维电动样品台实现机械扫描，从而可在短时间内实现大幅面检材上汗潜指印的快速检测。

4)可根据需要改变检测分辨率。在检测过程中，可改变所述的扩束镜的扩束倍数，以此改变照射到大幅面检材上的光斑尺寸，同时，改变所述的二维扫描振镜的步进角度，便可改变对大幅面检材的检测分辨率。

附图说明

图1为本发明的大幅面检材上汗潜指印检测装置的整体构造示意图；

图2为本发明的大幅面检材上汗潜指印检测方法的流程图。

图3为大幅面检材示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明的大幅面检材上汗潜指印检测装置的整体构造示意图。由图可见，大幅面检材上汗潜指印检测装置的特征在于：包括深紫外激光光源模块1、分色镜2、激光扫描光学转换模块3、二维电动样品台4、荧光探测模块5和控制系统6。

所述的深紫外激光光源模块1包括深紫外激光器101、反射镜组和扩束镜105。所述的深紫外激光器101用于发射266nm的深紫外激光以激发检材上荧光。所述的反射镜组用于反射266nm的深紫外激光以实现光路的转折，由多个反射镜组成，其数量可根据具体的空间摆放方式来确定。所述的扩束镜105用于将266nm的深紫外激光束扩束。所述的深紫外激光器101出射光束经所述的反射镜组反射后入射至所述的扩束镜105中，经该扩束镜105透过的深紫外光束入射至所述的分色镜2上，经该分色镜2反射后入射至所述的激光扫描光学转换模块3。

所述的激光扫描光学转换模块3包括由两个正交方向运动的第一扫描振镜3011和第二扫描振镜3012构成的二维扫描振镜301和平场扫描透镜302，所述的平场扫描透镜302的光轴通过所述的二维扫描振镜301中第二个扫描振镜3012的中心。所述的二维扫描振镜301用于实现经所述的分色镜2反射的深紫外激光束在x轴方向和y轴方向上的偏转。所述的平场扫描透镜302将经所述的二维扫描振镜301偏转后的深紫外激光聚焦在所述的检材上，并收集检材上的汗潜指印被激发出的荧光，被所述的平场扫描透镜302收集的荧光入射至所述的二维扫描振镜301上，经所述的二维扫描振镜301反射后，入射至所述的分色镜2上，荧光透过所述的分色镜2后入射至所述的荧光探测模块5。所述的激光扫描光学转换模块3的摆扫范围取决于所述的二维扫描振镜301的摆扫范围和所述的平场扫描透镜302的摆扫范围的最小值。

所述的二维电动样品台4包括二维电动台401和检材托架402。所述的二维电动台401是一个能进行二维正交方向运动的电动平台。所述的检材托架402被固定在所述的二维电动台401上，用于承载检材。所述的检材托架402位于所述的平场扫描透镜302的后焦面处。所述的二维扫描振镜301只能在较小范围的实现光束的摆扫，所述的二维电动样品台4带动其上的检材运动，将待检测的不同区域的检材置于所述的二维扫描振镜301的摆扫范围内，以此实现对大幅面检材的检测。

所述的荧光探测模块5包括共光轴的带通滤光片501、聚焦透镜502、小孔光阑503和光电探测器504。入射至所述的荧光探测模块5的荧光首先经所述的带通滤光片501滤去干扰光后，被所述的聚焦透镜502聚焦在所述的小孔光阑503处，通过所述的小孔光阑503后的所述的光电探测器504接收并转变为电信号。

所述的控制系统6包括控制硬件和控制软件603，所述的控制硬件包括工控机601和多功能板卡602，所述的控制软件603通过所述的控制硬件驱动所述的二维扫描振镜301和二维电动样品台4，采集所述的光电探测器504输出的电信号，并进行数据处理，以复原检材上的汗潜指印图形。所述的控制系统6分别与所述的二维扫描振镜301、二维电动样品台4和光电探测器504相连。

请参阅图2，图2为本发明的大幅面检材上汗潜指印检测方法的流程图。由图可见，大幅面检材上汗潜指印检测方法包含以下步骤：

s1，根据大幅面检材的尺寸和所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围，将大幅面检材分为n个待检区域，并将遗留有汗潜指印的大幅面检材放入所述的二维电动样品台上。

s2，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜处于零角度状态。所述的控制系统驱动所述的二维电动样品台移动直至大幅面检材上的第一待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜的光轴，即此时大幅面检材上的第一待检区域处于所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围内。

s3，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜偏摆至大角度，以使得所述的深紫外激光器发射266nm的深紫外激光照射到大幅面检材第一待检区域的起始位置。

所述的深紫外激光器发射266nm的深紫外激光，266nm的深紫外激光经所述的反射镜组反射后入射到所述的扩束镜，经所述的扩束镜扩束后的266nm的深紫外激光照射到所述的分色镜，所述的分色镜反射经扩束后的266nm的深紫外激光至所述的二维扫描振镜，进而266nm的深紫外激光经所述的二维扫描振镜反射后进入所述的平场扫描透镜，并经所述的平场扫描透镜聚焦在大幅面检材第一待检区域的起始位置。

s4，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第一扫描振镜连续小角度步进运动，以使得大幅面检材第一待检区域上激光光斑以一维方向运动，即实现大幅面检材第一待检区域的第一行的扫描检测。待完成第一行的扫描检测后，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第二扫描振镜偏转一小角度，激光光斑移动至大幅面检材第一待检区域的第二行，此时，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜中的第一扫描振镜反方向连续小角度步进运动，即反方向实现大幅面检材第一待检区域的第二行的扫描检测。重复上述过程，直到完成大幅面检材第一待检区域的扫描检测。

当激光光斑在大幅面检材第一待检区域上移动过程中，检材上的汗潜指印被266nm的深紫外激光激发出本征荧光。被激发出的本征荧光经所述的平场扫描透镜收集后，经所述的二维扫描振镜反射后入射至所述的分色镜。本征荧光将透过所述的分色镜入射至所述的荧光探测模块，经所述的带通滤光片滤除干扰光后并聚焦在所述的小孔光阑处，并穿过所述的小孔光阑照射至所述的光电探测器上。所述的控制系统将采集所述的光电探测器输出的电信号，并进行滤波等处理，以复原指印图形。激光光斑完成在大幅面检材第一待检区域上的每一步步进后，所述的控制系统将采集所述的光电探测器输出的电信号，以此实现所采集的荧光信号与检材上的位置相对应。

s5，所述的二维电动样品台带动大幅面检材运动，直至大幅面检材上的第二待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜的光轴，即此时大幅面检材上的第二待检区域处于所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围内。

按照步骤s2至s4的方法开展大幅面检材上其它待检区域的扫描检测，即可实现大幅面检材的扫描检测。

s6，所述的控制系统控制所述的二维扫描振镜转动到初始位置，驱动所述的二维电动样品台移动到初始位置后关闭所述的深紫外激光器，并取出大幅面检材。

请参阅图3，图3为大幅面检材示意图。根据大幅面检材的尺寸和所述的激光扫描光学转换模块的摆扫范围，将大幅面检材分为n个待检区域，依次检测第一待检区域、第二待检区域、……、第n待检区域，实现大幅面检材的扫描检测。

实施例

本发明的大幅面汗潜指印检测装置如图1所示，本实施例中所述的深紫外激光器的主波长为266nm，输出能量为66μj@6khz，平均光功率为400mw@6khz，脉冲宽度为20ns，峰值光功率为3.3×103w@6khz，能量密度为0.013j/cm2@6khz。根据具体的空间摆放方式，本实施例中反射镜的数量为3个，分别为第一反射镜102、第二反射镜103和第三反射镜104。在刑事案件中大幅面重要物证材料主要是纸张，在本实施例中选用a4纸张作为大幅面检材，a4纸张的尺寸大小为210mm×297mm，所述的二维电动台401用于承载a4纸张以步进方式进行二维平动，因此所述的二维电动台401步进行程应该不小于a4纸张幅面的大小，本实例中所述的二维电动台401的步进行程为200mm×200mm，重复定位精度为±1μm，最大运动速度可达10mm/s。本实施例中将a4纸张分为4个待检区域，则一个待检区域尺寸大小为105mm×148.5mm，所述的平场扫描透镜302的扫描范围应该达到一个待检区域尺寸大小，且所述的平场扫描透镜302对266nm深紫外激光和365nm指印荧光具有较高的透过率。本实施例中所述的平场扫描透镜302的扫描角度为±25°，扫描范围为180mm×180mm，有效焦距为235mm，且在266nm处和365nm处的透过率均大于90％。

所述的激光扫描光学转换模块3中所述的二维扫描振镜301的偏摆角度与待检区域尺寸大小存在如下关系：

f×2θ＝d(1)

其中f为所述的平场扫描透镜302的有效焦距，θ为所述的二维扫描振镜301的偏摆角度，所述的二维扫描振镜301处于零角度状态时，大幅面检材上的第一待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜302的光轴，故d为待检区域的长(宽)尺寸的一半。

由公式(1)计算所述的二维扫描振镜301的偏摆角度：

所述的第一扫描振镜3011的偏摆角度为：

所述的第二扫描振镜3012的偏摆角度为：

根据θ1和θ2的计算值，本实施例中所述的二维扫描振镜301的最大的机械转角为±20°，小角度阶跃时间为400μs，且对266nm深紫外激光和365nm指印荧光的透过率高达95％。

激光的光斑束腰1/e²处的光斑大小可表示为：

其中，光斑尺寸df为光束直径的1/e²，λ为激光波长，f为所述的平场扫描透镜302的有效焦距，d1为入射光束直径。c为常数，与光瞳照明和输入截断的程度有关，对于高斯光束，当入射光束在1/e²直径位置截断时c＝1.83。

本实施例中设定三种检测分辨率：25dpi、125dpi、500dpi，分别对应光斑尺寸为:1000μm、200μm、50μm。

(1)若在检材上需要形成1000μm的光斑，则

此时所述的平场扫描透镜302入射光束直径为：

(2)若在检材上需要形成200μm的光斑，则

此时所述的平场扫描透镜302入射光束直径为：

(3)若在检材上需要形成50μm的光斑，则

此时所述的平场扫描透镜302入射光束直径为：

根据本实施例大幅面汗潜指印检测装置空间摆放位置，所述的深紫外激光器101的出光口距离所述的扩束镜105约为1m左右，此时266nm的深紫外激光光斑直径为1.5mm，经所述的扩束镜扩束成三种检测分辨率所需的光斑尺寸，本实施例中所述的扩束镜105的扩束倍数为1x—8x连续可变。

汗潜指印的荧光的波长在365nm处，因此所述的带通滤光片501对波长365nm的汗潜指印荧光应具有高透过率，所述的光电探测器504对波长365nm的汗潜指印荧光应具有较高的收集效率，本实施例中所述的带通滤光片501的中心波长为365nm，所述的光电探测器504的探测峰值波长为380nm。

所述的多功能板卡602用于驱动所述的二维扫描振镜301、二维电动样品台4，采集所述的光电探测器504输出的电信号，需要多路模拟信号输入输出通道、数字信号输入输出通道，并与所述的工控机601通过usb端口相连接，本实施例中所述的多功能板卡602提供32路模拟输入通道，4路模拟输出通道，48路数字i/o线和4路32位的计数器，且采用usb端口与计算机连接。本实施例中所述的控制软件603采用labview软件。

当要检测留有汗潜指印的a4纸张时，检测人员需将待检测的a4纸张放置在所述的二维电动样品台4上，并开启所述的深紫外激光器101，待a4纸张放置平整后检测人员选择检测分辨率并手动改变所述的扩束镜105的扩束倍数后点击所述的控制软件603的开始检测按钮，汗潜指印的检测将按照下述操作自动进行：首先所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301处于零角度状态和驱动所述的二维电动样品台4移动直至a4纸张的第一待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜302的光轴。然后所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301偏摆至大角度，以使得所述的深紫外激光器101发射266nm的深紫外激光照射到a4纸张第一待检区域的起始位置。接着所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301中的第一扫描振镜3011连续小角度步进运动，以使得a4纸张第一待检区域上激光光斑以一维方向运动，即实现a4纸张第一待检区域的第一行的扫描检测。待完成第一行的扫描检测后，所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301中的第二扫描振镜3012偏转一小角度，激光光斑移动至a4纸张第一待检区域的第二行，此时，所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301中的第一扫描振镜3011反方向连续小角度步进运动，即反方向实现a4纸张第一待检区域的第二行的扫描检测。重复上述过程，直到完成a4纸张第一待检区域的扫描检测。完成a4纸张第一待检区域的扫描检测后，所述的二维电动样品台4带动a4纸张运动，直至a4纸张上的第二待检区域的中心通过所述的平场扫描透镜302的光轴，即此时a4纸张的第二待检区域处于所述的激光扫描光学转换模块3的摆扫范围内。重复第一待检区域的扫描步骤，待a4纸张4个待检区域全部扫描检测完毕后，所述的控制系统6控制所述的二维扫描振镜301转动到初始位置，驱动所述的二维电动样品台4移动到初始位置，此时在所述的工控机601的屏幕上将会显现复原的a4纸张上遗留的汗潜指印的指印图形。检测完毕后检测人员需关闭所述的深紫外激光器101，并取出a4纸张。