摘  要：装备应用LD和LED光源，通过物联网讯技术实现图像快速捕获、检验、传输与控制。单机可完成荧光检验、红外检验、分色检验等常用检验功能，对生物物证、手印、工具痕迹及其它痕迹进行快速采集取证，适用于人员难以操作取证的现场复杂环境。

关键词：激光二极管、发光二极管、组合、物证检验

引  言

侦查人员为了发现提取案件现场物证，需要携带各类勘查装备对刑事案件现场进行勘查。在工作实践中曾遇到以下影响勘查安全或勘查效率的问题：

（一）安全风险

现场勘查基本要求是确保勘查安全，有些现场位于高楼高处，如高楼窗外攀爬、踏蹭痕迹等，勘查这类现场存在安全风险，需要做好勘查人员保护措施。

（二）取证困难

狭小空间环境的痕迹难以贴近观察，常规勘查器材操作取证困难。

（三）缺乏实施快速勘查的多功能装备

现有勘查技术装备偏重专业指标，单项功能强大，但单台装备仅能解决局部问题，还需携带多种设备，增加了勘查人员的劳动强度，不利于提高勘查效率。基层办案单位承担了大量刑事案件现场勘查任务，需要简便、高效、功能集成的勘查器材。

当前固体发光器件如激光二极管（简称LD）和发光二极管（简称LED）已经实现大功率微型化，为物证检验应用提供了基础条件。本文详述基于新型固态发光器件LD和LED的多光谱集成一体化勘查装备，获得公安部应用创新计划项目资助，并取得2项实用新型专利（专利号：Z2016202439323、ZL2017207309195）。

一、结构设计及模组功能

（一）电路单元

基于半导体固态发光器件应用的电路结构与布局，半导体固态发光器件包括激光二极管（LD）和发光二极管（LED），该单元模块包括LD恒流驱动电路、LED恒流驱动电路。图1为电路单元方块图。

1.LD原理及应用

LD发光方式是受激辐射发光，当LD注入电流超过阈值就进入受激辐射发出激光。LD具有体积小、效率高、光色纯、方向性强等优点，但对温度敏感。其光谱窄且不连续，图2是日亚公司的一款大功率蓝色LD光谱曲线图，显示光谱带宽小于3nm，λ d为中心波长，单片功率输出高于4W，能量密度高，光致荧光效应明显。但大功率LD技术要求高，附属冷却散热结构较复杂。

2.LED原理及应用

LED发光机理是电场中芯片电子因能级跃迁以光能的形式释放能量，芯片材料和涂层决定LED的发光颜色。图3为美国Luminus公司生产的一款WRGB彩色灯板，功率达40瓦，内部封装四颗芯片，分别发出白色、红色、绿色、蓝色光，光谱曲线见图4。LED成本低，型号规格和光谱波段丰富，可根据功率、波段等指标进行选型。

彩色LED光谱宽存在背景光干扰，需要增设窄带滤光片压缩光谱。图5为Osram公司一款绿光LED的光谱曲线和窄带滤光镜的带通曲线图表，λ p为输出的窄带绿光，λ a和λ b为滤光镜截止的光谱。

紫外LED光谱集中在长波紫外区，可见光干扰小，荧光效应明显，单颗功率3W，采用4片紫外LED串联即可达到充足功率;850nm红外LED可见光辐射极少，单片功率3W，采用3片串联即可满足需求。绿色、红色、黄色波段为窄带光，需在相应的反光杯前粘附绿、红、黄色窄带滤光片。

3. LD和LED选型

结合大功率LD和LED的性能特点，设计了多光谱集成一体化勘查设备，实现紫外检验、荧光检验、分色检验、红外检验、暗视场检验。光源设置七个波段，分别是蓝色LD（455nm）、紫外LD（365nm）、绿色LED（520nm）、黄色LED（585nm）、红色LED（640nm）、红外LED（850nm）、白光暗视场照明。蓝色LD功率4.5瓦，电流3.5A。蓝色LD光谱窄，不需添加滤光镜片，LD发光为点状光束，需增加扩束透镜，均匀化激光光斑。其它波段根据波长选择相应型号LED。

4. 电路结构及布局

LD和LED恒流供电单元通过波段开关切换光谱波段。LED灯芯电路板采用高导热率铜基覆铜板制作，电路板双面布线，大功率贴片LED焊接在金属电路板上以分散产生的高热量。电路板表面焊接紫外、红外、绿色、黄色、红色LED，结构布局见图6。

电路板下面是暗视场结构，由70颗白色侧发光LED焊接在电路板下表面组成环状发光条，发光功率约3瓦，在电路板底面3mm的狭缝空间以掠入射照亮痕迹，形成暗视场效果，暗视场结构见图7。

（二）散热组件原理及结构

器材采用紧凑型设计，散热空间小，光源发热元件密集，容易造成热量聚集超温。为此设计高效散热结构，采用真空热管进行热量传导。

1.散热原理

真空热管是一种具有快速均温特性的中空封闭管体，由液态工质、管芯和铜质管壳组成。管壳内壁用铜粉高温烧结形成毛细管芯，注入液态工质抽真空，利用管内液态工质的汽化—液化相变循环实现快速传导热量，真空热管导热效率比金属铜高数百倍，其工作原理见图8。

2.散热结构

“外壳—反光罩—电路板”组成封闭的空腔，在空腔内布置真空热管和散热翅片，将金属电路板上聚集的热量快速传导至翅片上。内置风扇和外壳通气孔在“风扇→散热翅片→散热气孔”之间形成强制对流的散热通道，解决狭小空间散热难题，散热结构见图9。

3.LD冷却与散热

LD是对温度高度敏感的器件，采用半导体制冷片（简称TEC）对LD进行强制冷却，确保其长时间可靠运行。TEC利用半导体的帕尔效应，通电时两个面之间进行热量转换，一面发热另一面制冷，冷面对LD进行冷却降温，依据LD耗散功率选择制冷量约15瓦的TEC。

（三）图像采集模组融合及功能集成设计

整机集成数码图像采集单元，实现光源及图像采集模组一体化结构融合。图像采集模组既可与光源组合，也可以分离使用。

1.图像采集模组控制

图像采集模组结合物联网通讯技术应用，内置蓝牙与Wi-Fi模块，实现图像无线传输与控制。在智能手机上安装控制APP，图像采集模组通过蓝牙、Wi-Fi与智能手机建立链接，通过APP界面控制采集模组拍照，器材整体照片见图10。在勘查高楼高处等危险环境现场时，勘查人员选择安全位置将器材放于痕迹上方近距离遥控取证，可以避开潜在的安全风险，无线操控距离达4米。

2.结构与融合

图像采集模组通过卡扣与光源进行快速连接形成一体化结构，光源主体外壳采用碳纤维成型，整机结构剖面见图11。光源内部反光罩为扁环状，内反射面涂高反光材料，可反射97%的光线，反射面为漫反射型，可匀化反光罩内光线。反光罩其它部位喷涂黑色消光材料，减少进入镜头的杂光。反光罩的结构形状让LED向上照射反光面时能避开直射镜头，反光罩内LED光束被匀光反射至底部的痕迹部位。

二、实验及案例应用

多光谱集成一体化勘查器材综合勘查检验常用方法，经实验验证，具备广泛的适用性。

（一）生物物证发现

常见生物物证包括血迹、汗液、唾液、精斑及其它分泌物等，如精斑和分泌物主要成分是粘蛋白氨基酸，部分有机物在蓝色激光照射下发出荧光达到显现目的。一起强奸案在浅色纺织物表面发现可疑精斑见图12。左侧照片浅白色被单痕迹不明显，右侧为新器材455nm蓝色波段检验照片。

实验模拟在釉面瓷砖上涂抹血清，图13照片左为普通照明效果，右侧为新装备蓝色波段455nm显现效果。

一起入室抢劫案嫌疑人持刀抢劫将受害人手部划伤，经侦查从嫌疑人住处发现一件附着大量灰尘的黑色棉袄，图14红外检验对比目视观察痕迹不明显，使用新器材的850nm红外波段搜索，发现点状疑似血痕并检出DNA。图14为痕迹对比照片，左侧为普通照明照片，右侧为新器材的红外检验照片，微小血痕显示深色，反差明显。

（二）手印显现增强

检测手印可用的波段包括采用蓝色激光进行荧光显现、荧光粉手印显现及暗视场检验等，也可对手印进行增强。手印遗留物含有多种有机物，包括氨基酸、类脂化合物、维生素和无机物，有些化合物在高强度蓝色激光照射下发出荧光，如维生素B2就能发出565m的荧光，激光照射时通过窄带滤色镜观察到手印的固有荧光，图15左为乳胶漆墙面上汗液手印，右侧为455nm蓝色激光显现照片。

图16为灰尘立体手印对比照片，左侧半枚是低角度照明照片，右侧半枚为新器材掠入射照明照片，细节更加丰富清晰。

图17为微弱手印增强对比照片，雷管的包装蜡纸采用502熏显法显现手印，照片左为侧光照明拍摄，手印轮廓基本可见，但细节不清晰，右侧照片为采用新器材455nm蓝色激光拍摄，手印反差大且细节特征清晰完整。新器材的紫外、蓝光对荧光粉刷显手印都有明显效果，纸张上汗液手印经DFO或茚二酮处理后检验同样效果良好。

（三）文件检验

850nm红外光对部分物质具有穿透能力，利用红外光对掩盖涂改文件检验，可以发现文件变动痕迹或潜隐痕迹。实验用黑墨水涂抹激光打印纸上的文字，掩盖部位文字难辨，见图18左侧，右侧照片为新器材显现，字迹表面的黑色墨水变淡甚至消失，掩盖字迹清晰可辨。

（四）其它痕迹检验

多光谱集成一体化勘查器材可对多种痕迹进行检验，并不局限于手印、生物痕迹，如暗视场对微弱立体痕迹、微小纤维、毛发及其它微小物证都具有良好的发现效果。 图19为黑色毛发检验的对比照片，左图为侧光照明效果，右图为暗视场效果。图20为365nm紫外光对黑色布面上微小纤维的实验对比效果。

三、结语

多光谱集成一体化勘查器材功能包含勘查检验常用方法，基本满足刑事案件现场勘查业务需求。下一步将在应用基础上进一步修改完善，如缩微体积、减轻重量，做到更方便携带且易于操作。同时，融入VR视频新技术，运用VR眼镜实现VR视频操作与控制。

参考文献

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[2]陈亮,王健超,潘涌等.车用激光照明研究进展及关键技术分析[J].应用激光,2018(12).

[3]王薇,樊洪明.基于平板微热管阵列的大功率LED散热技术[J].照明工程学报,2018(8).