光学相干层析技术在胶带物证检验中的应用①

刑事案件现场经常提取到胶带物证，例如绑架案中，犯罪嫌疑人使用胶带捆绑被害人手足、封住嘴巴；爆炸案中犯罪嫌疑人利用电工胶带捆绑炸药等。对案件现场中的胶带物证进行检验鉴定，分析胶带物证的种类，查找其来源，能为侦查破案提供方向。对于胶带物证的检验鉴定，目前国内外常用的方法有外观检验、物理方法和化学试剂检验等方法[1-3]。

光学相干层析技术（Optical Coherence Tomography，OCT）是20世纪90年由David Huang教授[4]提出的一种光学无损检验技术，最早应用于医学领域[5-6]，对于眼科疾病、心血管疾病和癌症等诊断具有较好的效果。基于OCT技术无损、原位、断层成像的特性，其逐渐被引入到文物鉴定[7]、工业检验[8]等领域。法庭科学物证检验要求尽量在保证物证原始的状态下进行，OCT作为一种光学无损检验方法，近年来逐渐被国内外法庭科学人员采用，并取得了相关的研究成果[9-11]。该文利用OCT技术对胶带物证进行研究，提供一种新的胶带物证检验方法。

1 OCT技术成像原理

图1 频域OCT原理图

图2 样品二维OCT图像

OCT技术是利用低相干干涉原理获取样本深度方向信息的一种光学检验方法，通过扫描能够获取样品的二维和三维影像信息。目前常用的是光谱频域OCT，主要由光源模块、样品臂模块、参考臂模块、光谱仪模块等组成，其结构功能类似于迈克尔逊干涉仪。频域OCT系统原理如图1所示。低相干光源发出的宽带光经过光纤耦合器分为两束：一束经过参考臂，被平面镜反射原路返回；另一束进入样品臂，经过样品背向散射返回，两束返回的光线在耦合器处发生干涉，被光谱仪探测到，经过傅立叶变换等处理获取样品的结构信息。

2 OCT技术在胶带物证检验中的应用

实验利用公安部物证鉴定中心自主搭建的光谱频域OCT系统[9]，光源选用中心波长为832 nm的近红外光，系统横向、纵向分辨率分别为7.7 μm和6 μm。近红外光有一定的穿透能力，因此利用OCT系统能够获取胶带样品内部断层成像信息及光程、散射强度比、衰减率等光学特征参数。

2.1 二维OCT图像

实验选取生活中常见的电工胶带作为样品，电工胶带主要由带基和黏合剂两部分组成，由于近红外光具有一定的穿透力，当光源照射胶带时，会有部分光进入带基内部，到达下表面。胶带上表面与空气、下表面与黏合剂会形成介质变换层，当光到达介质交换层时，会有较强的散射和反射性能。上表面和下表面散射和反射的光被仪器记录，会展示出较强的亮度线，如图2所示，胶带样品的二维OCT图像，光在胶带内部逐渐衰减，到达下表面时光的强度比上表面光强稍弱，因此2图中上表面的线比下表面的线看起来更“亮”。不同品牌、不同型号的胶带，其材质用料有所差异，导致胶带对光的反射和散射性能不同，样品的二维OCT图像也会有所差异。

图3 样品纵向一线信号图

图4 样品峰1及之后10个数据点指数拟合曲线

样品纵向一线信号图中能看到胶带上表面和下表面的峰值不同，代表样品上、下表面反射和散射光的强度的差异。如图3所示，上表面光强为峰1，下表面光强为峰2，光强在峰1和峰2之间逐渐衰减。

2.2 光程

OCT是利用光干涉原理进行成像的，因此系统获取的样品上表面、下表面之间的厚度信息代表的是光程（光程=样品的实际厚度×折射率）。由于不同品牌的电工胶带材质不同，生产标准和工艺也有所差异，因此其厚度和折射率各不相同，这就导致系统测量的胶带样品光程有所差异。图3展示的胶带样品光程为277.2 μm。

2.3 散射强度比

散射强度比是样品上表面和下表面反射和散射光强度的比值，它是区分不同品牌胶带的一种特征参数。胶带的材质不同，对光的反射与折射能力有所差异，光在上、下表面反射和散射的强度也就不同。通过图3展示的结果，计算出胶带样品的散射强度比为19.03。

2.4 光衰减系数

分析样品纵向一线信号图，发现在峰1处光强达到极大值，随着深度的增加，光在胶带内部逐渐衰减，光强逐渐降低，并呈现指数形式的衰减。实验选取峰1及之后10个点作为研究对象进行衰减拟合，如图4所示，计算出样品的衰减系数为51.1，拟合系数为0.964 5。

3 结语

实验利用OCT系统对电工胶带进行检验，获取其二维OCT图像及光程、散射强度比、光衰减系数等光学特征参数，通过分析胶带二维OCT图像及相关特征参数，能为胶带物证的检验鉴定提供一种新的思路。OCT技术无损、原位、快速检验，能够满足法庭科学对物证鉴定的要求，未来会有更广阔的应用前景。

文章来源：《无损检测》 网址: http://www.wsjczzs.cn/qikandaodu/2021/0208/345.html