可攜式數位顯微照相機在刑案現場工具痕跡之應用

可攜式數位顯微照相機在刑案現場工具痕跡之應用
蔡俊章1、溫哲彥2、羅時強3、范兆興4、
余秋忠5*、林明鋒6、王喬立7、程志強8

1高雄市政府警察局
2中央警察大學鑑識科學學系
3-7高雄市政府警察局刑事鑑識中心
8台北縣政府警察局刑事鑑識中心
E-mail: *yucc@kmph.gov.tw; Tel: 07-2514867

摘要
在刑案現場，工具痕跡往往都會存在歹徒破壞之物上，由於各類刑案犯罪工具之差異性，造成工具痕跡是竊盜案現場最常見的痕跡之一。竊盜犯利用工具(如鉗子、鐵橇、螺絲起子等)破壞鐵窗、門鎖、抽屜及保險箱後侵入竊取財物，並重覆地使用相同的工具再次犯案，因此，這些工具痕跡將成為重要的關連性證據。工具痕跡具有出現機率高、易發現、易採取、不易消失或破壞、立體感強等特點，可供以研判犯罪手法、犯罪歷程、案件真偽及工具種類等，根據工具痕跡比對結果，刑案偵查人員將可關連不同地方之竊盜案件，提昇竊盜案件破案數。
然而，工具痕跡的形成是作用力、工具和被破壞客體等共同作用的結果，易因作用力方向、工具和被破壞客體的材質特性而具有多變性及複雜性，本文將探討利用可攜式數位顯微照相技術採取刑案現場工具痕跡之可行性，並讓現場勘察人員能迅速且有效地採集刑案現場工具痕跡，以利刑事鑑識人員鑑定及提昇刑案偵破數。

關鍵字：工具痕跡、顯微照相、線形痕跡、影像融合

前言
在刑案鑑定上，工具痕跡屬於非常重要的關連性證據，經由工具痕跡的鑑定，犯罪工具與刑案現場或各案刑案現場之間都可緊密關連在一起。李昌鈺博士指出，任何一個犯罪嫌疑人的行為都會導致刑案現場各項微物跡證的變化，刑案偵查人員透過這些變化分析及研判，就可以辨識案件的基本情況，證明犯罪事實，證明犯罪嫌疑人與案件之關係，而工具痕跡則是微物跡證中最不易被破壞且可達個化程度之跡證。然而，工具痕跡具有廣泛性和複雜性，若無一套便利的採取工具協助刑事鑑識人員減少人力採集之困難，這些工具痕跡將持續被遺忘與忽略在刑案現場裡。
工具痕跡是指運用工具破壞某種物體時所留下的痕跡，它是工具表面結構的映像。在刑案現場中，通常都會發現工具痕跡的蹤跡，特別是在竊盜案現場，根據犯罪工具與被破壞物表面的接觸差異而產生線形痕跡或凹陷痕跡等二種型態。在本文中，我們將以現場線形痕跡作為主要的研究對象，因為目前它是最耗損人力比對鑑定的痕跡種類，當工具以不同的角度接觸被破壞物表面時，將會產生不同的線形痕跡，因此，鑑定人員常需測試不同角度的工具痕跡型態。以螺絲起子(screwdriver)為例，鑑定人員必須根據每面痕跡製作最少4種不同角度的測試痕跡(test marks)，所有的測試痕跡都必須和現場痕跡進行比對。
根據內政部警政署各類刑案統計結果，94年度發生刑案555109件，其中竊盜案件發生328154件，佔59.11百分比，顯見竊盜案件仍佔全般刑案大多數。當歹徒清楚知道侵害被害人財物時應戴手套以避免留下指紋時，在刑案現場採集到歹徒指紋已成為越來越無法達成的夢想，然而，歹徒為達侵入或使被害人無法反抗之目的，勢必藉助工具以破壞保全設備(如鐵窗、門鎖等)，在破壞過程中，工具表面結構痕跡將紀錄在現場被破壞物上，刑事鑑識人員藉由工具痕跡鑑定，可判斷犯罪工具種類、現場的真偽、犯罪的手法、歹徒可能從事的職業與特質，從而分析案情、確定和縮小偵查範圍，採取必要的偵查借施，關連工具與刑案現場、工具與歹徒之關係，讓歹徒無所卸責。
由於工具痕跡易因施力角度、材質等問題，造成鑑定比對上的困難，其與槍彈上工具痕跡具有高再現性不同，因此，如何有效率地將現場工具痕跡數位化及儲存，供日後客觀的統計分析使用，此舉將可大幅提高刑案現場勘察人員採取工具痕跡之意願。

實驗方法
一、 儀器設備：
1.顯微照相機：
本實驗利用X-Loupe G20 可攜式顯微鏡相機(如照片1)拍攝刑案現場工具痕跡，並與macro鏡頭拍攝之工具痕跡作比較。

(a) (b)

(c) (d)
照片1：X-Loupe G20 可攜式顯微鏡相機(a)正面照、(b)背面照、(c)頂部照、(d)底部照。
2.可更換式顯微物鏡：
適用X-Loupe G20 可攜式顯微鏡相機之可更換式顯微物鏡分別為60X、150X、300X，解像力(Resolution)分別為90.5、181及228 lp/mm，均具有8顆低角度LED燈，可切換不同光源方向。
3.近攝鏡頭：Canon EF 100 mm F2.8 macro。
4.球型雲台：利用球型雲台迅速且粗略地將鏡頭調整與拍攝面平行。
5.雙向微調雲台：UN-5694可左右55mm及前後50mm微調，適用於微距攝影，如照片2所示。
照片2：UN-5694雙向微調雲台。

二、數位影像處理：
1.影像融合(image fusion)：
由於工具痕跡屬於立體痕跡，不同角度的光源對於工具痕跡的建檔品質有著決定性影響，如照片3所示，不同角度的光源已明顯造成紋線顯現的差異，(a)10點鐘方向側向光源情形，(b)為4點鐘方向側向光源情形，當光源的方向有所不同時，紋線的陰影特徵亦有所不同；而(c)、(d)影像即無法紀錄工具痕跡特徵。特徵紋痕的品質將嚴重影響未來系統檢索比對之效能，在此，我們將應用影像融合(image fusion)技術在鑑識領域應用之成就，以影像融合技術提昇特徵紋痕之品質，並探究這樣的處理方式在鑑識領域應用上之影響。

(a) (b)
(c) (d)
(e)
照片4：(a)10點鐘方向光源情形；(b)4點鐘方向光源情形；(c)為7點鐘方向光源情形；(d)為1點鐘方向光源情形；(e)為(a)和(b)影像融合結果。

2.影像拼合()


結果與討論
一、顯微照相與近攝照相之差異：
MTF特性圖是Modulation Transfer Function的簡稱，是一種測試鏡頭反差對比度及銳利度的評估方法。一般鏡頭大都以10 lp/mm及30 lp/mm作為MTF特性圖評估標準，由於顯微鏡頭解像力均遠大於一般近攝鏡頭，在光圈全開情形下，將直接以近攝鏡頭及顯微鏡頭拍攝所得之工具痕跡影像作比較。如照片5所示，(a)為近攝鏡頭所拍攝之工具痕跡，(b)為顯微鏡頭所拍攝之工具痕跡，在相同倍率下，將相同位置之工具痕跡排列於(c)及(d)，從(c)、(d)即可清楚辨視，以顯微照相機所拍攝之工具痕跡具有較高解像力(Resolution)。

(a) (b)
(c)
(d)
照片5：相同工具痕跡在相同倍率下，(a)以近攝鏡頭拍攝；(b)以顯微照相機拍攝；(c)以近攝鏡頭拍攝之工具痕跡情形；(d)以顯微照相機拍攝之工具痕跡情形。
二、光源：
若拍攝光源幾乎平行於物體表面的話，對於物體表面輕微的高度變化或表面細微特徵能較為清楚紀錄。雖然市面上已有“低角度環形光源”販售，然基於刑案現場操作方便性，本研究曾以“蛇燈”作為低角度光源，亦能得到品質不錯的影像。由於顯微照相機將光源內建於鏡頭內，除同軸光源外，顯微物鏡具有低角度光源，照片6顯示不同方向光源所造成的影響，本文建議採用全開光源，雖然會造成細微特徵不明顯的情況，但主要紋痕才是我們鑑定比對重點。



(補影像融合情形)
照片6：以不同角度光源拍攝硬幣情形。

三、較大倍率拍攝問題：
1.球形像差：
照片7：
2.對焦不易：由於顯微照相機鏡頭景深非常短，加上球形像差因素影響，建議近景以最清晰的工具痕跡部份，並且由影像中心擷取。
3.影像拼合情形：

結論
本文研究之目的，主要在探討以可攜式數位顯微照相機拍攝刑案現場非常重要且不易採取之工具痕跡，並作為日後工具痕跡鑑定依據，對於刑案現場中可攜回實驗室以實體顯微鏡處理之跡證，本文不建議以顯微照相機拍攝。然而，對於刑案現場上需快速篩檢之微物跡證，顯微照相機可作為刑案現場勘察人員另一項蒐證利器，如交通事故案件，車體刮擦痕跡上油漆堆積方向之紀錄與研判、被害人或肇事者衣物上玻璃碎片、油漆片及纖維破裂跡象快速檢視；可疑偽造文書檢視；

誌謝
本文蒙行政院國家科學委員會專案研究計畫經費補助；另承蒙高雄市瑞緯國際股份有限公司商借顯微鏡相機乙部協助實驗，特此致謝！

參考資料
1. 林茂雄、孟憲輝，槍彈鑑識及工具痕跡，警察百科全書，第十二章 槍彈鑑識及工具痕跡，正中書局，1999。
2. M Liukkonen, H Majamaa, J Virtanen. The role and duties of the shoeprint/toolmark examiner in forensic laboratories. Forensic Science International 1996; 82: 99-108.
3. Wen CY, Chen JK. Multi-resolution Image Fusion Technique and its Application to Forensic Science. Forensic Science International 2004;140(2-3):217-232. (NSC91-2213-E-015-001)
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5. ZJ Geradts, D Zaal, H Hardy, J Lelieveld, I Keereweer, J Bijhold. Pilot investigation of automatic comparison of striation marks with structured light. Proceedings of SPIE 2003.
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7. M Heizmann. Strategies for the automated recognition of marks in forensic science. Symposium on Law Enforcement Technologies 2002; 4709: 68-79.
8. M Heizmann, FP Le´on. Model-based analysis of striation patterns in forensic science. Enabling Technologies for Law Enforcement and Security, Proceedings of SPIE 2001; 4232: 533-544.
9. X-Loupe G20 使用說明書。