§ 4. Аппаратные средства инфракрасной фотографии

Инфракрасная-фотография – это совокупность методов съемки в ИК-области спектра для выявления деталей объекта, не воспринимаемых в обычных условиях. Она применяется в судебно-технической экспертизе документов для восстановления угасших, вытравленных, смытых текстов, дифференциации красителей; в судебно-баллистической экспертизе для выявления следов близкого выстрела на темных тканях; в судебно-медицинских и других исследованиях. При проведении следственных действий и оперативных мероприятий средства ИК-фотографии позволяют регистрировать обстановку мест происшествий, действия разрабатываемых лиц в неблагоприятных погодных условиях и даже ночью.

Свойства ИК-излучения. ИК-лучи являются составной частью электромагнитного спектра и занимают область между видимыми (красными) лучами и радиоволнами. Практическое значение в криминалистике находит только часть инфракрасного излучения, непосредственно граничащая с видимыми лучами (700 – 3000 нм). В криминалистической фотографии эта область ограничена еще и спектральной чувствительностью фотоматериалов, электронно-оптических преобразователей, полупроводниковых и других приемников.

ИК-лучи отражаются и преломляются на границе двух сред, что позволяет получать невидимое ИК-изображение, а затем преобразовывать его в видимое. В отличие от видимых плоскость фокусирования инфракрасных лучей смещена дальше от объектива. Они имеют высокую проникающую способность и проходят через кожу человека, пятна крови, тонкие слои бумаги и клея, анилиновые красители и другие преграды.

Изменяются и физические свойства веществ в ИК-зоне спектра. Детали объекта, неразличимые в видимой его части, в инфракрасной могут иметь разные коэффициенты отражения и поглощения. Многие вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными для ИК-лучей и наоборот. Интенсивно поглощают инфракрасное излучение сажа, графит, соли тяжелых металлов и красители, изготовленные на их основе. Непрозрачен для них и слой воды в два-три сантиметра, который используют в качестве теплозащитных фильтров. Остатки некоторых красителей, которыми были окрашены предметы, выполнены угасшие или вытравленные записи, могут излучать свет в ближней части ИК-спектра под воздействием более коротковолнового излучения (УФ-, фиолетового и сине-голубого).

Фотоаппаратура для съемки в ИК-зоне спектра. Фотографирование в ИК-зоне спектра возможно любыми фотокамерами. Основное требование, предъявляемое к ним, – это абсолютная светонепроницаемость для данного излучения.

При съемке в ИК- зоне спектра на внутренние части фотокамер наносят специальное покрытие из красителей, содержащих углеродистые соединения и поглощающих рассеянные инфракрасные лучи. Перед работой их проверяют на светонепроницаемость. С этой целью кассету с инфрахроматическим материалом устанавливают в фотокамере и при открытом шибере и закрытом объективе освещают лампами накаливания в течение 10-15 мин. После стандартной обработки фотопленки наличие вуали в допустимых пределах говорит о пригодности фотокамеры к работе.

При съемке в ИК-зоне спектра применяют объективы общего назначения. Лучше использовать непросветленные объективы, поскольку пленка покрытия в области 900 нм поглощает часть ИК-излучения.

Источники света, применяемые в ИК-фотографии, подразделяются на две группы: одни излучают значительную долю ИК- лучей; в спектре других преобладает коротковолновое излучение. Первые необходимы при съемке в отраженных и проходящих ИК-лучах, вторые – для возбуждения ИК-люминесценции.

Источники ИК-излучения — это солнце, дуговые и электрические лампы накаливания, импульсные осветители и газоразрядные лампы. В криминалистике солнце как источник ИК-излучения применяют редко. В условиях дымки и легкого тумана, когда видимость на месте происшествия довольно ограничена, съемка на специальные инфрахроматические материалы удваивает глубину резкости и позволяет запечатлеть на снимках ценную криминалистическую информацию. Однако для этой цели целесообразнее использовать искусственные источники ИК-излучения.

В лабораторных условиях применяют софиты с отражателями из алюминия, меди или посеребренные изнутри.

Типичными источниками коротковолновых ИК-лучей являются вольфрамовые лампы накаливания. Величина энергетической яркости этих ламп почти совпадает с яркостью электрической угольной дуги {рис. 136). Преимущество последней только в том, что она дает большую мощность лучистой энергии. Наиболее удобны для лабо­раторных исследований вольфрамовые лампы ЗС-1, ЗС-2, ЗС-3 мощностью от 250 до 500 Вт. Они имеют колбы параболической формы, внутренняя поверхность которых покрыта алюминиевым составом для увеличения мощности потока ИК-лучей. Применяются также цезиевые, циркониевые лампы мощностью от 50 до 500 Вт {рис. 137).

Рис. 136. Относительное распределение энергии в спектре источников света: 1 — угольная дуга высокой интенсивности; 2 — простая угольная дуга; 3 — лампа накаливания

а б

Рис. 137. Распределение энергии по спектру в газоразрядных лампах: а — цезиевых; б — циркониевых

Высокую световую энергию создают импульсные лампы — «Луч-70», «Фил-107» и др., спектральный состав которых близок к солнечному. Их излучения достаточно для фотографирования в отраженных, проходящих ИК-лучах и возбуждения люминесценции в красной и ИК-зонах спектра. Применение импульсных осветителей для фотографирования ИК-люминесценции особенно ценно, так как исключает перегрев светофильтров, поэтому съемку можно производить без теплофильтров.

Для возбуждения люминесценции в дальней красной и ближней инфракрасной областях спектра используют ртутно-кварцевые лампы высокого и сверхвысокого давления.

Светофильтры, применяемые в ИК-фотографии, подразделяют на три группы: необходимые для выделения ИК-лучей из всего светового спектра; предназначенные для поглощения ИК-лучей и выделения коротковолновой части видимого спектра; служащие для выделения длинноволновых красных и ближних ИК-лучей.

ИК-излучение из спектра источника выделяют светофильтрами ИКС-1, ИКС-3, ИКС-6, ИКС-7, а иногда и КС-19 (рис 138). Спектральные характеристики светофильтров указываются в каталогах цветного стекла, прилагаемых к наборам светофильтров. В качестве ИК-светофильтров используют и некоторые другие материалы, например листовой эбонит (толщиной 0,3-0,6 мм), все породы дерева (толщиной до 3 мм), а также жидкостные фильтры на основе раствора марганцово-кислого калия.

Рис. 138. Спектральное пропускание светофильтров КС-17; КС-18; КС-19 и ИКС-1; ИКС-3; ИКС-5; ИКС-6; ИКС-7

Для фотографирования инфракрасной люминесценции предназначены светофильтры второй и третьей групп. Для возбуждения инфракрасного свечения необходимы УФ- и коротковолновые видимые (фиолетовые и сине-голубые) лучи, выделяемые с помощью стеклянных и жидкостных светофильтров. К стеклянным светофильтрам относятся светофильтры марки СЗС из набора паспортизированного стекла: СЗС-10, СЗС-21, СЗС-22 (рис. 139). Перед источником света на максимально возможном от него расстоянии устанавливают термостойкий светофильтр СЗС-16. Светофильтры других марок применяют только в сочетании с теплофильтрами либо с воздушным охлаждением. Жидкостные светофильтры, поглощающие ИК-лучи, изготовляют на основе раствора сернокислой меди в дистиллированной воде. По своим спектральным свойствам раствор не уступает светофильтру СЗС-10.

Люминесцентное свечение в области спектра 680 – 760 нм выделяют светофильтрами КС-17, КС-18, а в некоторых случаях и светофильтрами КС-14 и КС-15, пропускающими не только ИК-лучи, но часть видимых (рис. 138).

Приемники излучения, применяемые в ИК-фотографии. Для регистрации ИК-излучения применяют инфрахроматические фотоматериалы, фотокатоды электронно-оптических преобразователей, светочувствительные устройства современных аналоговых и цифровых видео- и телекамер.

Рис. 139. Спектральное пропускание светофильтров СЗС-8; СЗС-20;

СЗС-21; СЗС-22

К инфрахроматическим фотоматериалам относятся фотопластинки и 35-мм кино- и фотопленки, область спектральной чувствительности которых лежит в пределах 680 – 800 нм и 700-1200 нм (табл. 23, 24). Первые применяют для регистрации дальней красной и ближней ИК-люминесценции; вторые для съемки в отраженных и проходящих ИК-лучах.

Общая светочувствительность инфрахроматических материалов нестабильна. Она изменяется под воздействием внешнего ИК-излучения и быстро падает с увеличением срока хранения. С расширением зоны спектральной чувствительности сроки годности фотоматериалов также уменьшаются. Для восстановления свойств инфрахроматических материалов с истекшими сроками хранения их подвергают процессу гиперсенсибилизации. Гиперсенсибилизацию проводят непосредственно перед съемкой, так как длительность воздействия этого процесса невелика – всего несколько часов.

Приемником ИК-лучей являются электронно-оптические преобразователи (ЭОПы). Они представляют собой электронно-вакуумные приборы, преобразующие невидимое ИК-изображение, создаваемое на фотокатоде, в видимое на люминесцирующем экране анода (см. рис. 140). Лучи света, отраженные от объекта 1 или проходящие через него, ИК-светофильтр 2 и объектив 3 попадают на фотокатод 4, где и формируют изображение. С поверхности фотокатода инфракрасные лучи выбивают электроны, количество которых пропорционально распределению мощности падающего излучения. Под действием высокого напряжения и фокусирующего устройства 5 поток электронов достигает анода 6, экран которого покрыт люминесцирующим составом. Ударяясь об анод, электроны вызывают флюоресценцию, наблюдаемую в окуляре 7. Изображение по яркостям соответствует освещенности отдельных участков объекта. Фотосъемку ведут на фотопленку типа «Микрат» изоортохроматической сенсибилизации.

Рис. 140. Схема получения изображения в электронно-оптическом преобразователе

Таблица 23

Фотографические свойства инфрахроматических фотопластинок

Фотографические характеристики	Панинфра	Инфра-740А	Инфра-780А	Инфра-840А
Светочувствительность, ед ГОСТ Коэффициент контрастности Плотность вуали Фотографическая широта Разрешающая способность, лин/мм Пределы сенсибилизации, нм Максимум сенсибилизации, нм Время проявления, мин	125 1,4-2,0 0,2 0,9 70 650-720 720 12-16	125 1,4-2,0 0,2 0,9 70 660-780 740 12-16	100 1,4-2,0 0,2 0,9 70 670-820 780 12-16	64 1,4-2,0 0,2 0,9 64 730-880 840 12-16

Таблица 24

Фотографические характеристики инфрахроматических кино- и фотопленок

Фотографические характеристики	Кинопленка			Фотопленка
	И-740М	И-880-1	И-650-950	И-810-2 И-810-2П	И-920-2 И-920-2П
Светочувствительность, S0,85, ед. ГОСТ за фильтром КС-14 Светочувствительность, S0,2, ед. ГОСТ за фильтром КС-19 Коэффициент контрастности Плотность вуали Фотографическая широта Разрешающая способность, лин/мм Пределы сенсибилизации, нм	- 160 1,2 0,15 1,2 100 600-800	- 100 1,3 0,15 1,2 70 660-780	- 100 1,5 0,15 1,2 90 650-950	400 - 1,5 0,25 0,6 60 650-850	120 - 1,5 0,25 0,6 60 700-1000

Внешний вид прибора представлен на рис. 141. На основании 6 неподвижно закреплена штанга 1, по которой перемещаются электронно-оптический блок преобразователя, выполненный в виде фотокамеры, что позволяет изменять масштаб изображения исследуемого объекта. Он состоит из объектива 2 со светофильтром 3, раздвижного меха, электронно-лучевой трубки ВЗ-М в кожухе и насадки с окуляром 10.

Рис. 141. Электронно-оптический преобразователь «Рельеф»

Рис. 142. Приспособление для съемки на ЭОПе

Исследуемый объект располагают на предметном стекле 7. Масштаб изображения изменяют увеличением расстояния между фотокатодом преобразователя и объективом за счет растяжения меха камеры с помощью левой рукоятки 8. Для перемещения электронно-оптического блока по штанге и фокусирования изображения служит правая рукоятка 9.

При исследовании в отраженных ИК-лучах объект освещают двумя осветителями бокового света 4, а в проходящих лучах подсвечивают снизу. Включение прибора и осветителей осуществляют соответствующими тумблерами 5 на передней панели.

Для фотографирования результатов исследования окуляр снимают, а на его место устанавливают насадку 4 для съемки (рис. 142)-На верхнюю часть насадки 5 наворачивают объектив «Гелиос-44», который через удлинитель 2 соединяют с фотоаппаратом марки «Зенит». Фотосъемку ведут на контрастные пленки типа «Микрат» изоортохроматической сенсибилизации.

Применение электронно-оптических преобразователей ограничивается малым размером поля изображения, поэтому большие объекты исследуют и фотографируют по частям.