三维指纹——全息图研究改进法医鉴定分析

当您使用指纹解锁智能手机时，手机会查看一个二维图案，以确定是否是正确的指纹，然后才会解锁。但手指在按键表面留下的印记，实际上是一种叫做指印的三维结构。

指印是由皮肤上的微小油脊组成的。每条脊只有几微米高，相当于人头发粗细的几百分之一。生物识别技术只能以二维图片的形式记录指印，虽然其中包含很多信息，但也有很多缺失。二维指纹忽略了指印的深度，包括埋藏在手指脊背中难以看到的毛孔和疤痕。

全息技术是一个研究如何显示三维信息的领域。实验室创造了一种方法，利用数字全息技术，在计算机上从任何角度对指印进行三维映射和可视化。

指印类型
科学家根据指印在物体表面的可见度，将指印分为显性指印、塑性指印和隐性指印。显性指印是最明显的类型，犯罪现场的血指纹就是一个例子。塑料指印则出现在粘土、橡皮泥或巧克力棒等柔软的表面上。人眼很容易看到专利指印和塑料指印。

指纹具有明显的脊状结构，如拱形（左）、轮状（中）和环状（右），但在显微镜下，它们具有更精细的图案和结构

最不明显的是潜指印。这些指印通常出现在玻璃、金属、木材和塑料等坚硬的表面上。要辨认出这些指印，指纹检验员必须使用物理或化学方法，如用粉末撒粉、用适当的试剂产生化学反应。氰基丙烯酸酯液态时是超级胶水，但作为气体，它可以使潜伏指印清晰可见。研究人员通过让氰基丙烯酸酯蒸汽分子与潜藏指纹残留物中的成分发生反应来显现指纹。

指印上的几何细节可分为三个等级。第1级包括可见的脊纹、环纹、轮纹和拱纹；第2级指的是细部或小细节，如分叉、末端；第三级特征，如毛孔、疤痕和皱褶，由于太小，人眼无法分辨。这时，全息技术等光学技术就派上用场了，因为光学波长在微米数量级，小到足以辨别物体上的小细节。

开发指印全息图
由于指印通常以二维图片的形式收集，而全息图显示的是三维信息，因此研究团队希望开发一种能够显示指印所有三维拓扑特征的技术。为此，研究团队与宾夕法尼亚州立大学的Akhlesh Lakhtakia小组进行了合作。他们开发了一种专门技术，在指印顶部沉积一层纳米级柱状薄膜称为CTF，以显影和保存指印。

柱状薄膜是均匀覆盖在指印上的致密玻璃质支柱，就像森林中密集生长的相同树木一样。正如这些树木的顶端会反映出地面的拓扑结构一样，这些柱状薄膜的顶端也会复制沉积在其上的指印的三维结构。

为了制作类似三维指印的全息图，研究人员将激光分成两部分。一部分称为参考波，直接照射在数码相机上。另一部分则照射到物体上，在本例中就是指印。如果物体是反射的，反射光也会射入数码相机，并与参考波叠加。

参考波和物体波的叠加会产生干涉图案，这就是全息图。在数字全息技术中，这种全息图是二维图像，被记录在数码相机中。然后，研究人员将全息图导入计算机，利用波传播的物理定律，找出激光器发出的光波在物体不同部位反弹的位置。

通过这一过程，他们可以将物体重建为三维图像。因此，重建后的全息图具有物体的所有三维细节，现在可以在笔记本电脑上从任何角度直观地看到三维物体。