[논문]Low-pass 필터가 장착된 법과학 광원을 이용한 지문의 형광 이미지 개선 효과에 대한 논의

이아람; 서보길; 김주비; 김덕후; 유제설

doi:10.5392/jkca.2019.19.12.527

[국내논문] Low-pass 필터가 장착된 법과학 광원을 이용한 지문의 형광 이미지 개선 효과에 대한 논의
Discussion on the Effect of Improving the Image of a Fingerprint Shape Using a Forensic Light Source with Low-pass Filter 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.19 no.12, 2019년, pp.527 - 534

이아람 (순천향대학교 법과학대학원) , 서보길 (순천향대학교 법과학대학원) , 김주비 (순천향대학교 법과학대학원) , 김덕후 (알트라이트) , 유제설 (순천향대학교 법과학대학원)

초록
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범죄현장에 남겨진 지문은 대부분 잠재지문의 형태이기 때문에 육안으로는 쉽게 식별되지 않으므로 눈에 잘 보이도록 현출해야 한다. 그러나 잠재지문을 현출한 이후에도 배경으로부터 지문이 잘 보이도록 추가적인 증강이 필요하며 주로 사용하는 방법에는 광학적 방법이 있다. 광학적 방법은 일부 분말 또는 시약에 적절한 광원을 비췄을 때 형광을 보이는 성질을 이용한다. 따라서 적절한 파장의 광원과 필터를 사용하면 지문 이미지를 증강할 수 있으므로 광원과 필터의 조합이 매우 중요하다. 하지만 적용한 기법과 사용한 광원에 따라서 배경에서 반사된 빛의 파장 대역과 필터가 가진 파장 대역이 서로 겹쳐서 반사광을 잘 차단(cut-off)하지 못하는 경우에는 이상적인 증강의 효과를 얻기 어렵다. 이 연구에서는 450 nm 파장의 녹색 광원과 505 nm 파장의 청색 광원에 low-pass 필터를 광원에 장착함으로써 광원의 파장을 개선한 결과 더 좋은 품질의 지문 이미지를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of the prints left on the crime scene are latent prints. And, even after the latent prints have been developed, additional enhancement is required and forensic light sources are mainly used. Depending on the applied technique and the light source used, it is difficult to obtain the ideal enhancement effect when the reflected light cannot be cut off well. In this study, we improved the wavelength of the forensic light source by attaching a low-pass filter, resulting in better quality fingerprint images.

Keyword

표/그림 (8)

그림 그림 1. 505 nm 녹색 광원(P20FBG, 상)과 450 nm 청색 광원(R20FRB, 하)의 스펙트럼 및 각 광원에 장착한 low-pass 필터의 스펙트럼
표 표 1. 지문의 유류 및 현출 기법
표 표 2. 지문 이미지를 얻기 위해 사용한 광원과 필터 및 사진 촬영 조건
표 표 3. 지문 평가 기준[11]
그림 그림 3. Cyanoacrylate fuming 후 (a) basic yellow 40, (b) 형광 분말, 5-sulfosalicylic aicd 처리 후 (c) acid yellow 7을 처리한 후 450 nm 광원과 각 필터를 통하여 촬영한 지문 (각각 low-pass 필터를 장착하지 않은 광원(좌)과 low-pass 필터를 장착한 광원(우))
그림 그림 4. 40명의 평가자가 University of Canberra comparative scale을 사용하여 지문과 배경의 대조비를 평가한 점수의 평균
그림 그림 2. (a) 1,8-diazafluoren-9-one, (b) 1,2-indandione/zinc, (c) cyanoacrylate fuming 후 rhodamine 6G를 처리한 후 505 nm 광원과 각 필터를 통하여 촬영한 지문 (각각 low-pass 필터를 장착하지 않은 광원(좌)과 장착한 광원(우))
그림 그림 5. (a) 1,2-indandione/Zinc와 (b) basic yellow 40의 들뜸-방출 스펙트럼[12]

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이 연구에서는 기존에 수사기관에서 사용해오던 광원과 필터의 파장 특성을 측정하고, 각 지문 현출 기법에 따라서 파장이 서로 겹치는 부분을 제거하고 증강된 이미지의 품질을 향상시키기 위해 광원에 low-pass 필터를 장착해보았다. 또한 다양한 필터를 사용하여 필터의 품질이 이미지에 미치는 효과에 대해서도 알아보았다.

제안 방법

이 연구에서는 기존에 수사기관에서 사용해오던 광원과 필터의 파장 특성을 측정하고, 각 지문 현출 기법에 따라서 파장이 서로 겹치는 부분을 제거하고 증강된 이미지의 품질을 향상시키기 위해 광원에 low-pass 필터를 장착해보았다. 또한 다양한 필터를 사용하여 필터의 품질이 이미지에 미치는 효과에 대해서도 알아보았다.
땀지문은 손을 씻은 후 15분 동안 라텍스 장갑을 착용하여 땀을 낸 뒤 A4 용지에 유류하였다. 기름지문은 손을 씻은 후 손가락을 이마와 코에 문지른 뒤 아크릴판, 과자 포장 박스의 코팅된 표면에 유류하였다. 혈지문은 손가락에 혈액을 묻혀 타일에 유류하였다.
A4용지에 유류된 땀지문은 1,8-diazafluoren-9-one과 1,2-indandione/zinc를 처리한 후 스팀다리미로 열처리하여 현출하였다. 아크릴판에 유류된 기름지문은 cyanoacrylate 훈증 챔버에서 온도 120℃, 상대습도 80%에서 15분간 훈증하였다.
A4용지에 유류된 땀지문은 1,8-diazafluoren-9-one과 1,2-indandione/zinc를 처리한 후 스팀다리미로 열처리하여 현출하였다. 아크릴판에 유류된 기름지문은 cyanoacrylate 훈증 챔버에서 온도 120℃, 상대습도 80%에서 15분간 훈증하였다. 훈증된 지문은 각각 rhodamine 6G와 basic yellow 40으로 후처리하여 증강하였다.
아크릴판에 유류된 기름지문은 cyanoacrylate 훈증 챔버에서 온도 120℃, 상대습도 80%에서 15분간 훈증하였다. 훈증된 지문은 각각 rhodamine 6G와 basic yellow 40으로 후처리하여 증강하였다. 과자 포장 박스의 코팅된 표면에 유류된 기름지문은 녹색 형광 분말을 사용하여 현출하였다.
훈증된 지문은 각각 rhodamine 6G와 basic yellow 40으로 후처리하여 증강하였다. 과자 포장 박스의 코팅된 표면에 유류된 기름지문은 녹색 형광 분말을 사용하여 현출하였다. 타일에 유류된 혈지문은 깨끗이 씻어 잘 말린 물티슈에 혈액고정용액을 적신 후 3분 동안 타일에 덮어서 혈지문을 고정하였다.
과자 포장 박스의 코팅된 표면에 유류된 기름지문은 녹색 형광 분말을 사용하여 현출하였다. 타일에 유류된 혈지문은 깨끗이 씻어 잘 말린 물티슈에 혈액고정용액을 적신 후 3분 동안 타일에 덮어서 혈지문을 고정하였다. 고정된 혈지문은 acid yellow 7으로 5분 동안 염색한 뒤 세척 용액으로 씻어냈다.
광원들은 검체로부터 거리 35 cm, 높이 15 cm에서 검체를 향해 사광으로 비췄다. 505 nm 광원을 사용한 경우 orange color long-pass 필터(OLPF)와 530, 555, 610 nm band-pass 필터(BPF)를, 450 nm 광원을 사용한 경우 OLPF와 505, 530, 555 nm BPF를 통하여 암실 조건에서 촬영하였다. 각 사진의 자세한 촬영 조건은 다음 [표 2]에 제시하였다.
LP 광원과 non-LP 광원에 대하여 배경의 반사광과 필터를 통과하는 빛의 차단(cut off) 효과를 알아보기 위해서 BPF를 사용하여 추가 실험을 진행하였다.

대상 데이터

사진 촬영에 사용된 광원은 505 nm 광원 P20FBG(ALTLIGHT, Korea)에 515 nm low-pass 필터를 장착한 것과 장착하지 않은 것 두 종류, 450 nm 광원 P20FRB(ALTLIGHT, Korea)에 470 nm low-pass 필터를 장착한 것과 장착하지 않은 것 두 종 류를 사용하였다[그림 1].
검체는 A4용지, 타일, 아크릴판, 과자 포장 박스의 코팅된 표면을 사용하였다.
’의 조성을 따라 제조한 시약을 사용하였다[2]. Basic yellow 40(BVDA, Netherlands)은 완제품을 사용하였다. 분말은 녹색 형광 분말(BVDA, Netherlands)을 사용하였다.
Basic yellow 40(BVDA, Netherlands)은 완제품을 사용하였다. 분말은 녹색 형광 분말(BVDA, Netherlands)을 사용하였다.
사진 촬영에 사용된 광원은 505 nm 광원 P20FBG(ALTLIGHT, Korea)에 515 nm low-pass 필터를 장착한 것과 장착하지 않은 것 두 종류, 450 nm 광원 P20FRB(ALTLIGHT, Korea)에 470 nm low-pass 필터를 장착한 것과 장착하지 않은 것 두 종 류를 사용하였다[그림 1]. 필터는 약 570 nm 파장의 orange color long-pass 필터와 505, 530, 555, 610 nm 파장의 band-pass 필터를 사용하였다. 카메라는 Canon EOS 550D(Canon Inc.
필터는 약 570 nm 파장의 orange color long-pass 필터와 505, 530, 555, 610 nm 파장의 band-pass 필터를 사용하였다. 카메라는 Canon EOS 550D(Canon Inc., Japan)를 사용하였고 렌즈는 50 mm 1:2.8 DG Macro Lens(SIGMA, Japan)를 사용하였다.
지문에 대한 평가는 다음 [표 3]의 University of Canberra comparative scale을 사용하여 40 명의 평가자에 의해 평가되었다[11].

이론/모형

본 실험에선 다른 모든 조건이 같은 상태에서 광원에 low-pass 필터를 장착하는 효과로 인한 지문과 배경의 대조비를 비교하기 위하여 University of Canberra comparative scale을 사용하였다[표 3]. 비교하고자 하는 두 지문 사이에서 유일한 차이점은 광원 앞에 low-pass 필터 장착의 유무이며 이 광원의 파장 대역은 [그림 1]과 같은 스펙트럼을 보인다.

성능/효과

각각 1,8-diazafluoren-9-one, 1,2-indandione/zinc로 현출한 땀지문(각각 DFO, IND)은 505 nm광원과 OLPF, 555, 610 nm BPF를 통해, CA로 훈증한 후 rhodamine 6G로 증강한 기름지문(R6G)은 505 nm 광원과 OLPF, 530, 555 nm BPF를 통해 촬영한 결과가 평가되었다. Cyanoacrylate로 훈증 후 basic yellow 40으로 증강한 기름지문(BY40), 형광분말로 현출한 기름지문(형광 분말), acid yellow 7으로 증강한 혈지문(AY7)은 450 nm 광원과 OLPF, 505, 530, 555 nm BPF를 통해 촬영한 결과가 평가되었다.
각각 1,8-diazafluoren-9-one, 1,2-indandione/zinc로 현출한 땀지문(각각 DFO, IND)은 505 nm광원과 OLPF, 555, 610 nm BPF를 통해, CA로 훈증한 후 rhodamine 6G로 증강한 기름지문(R6G)은 505 nm 광원과 OLPF, 530, 555 nm BPF를 통해 촬영한 결과가 평가되었다. Cyanoacrylate로 훈증 후 basic yellow 40으로 증강한 기름지문(BY40), 형광분말로 현출한 기름지문(형광 분말), acid yellow 7으로 증강한 혈지문(AY7)은 450 nm 광원과 OLPF, 505, 530, 555 nm BPF를 통해 촬영한 결과가 평가되었다.
DFO와 IND를 505 nm 광원과 OLPF를 통해 촬영한 결과, low-pass 필터를 장착한(LP) 광원에서는 배경과 융선의 대조비가 높아서 좋은 지문 이미지를 얻을 수 있었다. 그러나 low-pass 필터를 장착하지 않은 (non-LP) 광원으로 촬영했을 때 배경에서 반사된 빛이 강하여 지문과 배경의 대조비가 충분한 이미지를 얻을 수 없었다.
BY40과 형광분말을 450 nm 광원과 OLPF를 통해 촬영한 결과 LP 광원과 non-LP 광원 모두 큰 차이가 없었다. AY7를 위와 같은 조건으로 촬영한 결과 LP 광원이 non-LP 광원을 사용했을 때보다 지문과 배경의 대조비가 더 높은 이미지를 얻을 수 있었다[그림 3].
BY40과 형광분말을 450 nm 광원과 OLPF를 통해 촬영한 결과 LP 광원과 non-LP 광원 모두 큰 차이가 없었다. AY7를 위와 같은 조건으로 촬영한 결과 LP 광원이 non-LP 광원을 사용했을 때보다 지문과 배경의 대조비가 더 높은 이미지를 얻을 수 있었다[그림 3].
505 nm 광원과 530, 555, 610 nm BPF를 통해 촬영한 결과 DFO와 IND는 530, 555 nm BPF에서, LP 광원과 non-LP 광원을 같은 촬영 조건에서 촬영하였을 때 non-LP 광원에서는 지문과 배경의 대조비가 충분한 이미지를 얻을 수 없었다. 그에 반해 610 nm BPF를 통해 촬영하였을 때는 LP 광원을 사용하였을 때 non-LP 광원을 사용했을 때보다 대조비가 높은 이미지를 얻을 수 있었다.
505 nm 광원과 530, 555, 610 nm BPF를 통해 촬영한 결과 DFO와 IND는 530, 555 nm BPF에서, LP 광원과 non-LP 광원을 같은 촬영 조건에서 촬영하였을 때 non-LP 광원에서는 지문과 배경의 대조비가 충분한 이미지를 얻을 수 없었다. 그에 반해 610 nm BPF를 통해 촬영하였을 때는 LP 광원을 사용하였을 때 non-LP 광원을 사용했을 때보다 대조비가 높은 이미지를 얻을 수 있었다. R6G는 530, 555 nm BPF에서 non-LP 광원을 사용하였을 때보다 LP 광원을 사용하였을 때 대조비가 높은 이미지를 얻을 수 있었고, 610 nm BPF에서는 LP와 non-LP 광원 모두 지문과 배경의 대조비가 충분한 이미지를 얻을 수 없었다[그림 2].
450 nm 광원과 505, 530, 555, 610 nm BPF를 통하여 촬영한 결과 BY40과 형광분말은 OLPF를 통해 촬영했을 때 대조비의 큰 차이가 없는 이미지를 얻을 수 있었고, AY7은 3가지 BPF 모두에서 non-LP 광원보다 LP 광원을 사용해 촬영했을 때 지문과 배경의 대조비가 더 높은 이미지를 얻을 수 있었다.
R6G는 평균 0.1 ∼ 0.7 점을 받았는데, DFO와 IND에 비하여 평균점수가 낮은 것으로 볼 때 차이가 크지는 않지만 non-LP 광원보다 LP 광원을 사용하였을 때 더 좋은 이미지를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.
DFO와 IND의 평가 점수는 필터의 파장이 짧을수록 높은 점수를 받았다. DFO와 IND가 610 nm BPF에서는 각각 평균 1.
DFO와 IND의 평가 점수는 필터의 파장이 짧을수록 높은 점수를 받았다. DFO와 IND가 610 nm BPF에서는 각각 평균 1.0, 0.7 점, OLPF에서는 각각 평균 1.7, 1.8 점, 555 nm BPF에서는 둘 모두 2.0 점으로 가장 높은 점수를 받았다. 대체적으로 DFO와 IND에서는 non-LP 광원보다 LP 광원을 사용하였을 때 더 좋은 이미지를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.
0 점으로 가장 높은 점수를 받았다. 대체적으로 DFO와 IND에서는 non-LP 광원보다 LP 광원을 사용하였을 때 더 좋은 이미지를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다. R6G의 평가 점수 또한 필터의 파장이 짧을 때 높은 점수를 받았다.
BY40의 평가 점수는 필터의 파장이 짧을수록 높은 점수를 받았다. OLPF와 555 nm BPF에서는 0.0 점, 530, 505 nm BPF에서는 각각 0.3, 0.6 점을 받아 대조비가 좋은 지문 이미지를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다. 형광분말은 평균 점수로 –0.
AY7은 다른 시약들과는 달리 필터의 파장이 길어질수록 높은 점수를 받았다. 555 nm BPF에서는 가장 높은 평균 1.4 점, OLPF에서는 평균 1.2 점을 받아 AY7은 DFO, IND와 마찬가지로 non-LP 광원보다 LP 광원을 사용하였을 때 대조비가 더 좋은 이미지를 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.
Stoke's shift가 작은 스펙트럼 특징을 가진 시약을 처리한 지문에 non-LP 광원을 사용할 경우 낮은 파장의 BPF로는 긴 파장을 가진 배경의 반사광이 잘 차단되지 않아 대조비가 낮아지는 반면, LP 광원을 사용할 경우 배경의 반사광이 잘 차단되어 방출하는 빛에 영향을 적게 주므로 대조비가 높게 나타나는 것으로 보인다. 특히, 방출 스펙트럼의 피크 지점에 가까운 555 nm BPF와 LP 광원을 사용하면 차단 효과와 더불어 형광물질로부터 방출된 빛의 양이 충분히 들어오므로 가장 좋은 대조비의 이미지를 얻을 수 있었다.
0점 이상인 것은 non-LP 광원의 파장 대역이 넓어 배경의 반사광이 잘 차단되지 않았기 때문이다. 다시 말해서, non-LP 광원의 넓은 파장 대역은 필터의 파장과 겹쳐 낮은 대조비의 이미지를 만들고 LP 광원은 필터의 파장과 겹치지 않아 더 좋은 대조비를 가진 이미지를 얻을 수 있었다. 따라서 rhodamine 6G가 530 nm BPF에서, basic yellow 40이 505 nm BPF에서 가장 높은 점수를 얻은 것은 광원과 필터의 대역이 겹치지 않으면서 형광물질로부터 방출된 빛이 필터를 통해서 충분히 들어왔기 때문이다.
형광분말은 OLPF, 505, 530, 555 nm BPF 모두에서 0점에 가까운 점수를 얻었는데, 형광분말의 방출 스펙트럼은 넓은 영역에 걸쳐 있어 LP 광원이나 non-LP 광원 중 어느 것을 사용해도 차단 효과나 필터 파장과의 겹침 문제에 영향을 받지 않고 대조비가 좋은 지문 이미지를 얻을 수 있었다.
505 nm 파장의 녹색 광원에 low-pass 필터를 장착하여 사용하였을 때 1,8-diazafluoren-9-one이나 1,2-indandione/Zinc로 현출한 땀지문과 cyanoacrylate로 훈증한 후 rhodamine 6G로 증강한 기름지문에서 대조비가 더 좋은 이미지를 얻을 수 있었다.
450 nm 파장의 청색 광원에 low-pass 필터를 장착하여 사용하였을 때 형광분말로 현출한 기름지문은 대조비에 큰 차이가 없었지만, cyanoacrylate로 훈증한 후 basic yellow 40으로 증강한 기름지문과 acid yellow 7로 증강한 혈지문에서는 대조비가 더 좋은 이미지를 얻을 수 있었다.
대조비가 좋은 지문 이미지를 얻기 위해서는 각 시약마다 적절한 파장의 필터를 사용하는 것이 필요하지만 파장별로 좋은 필터를 구비하기란 한계가 있다. 본 연구에서는 low-pass 필터를 광원에 장착함으로써 광원 파장을 개선한 결과 더 좋은 품질의 지문 이미지를 얼을 수 있었다. 따라서 기존의 필터를 이용하더라도 광원의 파장을 개선하면 대조비가 더 좋은 지문 이미지를 얻을 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광학적 방법은 어떤 성질을 이용하는가?	그러나 잠재지문을 현출한 이후에도 배경으로부터 지문이 잘 보이도록 추가적인 증강이 필요하며 주로 사용하는 방법에는 광학적 방법이 있다. 광학적 방법은 일부 분말 또는 시약에 적절한 광원을 비췄을 때 형광을 보이는 성질을 이용한다. 따라서 적절한 파장의 광원과 필터를 사용하면 지문 이미지를 증강할 수 있으므로 광원과 필터의 조합이 매우 중요하다.
	이상적인 증강의 효과를 얻기 어려운 이유는 무엇인가?	그러나 실제로는 이러한 이상적인 증강의 효과를 얻기 어려운 경우가 있다. 적용한 기법과 사용한 광원에 따라서 배경에서 반사된 빛의 파장 대역과 필터가 가진 파장 대역이 서로 겹쳐서 반사광을 잘 차단(cut-off)하지 못하는 경우가 있기 때문이다. 이런 현상은 들뜸 스펙트럼과 방출 스펙트럼의 차이인 Stokes shift가 작은 물질에서 더 심화될 수 있다.

참고문헌 (12)

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김채원, 기진영, 김규연, 김지연, 전소영, 유제설, "광원에 따른 아미노산 반응 형광시약 처리지문의 증강 효과성 비교," 한국콘텐츠확회논문지, 제17권, 제4호, pp.569-575, 2017.
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C. Champod, C. Lennard, P. Margot, and M. Stoilovic, Fingerprints and Other Ridge Skin Impressions, 2nd sedition, CRC Press, 2016.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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