李波+李磊
摘 要：弹头发射痕迹是指枪弹在发射过程中，由枪支机件在稳固定位和规则性动作下同弹头的固定部位发生机械作用留下的痕迹。这些痕迹反映了枪支机件动作部位的外表结构特点，一般不会受到射击人、射手扣动扳机施力大小和射击方向、距离等不同因素的影响，具有清晰、稳定、特征明显、再现性好等特点。通过研究弹头发射痕迹的形成、变化规律以及对其进行分析和效验，一方面可以区分发射枪支的型号和认定发射枪支，从而由痕迹找到发射枪支，在由枪支找到持枪人，提供破案的线索，为司法部门快速、准确地侦破枪击大案提供有力的支持与科学依据；另一方面还可以用于研究枪弹痕迹的形成机理及显微形态，检查枪械、枪弹的性能与状况。
关键词：弹头 发射痕迹 特征分析 检测方案
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（c）-0067-03
1 弹头发射痕迹的形成机理
弹头发射痕迹的形成是一个非常复杂的过程，它涉及到枪支、枪弹的结构特点，以及发射过程中一系列物理化学反应及机械作用。只有弄清发射痕迹的形成机理，才能了解弹头痕迹的本质特征。
1.1 枪支的构造与特点
枪支通常是体积小、结构复杂的轻型射击武器，其零件总数较多，不同枪支之间的性能、结构差别很大，但是弹头发射痕迹形成的部件主要是枪管。枪管是发射弹头的主要造痕体，作为造痕体，它具有良好的稳定性，这为利用射击弹头上的痕迹，对形成此痕迹的造痕体枪管进行同一认定提供了良好的条件。
枪管部分位于枪支前部，系无缝钢管。根据其内壁的构造特点，可分为弹膛、坡膛和线膛（来复线或者膛线）3个区域。
（1）弹膛位于枪管的后部，是容纳子弹并使子弹正确定位的场所，弹膛的形状和尺寸与枪支所发射子弹的弹壳外形尺寸相一致。
（2）坡膛是枪膛与弹头相配的部分，即发射前弹头在弹膛内所处的位置，它是连接弹膛和线膛的过渡部分，其尺寸及形状必须保证弹头启动时易于嵌入膛线，密封火药气体以及保证弹头运动位置的正确，故坡膛通常设计成锥形，由后向前逐步变小成坡度，以保证弹头发射时顺利进入线膛区。
（3）根据陀螺稳定原理，急速旋转的陀螺将保持定轴转动而不会翻到。因此，如果发射弹头具有一定的自转速度时，在空中飞行就能保持头部始终向前而不会翻滚。通过在枪管膛线内壁加工若干条均匀分布的螺旋形的沟槽，便可使弹头在脱离枪口、获得一定的初速的同时，具有足够的自旋角速度，从而保证在空中飞行的稳定性。线膛内壁的这些沟槽称为膛线，其中凸起部分称为阳膛线，凹陷部分称为阴膛线。与线膛形状尺寸相关的参数有：①阳膛线直径；②膛线数目。膛线的多少一般随着口径的大小而定；③膛线的旋向和缠度，膛线的旋向即是膛线的旋转方向，膛线的缠度为膛线的导程与枪管口径的比值；④膛线的宽度，即阴阳膛线所在圆上的弦长；⑤膛线深度，它是指阳膛线表面在直径方向上高出阴膛线表面的尺寸，大小必须保证弹头嵌入膛线后，弹头圆柱部能够保证导引和密封火药气体。
1.2 弹头的构造特点
弹头是用来直接杀伤和破坏目标的枪弹重要组成部分。根据弹头的外部形状，整个弹头可分为头部、圆柱部和尾部三部分。（1）弹头头部的形状特点，是由空气阻力对弹头飞行速度的影响及弹头对目标作用效果决定的；（2）圆柱部分在发射时，用于密封枪管、导引弹头在膛内旋转。其直径略大于枪管口径，两者比值通常为：d2=（1.03-1.04）d，其中：d2为弹头圆柱部分的直径，d为枪管直径；（3）为减小涡流阻力，弹头尾部常呈截锥形，对于射程较近的手枪弹头，一般没有尾锥部。弹头的结构和材料一般应满足两个要求：一是具有较好的杀伤效果、合适的重量，能够满足射击精度的要求和在有效的射程内保证弹头的低伸性；二是在弹头的结构设计上，要保证弹头具有一定的强度和适当的塑性，使弹头在发射时能够顺利嵌入膛线，披甲不过分变形和破裂，对膛线磨损小，因而弹头披甲的材料多用铜锌、复铜钢或铜镍合金制成。
1.3 弹头发射痕迹的形成过程
射击弹头上的痕迹主要是在发射过程中形成的，火药的气体压力是产生弹痕的动力。撞针以一定的能量打燃底火，使发射弹药燃烧后，弹头在火药气体的作用下，克服弹壳口部对弹头的拔弹阻力开始运动，经过坡膛区进入线膛区，由于弹头圆柱部分的直径是线膛区枪管直径的1.03～1.04倍，因此弹头在气体作用下挤入线膛。枪管是高强度、高硬度的优质碳素结构钢或者优质的合金结构钢制作的，弹头的披甲材料是由一定强度和较好柔韧性的黄铜、复铜钢、低碳镀铜钢制作，而且不论弹头还是铅套，都对弹头披甲受挤压变形起到缓冲作用，所以弹头在挤进线膛和在膛线内旋转前进时，一方面受到线膛内壁、膛线棱边、棱角的强烈挤压和摩擦，弹头披甲产生塑性变形；另一方面，弹头表面与线膛内壁在紧压接触下发生相对运动，使弹头在飞离枪口的时候，其披甲表面形成了反映枪管内表面的多种宏观结构特征和微观特征。因此，膛内火药气体的压力作用于弹头底部，迫使弹头挤进线膛并在膛内旋转前进，是弹头痕迹形成的动力条件；枪管材料和弹头材料性能上的重大差异是弹头痕迹形成的物质条件；弹头圆柱部分直径略大于枪管口径，致使弹头在火药气体的作用下，挤进线膛并与膛内壁压紧接触是弹头痕迹形成的作用条件。
1.4 射击弹头上的主要痕迹特征
射击弹头上残留的痕迹，反映枪管内表面的宏观特征和微观特征。其宏观特征（种类特征）是枪管内表面结构的表现，痕迹中的个别特征则是枪管内表面微观特征的体现。按形成痕迹的时间、顺序和作用部位性质的不同，弹头上的痕迹可分为拔弹痕迹、坡膛痕迹（初生痕迹）和线膛痕迹（次生痕迹）。其中与枪管内表面密切相关的主要是线膛痕迹。
有线膛的枪支其枪管的内壁有凹凸膛线，凸起的是阳膛线，凹下的是阴膛线。反映在弹头上的痕迹的凹凸方向相反，凹入的是阳膛线痕迹，凸起的是阴膛线痕迹。射击弹头的线膛痕迹是在弹头挤进膛线和在膛内旋转前进时，因挤压、剪切、摩擦等作用所形成的，一般起始于弹头的弧线部末端，贯穿圆柱部，中止于弹头尾部前段。根据线膛的形成机理、特征反映以及其在痕迹检验中的作用，通常将线膛痕迹分为膛线痕迹、小线纹痕迹等。
1.4.1 膛线痕迹
射击弹头上的膛线痕迹是指弹头在挤压过程中，在披甲表面形成的凹陷条带状痕迹。由于枪管内阴、阳膛线对弹头披甲挤压力的大小不同，阳膛线两棱边侧面对披甲的剪切、刮擦作用，致使弹头披甲与阳膛线表面直接接触部分产生压缩变形，且呈凹陷状，从而使阴阳膛线区别明显。在被发射的弹头上，阴阳膛线是成对出现的，主要存在弹头的圆柱部分。
阳膛线痕迹主要由两条棱线痕迹、条带状的凹陷区和起末端痕迹组成。它客观地反映了枪管的内表面宏观特征。因此，在枪管痕迹特征检测中，膛线痕迹主要用来区分发射枪支的枪种，其主要几何参数包括以下几个方面。
（1）膛线痕迹的数量。射击弹头上阴阳膛线痕迹的数量等于枪管膛线的数量，不同种类枪支枪管膛线数量不一定相同，少的只有二三条，多的达到12条。我国的枪支大多数是4条或者6条。因此，可以通过对射击弹上膛线痕迹数量的检测区分枪支种类范围。
（2）膛线痕迹的宽度。不同种类枪支的膛线痕迹宽度不相等，窄的只有半个多毫米，宽的可达到两个毫米。在膛线痕迹检测中膛线宽带的测量很重要，不仅可以确定枪种范围，而且对于枪支的认定有一定的价值。这是因为在枪管制造过程中，膛线宽带都有一定的公差范围，枪支在使用过程中膛线的磨损程度也不一样，致使在发射后的弹头上留下的膛线痕迹宽带有一定的差别。
（3）膛线痕迹的斜向。由膛线痕迹的倾斜方向可直接确定枪管膛线的旋向。枪管内的膛线有左旋和右旋两种，反映在弹头上分别形成了由右上往左下倾斜的痕迹和由左上往右下倾斜的痕迹。我国生产的枪支多为右旋。
（4）膛线痕迹的倾斜角。理论上，膛线痕迹的倾斜度与枪管膛线的缠度相等，不同缠度的枪支，留在弹头上的膛线痕迹的斜度也不一样。通过测量射击弹头上膛线痕迹的倾斜角度，指明发射枪种的范围。
（5）阳膛线的磨损程度。枪管的磨损主要是受到火药气体的压力和高温影响，与弹头摩擦后就逐渐烧蚀。同时，在枪管使用过程中，因保管或者擦拭不干净等原因，会受到氧化和火药残渣的腐蚀。枪管内壁细屑脱落或者附上，加快了腐蚀，出现了磨损特征。枪管根据弹头上的痕迹反映，可以判断枪管的磨损状况。
（6）阳膛线的起端和末端痕迹。弹头上阳膛线痕迹靠近弹头尖端的为起端痕迹，靠近弹底为末端痕迹。每支枪支，其起端、末端痕迹特征有所不同，主要是因为阳膛线起端、末端的结构形状不同造成的。同一批同一机器生产的枪支，其阳膛线的起端、末端结构形状会产生相似之处。此外，始末痕迹还与弹头的直径有关。一般来说，弹头上阳膛线的始端痕迹与弹膛的膛线起点状况相吻合，而末端痕迹与枪口的阳膛线的边沿特点相关。凡是膛线各个端点磨损、锈蚀严重的，弹头上始端、末端就会形成椭圆形、弧形的特征。
（7）膛线痕中的金属卷屑痕迹。金属卷屑痕迹是由阳膛线棱边形成，一般在主要棱线痕迹的边缘处反映的粗大奇特，甚至把弹头外壳刮去一条，形成卷屑特征，也有一定的检验价值，由于金属卷屑痕迹在主要棱线边缘，因此在痕迹比对时做粗定位。
1.4.2 小线纹痕迹
小线纹痕迹是大致分布在射击弹头圆柱部分，具有一定斜度的线条状的擦划痕迹。小线纹痕迹是弹头挤进膛线和在膛线内旋转前进时，弹头披甲表面受线膛内表面挤压、摩擦作用形成的。因枪管阴阳膛线表面对弹头披甲表面挤压力大小不同，作用于弹头披甲的挤压摩擦力大小也不同，枪管阳膛线对弹头披甲的挤压、摩擦作用大，所以位于弹头阳膛线痕迹区中的小线纹痕迹更为清晰、明显。而且覆盖在这个区域中的拔弹痕迹和坡膛痕迹上。
小线纹痕迹反映了枪管内表面的微观特征，它不仅出现在阳膛线痕迹区，在阴膛线痕迹区、坡膛痕迹区，甚至在主次棱线痕迹中都可能出现。在线膛痕迹中，小线纹痕迹具有面广、量多、出现频率高的特点，尤其在阳膛线痕迹区更为明显。小线纹痕迹主要用于认定发射枪支，它在射击弹头某部分上出现的数量、粗细、凹凸不平、线条间隔、分布流向、沟底峰谷形态、相互关系等都是重要的反映枪管内表面微观形态的个别特征，在枪弹痕迹检测中价值很高。实践证明，在阳膛线痕迹区尾部的小线纹痕迹出现的频率高，稳定性强，特征最为稳定，检验价值较大，往往成为认定发射枪支的首选痕迹。
膛线痕迹中的小线纹痕迹是枪支的重要特征，几乎在一切弹头痕迹的检验中都有出现，价值较大。这种痕迹反映了每支枪管内壁的构造、擦拭、使用和锈蚀等情况，只要枪管内壁的某部具有独特之处，就必然会在弹头的相应部位得到反映，即使其他个别特征模糊不清，利用局部的小线纹痕迹，也可以做出枪支的认定。
1.4.3 坡膛痕迹
弹头开始在坡膛内前进时并不旋转，与枪管内壁的摩擦形成的痕迹为初生痕迹，也叫坡膛痕迹。当弹头进入线膛旋转区，沿着枪管内膛线向前做旋转运动时，与枪管内壁形成的痕迹为次生痕迹。初生痕迹与弹头的轴线平行；右旋的膛线，初生痕迹分布在膛线痕迹的左侧；左旋的膛线，初生痕迹分布在膛线的右侧。由于弹头在膛线内是旋转前进的，靠近尾部的坡膛痕迹被阳膛线痕迹覆盖，因此，在弹头上保留的稳定的坡膛痕迹为一三角形区域。三角形区域上分布着一些与弹头轴线平行的底纹，这些线纹反映了枪管坡膛处的表面形貌特征，可以作为枪支检验。
1.4.4 弹头发射痕迹特点
弹头是使用富铜钢、黄铜、紫铜等优质塑性材料制成，物体细腻、颗粒小，容易塑留清晰、稳定的痕迹特征，而枪支有关机件是使用优质坚硬的钢材制造的，造痕性能良好，加上火药气体的作用力大、弹头在枪支内受到严格的限制，留下的发射痕迹清晰、稳定、有规律，也容易通过实验射击再次获得，即使通过千百次反复发射，只要机件没有发生本质的变化，其主要的弹痕特征依然具有很强的再现性，变化不大，因此弹头发射痕迹检验具有较高的准确性。
2 弹头痕迹检测方案的提出
根据弹头发射痕迹特征分析，综合枪弹痕迹专家的建议以及国内外的发展趋势，论文中所设计的枪弹痕迹识别系统由图像采集与存档管理子系统和图像处理与识别子系统组成。其中图像采集与存档管理子系统用于获取清晰的弹头痕迹图，并将图片与对应的弹头、发射枪支一起进行存档管理；图像处理与识别子系统对采集的痕迹图像进行各种预处理，提取图像的痕迹特征，根据痕迹特征在数据库中找出相似程度高的候选弹头，通过人工辅助识别，最后确定发射弹头的枪支。
2.1 弹头发射痕迹采集部位的选择
从弹头的结构可知，整个弹头由头部、圆柱部分与尾部3部分组成。其中弹头圆柱部分直径最大，约为枪管直径的 1.03～1.04倍，在枪弹发射过程中，弹头圆柱部分充分受到线膛内壁、膛线棱边、棱角以及膛线表面的强烈挤压、摩擦产生塑性变形，因此弹头圆柱部披甲上留下的射击痕迹最明显深刻。
通过上述对弹头射击痕迹组成及特征的分析可知，弹头圆柱部分痕迹既包含有用于区分枪支种类的宏观特征，如膛线痕迹主要存在于弹头的圆柱部分，又包含了用于认定发射枪支、富含枪支个别特征的小线纹痕迹、拔弹痕迹、坡膛痕迹等。可以认定弹头圆柱部分所含发射痕迹最为丰富且特征最为稳定、明显，检验价值高，因此弹头痕迹采集主要在弹头圆柱部分。
对于不同型号的枪支发射的弹头，其在弹头圆柱部分产生的痕迹线清晰度会有一定的差别。如五四型枪支在靠近弹头圆锥部分清晰，六四型枪支靠近圆柱底部痕迹线清晰。因此在采集圆柱部分的时候，根据弹头的型号，确定采集弹头发射痕迹的具体部位，从而保证采集到的是弹头上痕迹特征最清晰和特征最明显的部位。
2.2 弹头发射痕迹的特征选择与分析
弹头圆柱部分包括的痕迹丰富，既有反映枪支有关机件表面特征的痕迹，又有偶然出现的非本质的痕迹。因此弹头发射痕迹识别的关键是如何提取反映枪支本质区别的痕迹特征。根据弹头发射痕迹形成机理的分析，系统将弹头痕迹识别分为两个步骤，即发射枪支种类的区分和射击枪支的同一认定。
区分发射枪支种类可以有效地缩小搜索范围，突出检验重点，减小检验枪种的数量，提高鉴定成效。射击枪支的同一性认定，是弹头痕迹检验系统的主要任务和最终目标。正确地认定射击枪支可以给办案人员提供有效的线索，同时能够在法庭上提供关键的证据。
根据射击弹头上的痕迹特征，特别是反映射击枪支特有的个别特征，以确定射击枪支的具体内壁构造，是认定枪支的关键。枪支的个别特征主要是通过弹头上的细小线纹反映出来的，因此如何得到细小线纹以及如何提取细小线纹痕迹特征是识别系统的关键环节。
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