分色攝影與光譜成像

于捷年

（中國刑警學院 遼寧 沈陽 110035）

分色攝影與光譜成像

于捷年

（中國刑警學院 遼寧 沈陽 110035）

在刑事物證攝影中經常需要顯現(xiàn)和加強彩色背底上的痕跡，用普通攝影方法很難拍出符合檢驗要求的圖像。在常用的分色攝影中，色光選取都是憑經驗，或是盲目的。本文介紹通過光譜檢驗找到最適合的色光，再通過分色攝影、數據處理獲得符合檢驗要求的圖像。

單色光 分色攝影 光譜檢驗 光譜成像 成像分析

在刑事物證攝影中經常需要顯現(xiàn)和加強彩色背底上的痕跡，如潛在的微弱指印、鞋印、不可見字跡，鑒別添加字跡、偽造文件等。目前常用分色攝影獲取圖像，但是色光選取都是憑經驗，通過試驗來確定。本文介紹通過光譜檢驗來找到最適合的色光，再通過分色攝影、數據處理獲得符合檢驗要求的圖像。

1 分色攝影

目前普遍使用的分色攝影是用可見光照明物證，利用濾光鏡選取色光影像，最終得到物證圖像，原理見圖1，或者通過濾光鏡提取出色光，在暗室內用其對物證照明，拍攝出理想的物證圖像，原理見圖2。

圖1 分色攝影（1）

圖2 分色攝影（2）

這種分色攝影的方法關鍵是如何正確選取合適波長的單色光以獲得理想的影像。目前還是用實驗觀察法選取，即在相機鏡頭前或者在光源前加裝各種濾光鏡，觀察選取最佳影像。嚴格來說，這是一種盲目的、憑經驗的方法。

2 光譜檢驗

使用成像光譜儀對物證檢材進行光譜檢驗，可以記錄被檢驗物體在一個較寬光譜范圍內均勻密集分布的窄波段單色光的反射光或熒光亮度分布影像，形成含有物體亮度信息和光譜信息的光譜影像集。光譜影像集的每幅單色影像記錄了物體在相應波長的光亮度分布信息，單色影像的組合記錄了物體在選定波段的光亮度分布信息，原理見圖3。

3 光譜成像

為使被拍攝的微弱或潛在痕跡清晰可見，首先探討如何正確選取單色光（避免盲目性），然后用該色光對物證成像，最后經數據處理得到符合檢驗要求的圖像。

3.1 基本原理

任何物證，只要知道它表面的各種物質光譜曲線，我們就可以正確選擇最佳單色光，使要顯現(xiàn)的或者要加強的潛在痕跡清晰地顯現(xiàn)出來。因此，首先要對檢材進行光譜檢驗，得到被檢驗物體在較寬光譜范圍內，均勻分布的窄波段單色光的反射光或熒光亮度分布影像，即形成含有物體亮度信息和光譜信息的光譜影像集。分析該光譜影像集，得到背底與痕跡亮度差最大的單色光波長。然后再選取該波長的單色光，通過分色攝影，將微弱和潛在痕跡顯示出來，最后通過圖像數據處理得到清晰的物證照片，基本原理見圖4。

圖4 光譜成像

光譜成像檢驗的光學檢驗方法和原理與常規(guī)成像檢驗中的光學檢驗基本一致。用適當光源照射被檢驗物體，形成能夠最有效反映物體證據和偵查價值信息的光亮度分布。由于光譜成像能夠記錄被檢物體在很寬光波范圍內的亮度信息，其光譜光學檢驗時主要考慮選擇適當的照射光的光譜參數和空間參數，接收光線參數一般只需選擇一個適當的波長范圍和適當的單色光，這比常規(guī)成像的光學檢驗相對簡單。

3.2 基本方法

光譜成像是根據檢材狀況和檢驗目的，按照光學檢驗原理，選擇照明光源和照明條件，在檢材上形成適當的反射光或熒光亮度分布。通過計算機控制液晶可調波長濾光鏡，在一定范圍內依次透過設定的窄波段單色光，使檢材在各個波段的反射光或熒光透過濾光鏡依次到達CCD感應器。在成像記錄時，計算機同步控制CCD感應器的記錄與濾光鏡透過單色光，使CCD感應器能夠記錄檢材在相應波段的亮度分布，并將眾多單色光亮度影像儲存在計算機中，形成光譜成像的光譜影像集。

光譜成像組合了光譜技術和數字成像技術，其裝置由液晶可調波長濾光鏡、數字CCD照相機、照明光源和計算機及專用軟件構成。計算機控制的液晶可調波長濾光鏡與CCD照相機組成成像系統(tǒng)。

液晶可調波長濾光鏡用于分離成像的單色光。它是用電信號調節(jié)控制一個高質量的帶通式干涉濾光鏡，在可見和近紅外光譜區(qū)內透過連續(xù)調節(jié)的窄波段單色光。這種特性可以使液晶可調波長濾光鏡方便地用計算機控制，快速地分離任意波長的窄波段單色光。

在進行光譜成像檢驗時，液晶可調波長濾光鏡被連接在光學鏡頭和CCD感應器之間（也可以安置在光學鏡頭前面），并通過電子控制系統(tǒng)與計算機連接在一起。在成像系統(tǒng)中，可預先設定光譜成像的光譜工作范圍和相鄰窄波段單色光波長間隔，即單色光波長增量。拍攝時，計算機將控制濾光鏡依次透過預先設定的窄波段單色光，同時也控制CCD照相機同步記錄每個單色光波段的亮度分布影像。

通過運用光譜分析軟件,對光譜影像集進行影像處理，分別測量出痕跡物質和背景物質的光譜亮度曲線，即對影像上的基準點繪制光譜亮度曲線，然后選擇它們之間差異最大波段的單色影像作為結果影像，就可以使痕跡與客體之間呈現(xiàn)盡可能大的亮度反差，對被拍攝物體的基準點位置的物質進行顯示。對于有多顏色背景的被拍攝物體,選擇各色調背景的光譜亮度曲線差異最小的波段影像，就可以使背景圖案干擾減至最低，改善痕跡特征顯示效果。

4 光譜成像實例

選取一淺背景（有藍黑色字跡）上有指印的物證，對其進行光譜檢驗，然后通過影像分析、數據處理得到符合檢驗要求的圖像。

在光譜成像檢驗時，要求操作人員首先選擇能夠代表目標物質的光譜基準點。同種物質在相同面積范圍內，遺留濃度的差異會對光譜數據后期處理效果產生非常大的影響。實驗結果表明選擇物質濃度低的區(qū)域作為光譜基準點對識別該種物質的效果優(yōu)于選擇物質濃度高的區(qū)域作為基準點的效果。廣泛選取各種濃度區(qū)域的同種物質作為基準點光譜成像識別該種物質的處理效果最好。

對該物證不同基準點的光譜分析，曲線圖見圖5～7。

（1）選取文字和背景為基準點時，在340nm、370nm、430nm、450nm、490nm、530nm、640nm處，反射光強度差別較小，見圖5。

（2）選取指印和背景為基準點時，在370nm、440nm、530nm、570nm、730nm處，反射光強度差別較大，見圖6。

（3） 選取指印和文字為基準點時，在300nm、370nm、450nm、540nm、640nm、670nm處，反射光強度差別較大，見圖7。

通過光譜成像分析可知，選擇450nm濾光鏡，使得文字與背景的反射光強度接近，文字與指印、背景與指印的反射光強度差別較大，從而增強對比度，消除背景顏色和背景文字的干擾，得到清晰的指印，經數據處理后得到滿意的實驗結果，見圖8。

圖5 以文字和背景為基準點以及光譜分析曲線圖

圖6 以指印和背景為基準點以及光譜分析曲線圖

圖7 以指印和文字為基準點以及光譜分析曲線圖

圖8 淺背景藍黑色字跡上油指印的原貌與光譜成像結果

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（責任編輯：孟凡騫）

D918.2

A

2013-12-26

于捷年（1956-），男，遼寧沈陽人，中國刑警學院編輯部編審，學士，主要從事刑事圖像技術、編輯出版學研究。