光譜成像技術(shù)去除指紋干擾背景的方法分析

李可貴+張華松

摘要：本文將研究光譜成像技術(shù)去除指紋干擾背景的方法，通過利用可見光光譜成像技術(shù)來將各種背景下的指紋進(jìn)行顯現(xiàn)，在實(shí)際中，指紋所在的物體上會有復(fù)雜的背景或指紋的保留情況比較不樂觀，針對不同的情況需要用不同的方法去除干擾背景?？梢姽夤庾V成像，是通過在可見光光譜的范圍內(nèi)對光譜進(jìn)行調(diào)諧，從而獲取更高的光譜和空間分辨率，這種技術(shù)具有靈活、快速、零損傷等優(yōu)勢。本文將對可見光光譜成像的工作原理進(jìn)行介紹，然后對光譜成像的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后探討光譜成像技術(shù)去除指紋干擾背景的方法以及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可見光譜成像；調(diào)諧；分辨率；指紋干擾背景

中圖分類號：D918.91文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-4379-（2018）02-0139-02

作者簡介：李可貴（1985-），男，漢族，廣東深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，痕跡檢驗(yàn)助理工程師，研究方向：刑事科學(xué)技術(shù)；張華松（1984-），男，漢族，廣東深圳人，本科，深圳市公安局光明分局，助理工程師，研究方向：刑事科學(xué)技術(shù)。

指紋分析技術(shù)一直受用于執(zhí)法機(jī)關(guān)，該技術(shù)是采集犯罪證據(jù)的重要途徑，是執(zhí)法機(jī)關(guān)和法醫(yī)學(xué)家破案的重要手段。指紋分析技術(shù)隨著科技的發(fā)展，慢慢的演變成了一種設(shè)計(jì)物力、化學(xué)、生物等多種學(xué)科的復(fù)合型技術(shù)。在刑事偵查過程中，指紋在其中的地位很高，指紋的清晰程度和完整性都會影響整個(gè)刑事偵查的速度和方向。傳統(tǒng)的去除指紋干擾背景技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐證明，其中有許多問題，尤其是在處理特殊表面上的指紋時(shí)，比較難以清楚顯現(xiàn)。

光譜成像是融合了光譜分析和數(shù)字成像的快速檢測技術(shù)，一方面是從光譜的方面對樣品進(jìn)行分析和識別，另一方面是從空間方面進(jìn)行分析和識別，其優(yōu)點(diǎn)是靈活、快速、無損傷，能夠只管的展現(xiàn)不用物質(zhì)的分布狀況，其在物證的收集方面應(yīng)用范圍比較廣泛。

一、可見光譜的應(yīng)用價(jià)值和前景

指紋在刑事偵查中有重要作用，它影響著刑事偵查的方向和破案速度，然而在實(shí)際中，指紋很少是在能夠清晰呈現(xiàn)的物體背景上，所以指紋的提取總不是那么的順利，往往是混合著復(fù)雜的背景，讓指紋無法清晰的呈現(xiàn)出來。

可見光譜成像技術(shù)能夠有效的解決以上問題，利用該技術(shù)能夠處理各種干擾背景下的指紋。可見光譜成像技術(shù)是一種新的指紋檢驗(yàn)技術(shù)，這種技術(shù)通過對物體表面的各種物質(zhì)的光譜數(shù)學(xué)分析對比，能夠鑒別不同的物質(zhì)成分，還能將其中想要顯現(xiàn)的模糊物質(zhì)進(jìn)行影像重構(gòu)，該技術(shù)能夠?qū)悠房焖偬幚?，對所成像零損耗，還能靈活的針對各種情況各種背景進(jìn)行處理，該技術(shù)已經(jīng)成為了指紋提取領(lǐng)域重點(diǎn)研究課題。隨著科技的不斷發(fā)展，課題的不斷深入研究，光譜成像技術(shù)所需要的軟、硬件的成本費(fèi)用慢慢在下降，對光譜圖像數(shù)據(jù)處理算法的不斷改進(jìn)，這種技術(shù)的應(yīng)用前景是十分廣泛的。

二、基本原理

可見光譜成像系統(tǒng)，是通過液晶可調(diào)濾光片的具有的折射效應(yīng)，將可見光在光譜的范圍內(nèi)多次進(jìn)行光譜調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)畫幅式光譜成像，從而獲取更高的光譜分辨率和空間分辨率的圖像。光譜成像的方式分為兩種，一種是直接成像，另一種是間接成像。直接成像方法是通過記錄檢驗(yàn)物體在可見光譜范圍內(nèi)的多個(gè)窄波段單色光的反射光亮強(qiáng)度，形成由單色光組成的光譜影像集。而間接成像方法是掃描CCD圖像傳感器的每個(gè)像元，得到許多的光譜圖像數(shù)據(jù)，然后利用圖像構(gòu)建技術(shù)得到三維的光譜，也就是光譜立方體，在其中選擇一個(gè)平面，就可以得到檢驗(yàn)物體在這個(gè)波長下的圖像。不同波長的光譜所形成圖像的分辨率不同，一般的分為三種光譜圖像：多光譜圖像、高光譜圖像和超光譜圖像。三者的分辨率也由底到高，分別對應(yīng)：100nm、10nm和小于1nm。

三、光譜圖像數(shù)據(jù)的處理和分析

光譜圖像數(shù)據(jù)處理就是要將光譜圖像中的干擾背景的影響進(jìn)行處理，這是其主要任務(wù)。光譜圖像數(shù)據(jù)處理是通過對有效像素點(diǎn)識別出的光譜特征的圖像區(qū)域，然后將分類和識別后的結(jié)果轉(zhuǎn)化成圖像呈現(xiàn)，從而能夠?qū)D像的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性有所提高。用光譜成像的目的是為了獲得沒有干擾背景的物證形態(tài)特征的結(jié)果影像。有以下一些方法：

像素點(diǎn)定位法：分別選取能夠明確的區(qū)分指紋和干擾背景區(qū)域的單色影像，從兩影像上選取有效的像素點(diǎn)，并將它們的亮度曲線疊加，兩者之間差異最大波段的單色影像就是所要選取的，所選取的影響指紋和干擾背景的亮度差異大，容易顯現(xiàn)指紋。這種方法更適合成分不同，但是背景顏色和指紋顏色相近的樣品，比如接觸了墨汁的手在黑色物體上留下的指紋。

濾波法：噪音在光譜立方體中的亮度不收太大影響，通過對每幅單色影像的對比，然后找出能夠有效的顯示有用部分的影像。這種方法的好處是操作簡單，原理易懂。但是缺點(diǎn)就是耗費(fèi)的時(shí)間過長，且費(fèi)神費(fèi)眼。

分類法：先測量光譜影像，然后利用軟件程序?qū)δ硞€(gè)位置的光譜亮度曲線進(jìn)行分類，將相近光譜亮度曲線的物質(zhì)歸為一類，將這一類設(shè)定為一種特定顏色，然后將光譜亮度曲線差異較大的物質(zhì)歸為另一類，也設(shè)定特定顏色，要求兩種顏色的亮度反差要大。這種方法能夠?qū)㈦m然色調(diào)不同但光譜性質(zhì)相同的指紋，在圖像是形成統(tǒng)一顏色的指紋，并且能夠與背景的顏色相差較大，突出指紋，還消除背景干擾。

去混合法：將沒有指紋的背景的光譜圖像作為結(jié)果的背景光譜并記錄，然后利用軟將將整個(gè)樣品中的所有光譜進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后將剛剛記錄的背景光譜數(shù)據(jù)從整個(gè)樣品的數(shù)據(jù)中去除，然后留下單一的指紋光譜。就目前的技術(shù)，光譜分析軟件可以處理最多三種背景顏色的指紋去混合。在使用去混合方法的過程中，要有技巧的選取像素點(diǎn)，背景需要選擇反差最大的地方，而指紋要選擇中等亮度。

去混合-分類結(jié)合法：這種方法是將去混合法和分類法相結(jié)合，先對樣品進(jìn)行去混合，然后將去混合后的紋線光譜設(shè)定為一種顏色，最后再將去混合后不同顏色的背景光譜設(shè)定為另一種相差較大的顏色。該種方法可以增強(qiáng)指紋的顯現(xiàn)程度，能夠提高指紋微弱處的可見性，適用于那些微弱且有復(fù)雜背景干擾的指紋提取。

四、可見光譜成像系統(tǒng)在指紋顯現(xiàn)中的優(yōu)勢

光譜成像是通過對每個(gè)像點(diǎn)的光譜所包含的信息靈活的進(jìn)行分類處理，使指紋的痕跡增強(qiáng)，光譜成像技術(shù)對影像增強(qiáng)的效果要比傳統(tǒng)的影響處理好的多。所以可見光譜技術(shù)在需要快速的對復(fù)雜背景或微弱指紋或消除背景干擾，且不破壞被檢驗(yàn)樣品的時(shí)候，相比于傳統(tǒng)影像處理，有不可替代的作用。以下是有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明：

公安部的王桂強(qiáng)、黃威研究小組使用CRI公司的Nuancemacro光譜成像儀，進(jìn)行了在紅色玻璃和紙張上的血手印，以及紙張上微弱的油漬手印進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

因?yàn)檠钟『图t色背景的化學(xué)成分有較大差異，采用了分類-去混合結(jié)合的方法使指紋顯現(xiàn)出來，這個(gè)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)出了光譜成像的靈敏、方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)。對于紙上的微弱油漬手印，通過利用去混合方法形成了背景和痕跡顏色反差較大的圖像，相比于傳統(tǒng)的處理，這種方法更加有效。五、結(jié)論

可見光譜成像技術(shù)相比于傳統(tǒng)的方法，其優(yōu)勢體現(xiàn)在通過對光譜成像技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)節(jié)n指紋進(jìn)行無損拍攝，指紋與背景色差不大時(shí)的檢驗(yàn)拍攝，通過運(yùn)用化學(xué)藥品能顯現(xiàn)出的微弱指紋進(jìn)行增強(qiáng)顯現(xiàn)，去除或降低復(fù)雜背景對指紋的干擾。在使用可見光譜成像技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，就是要根據(jù)被檢驗(yàn)的材質(zhì)采取不同的方法進(jìn)行分析和處理，至于什么時(shí)候用什么方法，怎么用就需要通過不斷的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行總結(jié)。可見光譜成像技術(shù)中去除指紋干擾背景的方法，能夠幫助有關(guān)機(jī)構(gòu)提取物證，提高了指紋的價(jià)值，為刑事偵查提供線索和方向，這是可見光譜成像技術(shù)未來的研究重點(diǎn)和方向。

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