張旭東,王云峰
光譜成像技術(shù)在纖維物證檢驗中的應(yīng)用*
張旭東,王云峰
(甘肅政法大學(xué) 公安技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
介紹了光譜成像技術(shù)的概念以及國內(nèi)外利用光譜成像技術(shù)對纖維物證進(jìn)行檢驗鑒定的方法與相關(guān)研究進(jìn)展,針對纖維物證的檢驗鑒定,將傳統(tǒng)方法與光譜成像技術(shù)進(jìn)行了比較分析。介紹了相關(guān)的研究成果,對這項技術(shù)未來的研究方向與研究重點作了總結(jié)與展望。
光譜成像;纖維物證;檢驗鑒定;光學(xué)檢驗
作為常見物證之一,紡織纖維殘留物常常在交通肇事、偷盜、強(qiáng)奸以及爆炸等各種刑事案件的現(xiàn)場當(dāng)中被發(fā)現(xiàn)和提取。利用對案件現(xiàn)場殘留的紡織纖維及其制品的甄別與檢驗結(jié)果,能夠給案件的偵破提供線索或指引方向。
目前在檢驗鑒定工作當(dāng)中,對與纖維物證的檢驗大多采用燃燒法、溶解法、染色法以及顯微觀察法等技術(shù)方法,這些方法多為有損檢驗,對檢材具有一定的損耗,并且檢驗結(jié)果缺乏精確度與穩(wěn)定性,尤其在當(dāng)今各類新型化學(xué)纖維層出不窮的情況下,給上述傳統(tǒng)的檢驗方法帶來了更大的考驗。而光譜成像技術(shù)的應(yīng)用與普及給纖維物證的檢驗鑒定帶來了新的方法與研究方向。
光譜成像通常指通過光譜成像的相關(guān)儀器,比如通過成像光譜儀記錄目標(biāo)物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布,即多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布,最后形成許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集[1]。
物體間成分和表面結(jié)構(gòu)的差異會造成其對波長的光線反射率的不同,通過儀器記錄其在不同波長反射光線下的差異,能夠?qū)Ω黝愇镔|(zhì)進(jìn)行區(qū)分。光譜成像技術(shù)可每間隔一定的波段數(shù)對被檢測物體進(jìn)行掃描,得到系列圖片集合,在這個系列的圖片集合上,任意一個點包含隨著波段變化的對應(yīng)光強(qiáng)弱的數(shù)據(jù)集合。隨著光譜范圍的擴(kuò)大和掃描間隔波數(shù)的縮小,光譜成像技術(shù)精細(xì)度越高。其優(yōu)點在于可以同時獲取被檢測物的兩維空間信息與一維光譜信息,得到樣本直觀圖像的同時,還可以得到物質(zhì)的化學(xué)組分信息,同時這項技術(shù)還具備無損檢測的優(yōu)勢[2]。
國外相關(guān)研究人員開始利用各類成像技術(shù)對微量物證進(jìn)行分析與鑒別的研究可以追溯到20世紀(jì)90年代,PAYNE等人利用化學(xué)成像法對棉織品、羊毛、丙烯酸纖維和聚醋纖維進(jìn)行顏色測定和熒光顯微分析(400~720 nm),實驗證明,該技術(shù)針對不同纖維具有較為理想的鑒別能力。FLYNN等人借助FTIR光譜成像技術(shù)進(jìn)行了合成纖維斷面形態(tài)的特征檢驗與辨別實驗,實驗結(jié)果表明,樣本中6類平行排列合成纖維被辨別出5類[3]。
國外相關(guān)研究具有如下特點:①研究水平較高,研究成果具有較高的學(xué)術(shù)價值,開創(chuàng)了光譜成像技術(shù)應(yīng)用于纖維物證檢驗中的先河,促使這項新技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場偵查與物證鑒定領(lǐng)域,尤其是在光學(xué)檢驗技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用,為相關(guān)研究人員今后的研究指引了方向;②研究成果處于領(lǐng)先地位,國外物證鑒定研究人員在經(jīng)濟(jì)及學(xué)術(shù)資源方面占有一定優(yōu)勢,在研究時使用的研究設(shè)備相較于國內(nèi)更為先進(jìn),基本實現(xiàn)了光譜成像技術(shù)在纖維物證檢驗鑒定方面的研究與光譜成像技術(shù)本身的同步發(fā)展[4]。
隨著近年來光譜成像技術(shù)在其他物證檢驗中的應(yīng)用研究逐漸廣泛,這項技術(shù)在纖維物證檢驗中的應(yīng)用研究在中國國內(nèi)也日漸深入。張鵬等人利用光譜成像技術(shù)對同色棉纖維進(jìn)行鑒別,實驗結(jié)果表明這項技術(shù)具有快速簡便、效率高等特點。金肖克等人利用高光譜成像系統(tǒng)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)方法對于紡織品成分進(jìn)行鑒別,最終實驗結(jié)果證實了將高光譜成像技術(shù)應(yīng)用于紡織品成分定性鑒別具有可行性與實用性[5]。李群逸等人使用近紅外光譜成像技術(shù)進(jìn)行了對具有同等分子結(jié)構(gòu)且顏色相同的纖維區(qū)分實驗,實驗樣本間染料成分的差異使得區(qū)分結(jié)果較為理想[6]。孫振文等人在一場交通肇事案件中,利用光譜成像技術(shù)對嫌疑車輛上提取的纖維與死者的衣物纖維進(jìn)行比對,最終成功區(qū)分了4種纖維[7]。齊敏珺等人使用光譜成像儀對案件現(xiàn)場纖維物證進(jìn)行了搜尋,實驗結(jié)果表明在近紅外波段下,深色及花色背景中的毛發(fā)纖維容易被光譜成像儀檢測發(fā)現(xiàn),表明此技術(shù)可以應(yīng)用于現(xiàn)場勘查與檢驗。
國內(nèi)相關(guān)研究具有如下特點:①國內(nèi)相關(guān)研究人員對于這項技術(shù)的研究相較于國外略顯滯后;②國內(nèi)研究環(huán)境及研究設(shè)備的先進(jìn)程度略低于國外,尤其是發(fā)達(dá)國家,但國內(nèi)專家以及研究者緊跟國外的相關(guān)研究動態(tài),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了具有一定創(chuàng)新性的研究;③國內(nèi)學(xué)者對于光譜成像技術(shù)在纖維物證檢驗中的應(yīng)用研究緊貼檢驗鑒定工作的實際,將研究成果應(yīng)用于實際案件與工作當(dāng)中,使得其研究具有較強(qiáng)的實用性。
因為微量物證的多樣性與復(fù)雜性,此前并無專門針對纖維物證提取及檢測的光譜成像儀器,公安部聯(lián)同武漢大學(xué)進(jìn)行合作,根據(jù)實際需要,研發(fā)了一套光譜影像分析系統(tǒng)應(yīng)用于物證鑒定,針對性地給光譜成像技術(shù)在物證鑒定領(lǐng)域的使用提供了算法與技術(shù)手段作為支撐。
北京理工大學(xué)的劉洋提出了一種像平面式干涉儀與Offner系統(tǒng)相結(jié)合的大孔徑紫外傅里葉變換成像光譜儀(Large Aperture Ultraviolet Fourier Transform Imaging Spectrometer)方案,設(shè)計并初步制成了原理樣機(jī)展開了實驗驗證。實驗結(jié)果表明,此儀器針對部分量小體微的纖維物證的發(fā)現(xiàn)和提取效果理想[8]。
在國內(nèi),一些專家與學(xué)者總結(jié)出了一套成熟的方法。對于各類疑難痕跡物證的檢驗鑒定,應(yīng)當(dāng)使用光譜響應(yīng)范圍在可見波段(400~720 nm)和近紅外波段(650~1 100 nm)的Nuance-macro光譜成像儀。利用這種方法,對于同色纖維的鑒別率可以達(dá)到69.9%。
隨著光譜成像在纖維物證檢驗中的應(yīng)用研究不斷深入,能夠開發(fā)出新型針對物證鑒定的光學(xué)檢驗技術(shù)手段與應(yīng)用設(shè)備,能夠為微量物證以及疑難物證的搜尋、提取、檢驗鑒定提供科學(xué)的、切實可靠的技術(shù)支撐。利用光譜成像技術(shù)能夠比較精確定性檢材化學(xué)成分這一優(yōu)勢,能夠給纖維物證的鑒定提供各類纖維在結(jié)構(gòu)、空間分布狀態(tài)等方面的信息,是這一技術(shù)在未來發(fā)展的重要方向。
與傳統(tǒng)的檢驗手段相比,光譜成像技術(shù)具有巨大的應(yīng)用優(yōu)勢,相信隨著研究的進(jìn)一步深入,此項技術(shù)能夠在纖維物證的檢驗中得到推廣和普及,不過此項技術(shù)依舊存在一定的不足之處待以完善,其鑒別率有待于進(jìn)一步的提高,需要相關(guān)領(lǐng)域?qū)<覍W(xué)者進(jìn)行進(jìn)一步的研究與攻關(guān)。
[1]張鵬,王桂強(qiáng),黃威,等.運(yùn)用光譜成像技術(shù)區(qū)分同色棉纖維[J].刑事技術(shù),2008(2):3-5.
[2]齊敏珺,陳奕樺,王新全,等.近紅外光譜成像技術(shù)在現(xiàn)場物證搜索中的應(yīng)用研究[J].刑事技術(shù),2017(1):15-20.
[3]FLYNN K,O'LEARY R,ROUX C,et al. Forensic analysis of bicomponent fibers using infrared chemical imaging[J]. Journal of Forensic Sciences,2006,51(3):586-596.
[4]許小京,黃威.光譜成像技術(shù)在物證鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用[J].紅外與激光工程,2012,41(12):3280-3284.
[5]金肖克,田偉,朱煒婧,等.基于高光譜成像系統(tǒng)的紡織品成分定性鑒別[J].紡織學(xué)報,2018,39(10):50-57.
[6]李群逸,張旭毅,張思堯,等.利用近紅外光譜成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)纖維物證的初探[J].科教導(dǎo)刊,2010(2):191-192.
[7]孫振文,權(quán)養(yǎng)科,陶克明.交通肇事案件中纖維物證的光譜成像檢驗[J].刑事技術(shù),2011(6):54-55.
[8]劉洋.潛在目標(biāo)探測紫外傅立葉變換成像光譜儀研究[D].北京:北京理工大學(xué),2014.
TP391.41
A
10.15913/j.cnki.kjycx.2019.18.068
2095-6835(2019)18-0158-02
2018年甘肅省科技計劃(重點研發(fā)計劃-社會發(fā)展類)項目資助(編號:18YF1FA083);甘肅政法學(xué)院2018年度研究生科研創(chuàng)新項目(編號:2018027);2017年甘肅省高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專項項目(甘財教〔2017〕62號)
張旭東(1994—),男,甘肅武威人,碩士研究生,研究方向為物證技術(shù)學(xué)。王云峰(1968—),男,甘肅秦安人,工學(xué)博士,教授,副院長,主要研究領(lǐng)域為公安技術(shù)、模式識別、智能控制、信息安全等。
〔編輯:王霞〕