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

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。

1 光譜成像技術(shù)的概述

1.1 光譜成像的概念

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]。

1.2 光譜成像的原理與特點

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]。

2 光譜成像技術(shù)在纖維物證檢驗中的應(yīng)用及發(fā)展

2.1 國外研究動態(tài)

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]。

2.2 國內(nèi)研究動態(tài)

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。

3 相關(guān)研究成果

3.1 物證鑒定光譜影像專用分析系統(tǒng)

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。

3.2 潛在目標(biāo)探測紫外傅里葉變換成像光譜儀

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]。

3.3 應(yīng)用光譜成像技術(shù)檢驗疑難痕跡物證的方法

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%。

4 研究展望

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。

5 總結(jié)

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〕