基于紅外光譜成像的紡織品上射擊殘留物檢驗技術研究

張苗苗 張劍

摘 ?要：對紅外光譜成像技術在法庭科學領域的研究工作尚處于萌芽狀態(tài)，在探討紅外光譜成像檢驗物證的過程中我們發(fā)現(xiàn)該項技術是檢驗肉眼不可見物證的新方法。該研究利用改制的紅外成像光譜儀采集被檢紡織品的光譜影像集，并對光譜影像集進行分析和處理。研究表明，利用紅外光譜成像檢驗技術能夠檢驗紡織品上的射擊殘留物，紅外光譜成像技術可用于紡織品上射擊殘留物的定性分析檢驗。

關鍵詞：紅外光譜成像 ?射擊殘留物 ?紡織品 ?殘留物檢驗

中圖分類號：D918 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0087-06

無損的影像檢驗是物證檢驗領域最有吸引力和最有效的檢驗技術方法，在各種類型物證檢驗鑒定中占有重要地位[1]。紅外無損檢測技術是新發(fā)展起來的一項無損檢測技術，具有非接觸、檢測面積大、速度快、在線檢測等優(yōu)點[2]。對紅外光譜成像技術在射擊殘留物檢驗方面的研究是紅外光譜成像技術一個新的內(nèi)容，為此，我們對該技術方法進行了實驗研究，在探討紅外光譜成像檢驗射擊殘留物的過程中發(fā)現(xiàn)該項技術是檢驗紡織品上射擊殘留物的新方法。

1 ?實驗原理

當物體受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉動運動引起偶極矩的變化，產(chǎn)生分子振動或轉動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使得相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱[3-5]。記錄紅外光的透射百分比與波數(shù)、波長的關系曲線，可以得到紅外光譜。因而不同的物質會有不同的紅外光譜，采用紅外光譜成像能夠對物品進行定性分析。

射擊殘留物在可見光區(qū)域的吸收能力與紡織品相同，而在紅外光譜區(qū)域則存在很大的差異，這種差異是構成紅外光譜成像技術檢驗的基礎。

2 ?實驗條件

2.1 實驗設備

實驗利用設備及規(guī)格包括：（1）美國CRI公司的Nuance多光譜影像分析系統(tǒng)。（2）液晶紅外濾光器。規(guī)格：Varispec400。（3）三星筆記本電腦及Nuance專用CRI處理軟件、星博處理軟件。（4）mini400多波段光源。（5）碘鎢燈。（6）警光I型多功能光源。

2.2 紅外光譜成像儀的改制

將液晶紅外濾光器置于光譜成像儀物鏡前端，使用時將通道置于白光狀態(tài)，光譜圖的讀數(shù)產(chǎn)生改變，相對應的讀數(shù)為00～680nm、450～700nm、500～750nm、550～800nm、600～850nm、650～900nm、700～950nm。使用時將通道置于單色儀狀態(tài)如圖1所示。

3 ?實驗樣本制作

3.1 實驗材料

射擊痕跡承痕體分別為滌綸、純棉、羊毛等6種面料質地、不同花色的紡織品各4塊，尺寸為20cm×15cm。

“六四”式7.62mm手槍1支，標準電動測距卷尺，靶板，耳罩，護目鏡等。

3.2 實驗樣品制作

取同種面料的4塊紡織品，用“六四”式實驗用手槍，按5cm、30cm﹑60cm﹑150cm的距離分別對其進行瞄準射擊，獲取4個樣本，為一組。同理，在不同面料的紡織品上按上述操作制作樣品，共獲取6組，合計24個樣本。

3.3 實驗操作步驟

3.3.1 影像的采集

在室溫環(huán)境下，將實驗樣本置于翻拍臺上，選擇適配光源進行配光（該次實驗是在功率為200W的鹵素碘鎢燈白光且光照角度為45°左右下進行），對準實驗樣品相應的部位，調(diào)整樣本位置﹑放大倍率和鏡頭焦距，至計算機顯示屏上出現(xiàn)待檢部位的清晰影像。

3.3.2 影像的掃描

進入CRI軟件光譜掃描的界面，設置掃描范圍﹑分辨率等一系列參數(shù)，緊接著打開Vs軟件，設置相應的掃描范圍﹑掃描時間等系列參數(shù)。該次實驗將Vs處理軟件的掃描范圍設置為650～1100nm，間隔為20nm，掃描時間為5000ms;將CRI處理軟件的掃描范圍設置為420～720nm，使兩個系統(tǒng)同步進行。在掃描的界面，對待檢部位的影像進行依次掃描，曝光時間由成像光譜儀圖像記錄專用軟件測定。

3.3.3 影像的分析

由Cambridge Research & Inst rumentation，Inc.（CRI）公司開發(fā)的自帶軟件對已輸入影像所包含的信息進行去混合法的分析和調(diào)整處理。樣品被光譜掃描后得到光譜影像，它是光譜儀自動合成的偽彩色圖像，每種波長間隔選擇可以形成多個三原色組合，相應產(chǎn)生多個偽彩色圖像，依次顯示在屏幕上以供分析。

4 ?實驗結果

4.1 射擊殘留物檢出率

針對不同質地紡織品在不同設定距離上的射擊痕跡，分別進行圖像采集、影像掃描導入軟件數(shù)據(jù)庫、計算機偽彩色圖像合成分析，得出相應的射擊殘留物檢出情況，并與體視顯微鏡的觀察結果加以對照，具體見表1。

從上表中的實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，體視顯微鏡與光譜成像檢檢測出的射擊殘留物都與射擊距離有關。但是不同質地、顏色的紡織品在體視顯微鏡下觀察結果，紡織品的顏色對射擊殘留物的檢出干擾極大，個別深色紡織品上甚至在射擊距離為5cm的距離都辨別不出射擊殘留物的存在。而利用紅外光譜成像的偽色彩圖，可以較為清晰地予以分辨。下面列舉出具有典型意義的檢測對比圖。

4.2 幾種客體上射擊殘留物發(fā)現(xiàn)比較

4.2.1 羊毛織物上射擊殘留物檢驗效果

在射擊距離為30cm的距離上，羊毛織物因為織物纖維干擾，射擊殘留物已不十分明顯，如圖2所示，而通過紅外光譜成像碘鎢燈照射經(jīng)圖像處理分析，可以發(fā)現(xiàn)明顯的射擊殘留物形成的顆粒狀分布痕跡如圖3所示。紅外光譜成像系統(tǒng)獲取的羊毛織物上射擊殘留物多光譜圖像如圖4所示。

4.2.2 尼龍織物上射擊殘留物檢驗效果

在射擊距離為60cm的距離上，尼龍織物的射擊殘留物，通過碘鎢燈照射，紅外光譜成像獲取，殘留物異常清晰如圖5所示，尼龍織物上射擊殘留物紅外光譜成像系統(tǒng)獲取的多光譜圖像如圖6所示。

4.2.3 蛋青色滌綸織物上射擊殘留物發(fā)現(xiàn)比較

在射擊距離為30cm的距離上，滌綸織物因為織物顏色干擾，加上檢材經(jīng)抖動揉搓，射擊殘留物已不十分明顯如圖7所示，而經(jīng)紅外光譜成像575nm波段圖像處理分析，可以發(fā)現(xiàn)明顯的射擊殘留物形成的煙團痕跡如圖8所示。滌綸織物上射擊殘留物光譜成像分析圖如圖9所示。

4.2.4 純棉印染布上射擊殘留物發(fā)現(xiàn)比較

在射擊距離為30cm的距離上，純棉印染布上的射擊殘留物因為距離的增大，加上印花底紋的干擾，普通光線下肉眼及體視顯微鏡已經(jīng)觀察不到射擊殘留物的存在如圖10所示。而將檢材置于紅外光譜成像儀下，在575nm波段經(jīng)處理，可以清晰地看見射擊殘留物，尤其是未燃燒完火藥顆粒的存在如圖11所示。純棉印染光譜成像分析圖如圖12所示。

4.3 實驗過程中應當注意的問題

（1）獲取實驗樣品后，應將樣品分別放入文件袋中隔離保存，以免相互污染。

（2）在運用CRI軟件和Vs軟件，設置掃描范圍﹑掃描時間時，應確保兩個系統(tǒng)同步進行。

（3）在CRI公司開發(fā)的自帶軟件對輸入影像進行去混合分析時，應在偽彩圖上選取多個射擊殘留物的基準點和一個背景基準點。

5 ?結語

（1）利用紅外光譜技術中的光譜成像技術進行物證檢驗的研究鮮有報道，紅外光譜成像技術在法庭科學中射擊殘留物等微量物證的檢測的研究更是亟待開展。該文提出的紅外光譜成像技術應用于檢測紡織物中的射擊殘留物在我國實屬首例，尤其是結合特制的紅外全波段液晶可調(diào)波長濾光鏡的應用，為射擊殘留物的檢測技術和紅外光譜成像技術開創(chuàng)了新的研究方向。

（2）該文提出用紅外光譜成像技術檢測射擊殘留物，既提供了一種新的方便快速檢測射擊殘留物的方法，通過近紅外圖像不但能夠得到射擊殘留物化學成分的清晰輪廓和分布圖像，而且可以通過化學計量學方法實現(xiàn)對特定目標成分的定性，實現(xiàn)了紅外光譜成像技術對射擊殘留物的定性分析。

（3）一般而言，在一定的距離以內(nèi)只要射擊存在，射擊殘留物也必然存在。但由于射擊距離﹑提取手段等多種因素的影響，能為我們所發(fā)現(xiàn)提取的射擊殘留物并不是很多，觀察起來也不是很明顯。因此，為了方便準確地鑒定和檢驗射擊情況的發(fā)生和射擊殘留物狀態(tài)，為射擊距離、槍支種類、槍支威力、槍口裝置的分析提供依據(jù)，紅外光譜成像檢測方法為我們提供了快捷直觀的技術支持。

（4）目前，常用的射擊殘留物檢測方法有石蠟檢驗技術﹑中子活化分析技術﹑原子吸收作用技術﹑掃描電鏡/X射線能譜儀（SEM-EDX）等[6-8]。這些方法各自有優(yōu)點，但操作的復雜性也是顯而易見的。紅外光譜成像技術對樣本要求較低，采樣方式多樣，檢測簡便快捷，與其他方法相比具有信息更加全面，能和傳統(tǒng)方法的檢測相互佐證，具有更大的優(yōu)勢。

（5）外光譜成像具有速度快、效率高、樣品無需進行預處理、測試重現(xiàn)性好等特性，測試結果很少受人為因素的影響，可實現(xiàn)無損檢測。

參考文獻

[1] 侯進令，張劍.紅外透射光譜成像檢驗添加文字的研究[J].湖北警官學院學報，2014，27（4）：162-164.

[2] 祁東婷.紅外無損檢測系統(tǒng)研究及建模[D].哈爾濱工業(yè)大學，2010.

[3] 伍林，歐陽兆輝，曹淑超，等.拉曼光譜技術的應用及研究進展[J].光散射學報，2005，17（2）：180-186.

[4] Rebuffo-Scheer C A，Dietrich J，Wenning M，et al.Identification of fiveListeriaspecies based on infrared spectra （FTIR） using macrosamples is superior to a microsample approach[J].Analytical and Bioanalytical Chemistry，2008，390（6）：1629-1635.

[5] Zhi-Guo W，Su-Qin S，Qun Z，et al.Examination of Dyestuffs in Dyed Fiber by NIR FT-Raman Spectroscopy[J].Chinese Journal of Light Scattering， 2002（4）：212-215.

[6] Stich S， Bard D， Gros L， et al. Raman microscopic identification of gunshot residues[J]. Journal of Raman Spectroscopy，1998，29（9）：787-790.

[7] 胡浩浪，裴茂清，張亮.射擊殘留物顆粒的微觀形態(tài)觀察與元素成分分析[J].廣東公安科技，2014，22（2）：35-36.

[8] Andrea Martiny， Andrea P. C.Campos， Marcia S.Sader，et al.SEM/EDS analysis and characterization of gunshot residues from Brazilian lead-free ammunition[J].Forensic Science International，2008，177（1）：9-17.