分色摄影与光谱成像

于捷年

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

分色摄影与光谱成像

于捷年

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

在刑事物证摄影中经常需要显现和加强彩色背底上的痕迹，用普通摄影方法很难拍出符合检验要求的图像。在常用的分色摄影中，色光选取都是凭经验，或是盲目的。本文介绍通过光谱检验找到最适合的色光，再通过分色摄影、数据处理获得符合检验要求的图像。

单色光 分色摄影 光谱检验 光谱成像 成像分析

在刑事物证摄影中经常需要显现和加强彩色背底上的痕迹，如潜在的微弱指印、鞋印、不可见字迹，鉴别添加字迹、伪造文件等。目前常用分色摄影获取图像，但是色光选取都是凭经验，通过试验来确定。本文介绍通过光谱检验来找到最适合的色光，再通过分色摄影、数据处理获得符合检验要求的图像。

1 分色摄影

目前普遍使用的分色摄影是用可见光照明物证，利用滤光镜选取色光影像，最终得到物证图像，原理见图1，或者通过滤光镜提取出色光，在暗室内用其对物证照明，拍摄出理想的物证图像，原理见图2。

图1 分色摄影（1）

图2 分色摄影（2）

这种分色摄影的方法关键是如何正确选取合适波长的单色光以获得理想的影像。目前还是用实验观察法选取，即在相机镜头前或者在光源前加装各种滤光镜，观察选取最佳影像。严格来说，这是一种盲目的、凭经验的方法。

2 光谱检验

使用成像光谱仪对物证检材进行光谱检验，可以记录被检验物体在一个较宽光谱范围内均匀密集分布的窄波段单色光的反射光或荧光亮度分布影像，形成含有物体亮度信息和光谱信息的光谱影像集。光谱影像集的每幅单色影像记录了物体在相应波长的光亮度分布信息，单色影像的组合记录了物体在选定波段的光亮度分布信息，原理见图3。

3 光谱成像

为使被拍摄的微弱或潜在痕迹清晰可见，首先探讨如何正确选取单色光（避免盲目性），然后用该色光对物证成像，最后经数据处理得到符合检验要求的图像。

3.1 基本原理

任何物证，只要知道它表面的各种物质光谱曲线，我们就可以正确选择最佳单色光，使要显现的或者要加强的潜在痕迹清晰地显现出来。因此，首先要对检材进行光谱检验，得到被检验物体在较宽光谱范围内，均匀分布的窄波段单色光的反射光或荧光亮度分布影像，即形成含有物体亮度信息和光谱信息的光谱影像集。分析该光谱影像集，得到背底与痕迹亮度差最大的单色光波长。然后再选取该波长的单色光，通过分色摄影，将微弱和潜在痕迹显示出来，最后通过图像数据处理得到清晰的物证照片，基本原理见图4。

图4 光谱成像

光谱成像检验的光学检验方法和原理与常规成像检验中的光学检验基本一致。用适当光源照射被检验物体，形成能够最有效反映物体证据和侦查价值信息的光亮度分布。由于光谱成像能够记录被检物体在很宽光波范围内的亮度信息，其光谱光学检验时主要考虑选择适当的照射光的光谱参数和空间参数，接收光线参数一般只需选择一个适当的波长范围和适当的单色光，这比常规成像的光学检验相对简单。

3.2 基本方法

光谱成像是根据检材状况和检验目的，按照光学检验原理，选择照明光源和照明条件，在检材上形成适当的反射光或荧光亮度分布。通过计算机控制液晶可调波长滤光镜，在一定范围内依次透过设定的窄波段单色光，使检材在各个波段的反射光或荧光透过滤光镜依次到达CCD感应器。在成像记录时，计算机同步控制CCD感应器的记录与滤光镜透过单色光，使CCD感应器能够记录检材在相应波段的亮度分布，并将众多单色光亮度影像储存在计算机中，形成光谱成像的光谱影像集。

光谱成像组合了光谱技术和数字成像技术，其装置由液晶可调波长滤光镜、数字CCD照相机、照明光源和计算机及专用软件构成。计算机控制的液晶可调波长滤光镜与CCD照相机组成成像系统。

液晶可调波长滤光镜用于分离成像的单色光。它是用电信号调节控制一个高质量的带通式干涉滤光镜，在可见和近红外光谱区内透过连续调节的窄波段单色光。这种特性可以使液晶可调波长滤光镜方便地用计算机控制，快速地分离任意波长的窄波段单色光。

在进行光谱成像检验时，液晶可调波长滤光镜被连接在光学镜头和CCD感应器之间（也可以安置在光学镜头前面），并通过电子控制系统与计算机连接在一起。在成像系统中，可预先设定光谱成像的光谱工作范围和相邻窄波段单色光波长间隔，即单色光波长增量。拍摄时，计算机将控制滤光镜依次透过预先设定的窄波段单色光，同时也控制CCD照相机同步记录每个单色光波段的亮度分布影像。

通过运用光谱分析软件,对光谱影像集进行影像处理，分别测量出痕迹物质和背景物质的光谱亮度曲线，即对影像上的基准点绘制光谱亮度曲线，然后选择它们之间差异最大波段的单色影像作为结果影像，就可以使痕迹与客体之间呈现尽可能大的亮度反差，对被拍摄物体的基准点位置的物质进行显示。对于有多颜色背景的被拍摄物体,选择各色调背景的光谱亮度曲线差异最小的波段影像，就可以使背景图案干扰减至最低，改善痕迹特征显示效果。

4 光谱成像实例

选取一浅背景（有蓝黑色字迹）上有指印的物证，对其进行光谱检验，然后通过影像分析、数据处理得到符合检验要求的图像。

在光谱成像检验时，要求操作人员首先选择能够代表目标物质的光谱基准点。同种物质在相同面积范围内，遗留浓度的差异会对光谱数据后期处理效果产生非常大的影响。实验结果表明选择物质浓度低的区域作为光谱基准点对识别该种物质的效果优于选择物质浓度高的区域作为基准点的效果。广泛选取各种浓度区域的同种物质作为基准点光谱成像识别该种物质的处理效果最好。

对该物证不同基准点的光谱分析，曲线图见图5～7。

（1）选取文字和背景为基准点时，在340nm、370nm、430nm、450nm、490nm、530nm、640nm处，反射光强度差别较小，见图5。

（2）选取指印和背景为基准点时，在370nm、440nm、530nm、570nm、730nm处，反射光强度差别较大，见图6。

（3） 选取指印和文字为基准点时，在300nm、370nm、450nm、540nm、640nm、670nm处，反射光强度差别较大，见图7。

通过光谱成像分析可知，选择450nm滤光镜，使得文字与背景的反射光强度接近，文字与指印、背景与指印的反射光强度差别较大，从而增强对比度，消除背景颜色和背景文字的干扰，得到清晰的指印，经数据处理后得到满意的实验结果，见图8。

图5 以文字和背景为基准点以及光谱分析曲线图

图6 以指印和背景为基准点以及光谱分析曲线图

图7 以指印和文字为基准点以及光谱分析曲线图

图8 浅背景蓝黑色字迹上油指印的原貌与光谱成像结果

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（责任编辑：孟凡骞）

D918.2

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2013-12-26

于捷年（1956-），男，辽宁沈阳人，中国刑警学院编辑部编审，学士，主要从事刑事图像技术、编辑出版学研究。