环形LED多波段光源成像系统的研制及应用

1、 1引言在刑事案件的案发现场 , 利用各种光源搜索和发 现潜在物证是法庭科学的重要研究内容之一 。 随着刑 事技术的发展 , 用于现场搜索和发现潜在物证的光源 发展很快 , 目前常用的光源有紫外灯 1、 激光 2-3和多波段光源 4-5等 。 多波段光源最初是作为激光的替代 光源出现的 , 由于其具有亮度高 、 波段丰富 、 便于携带 等特点 , 在法庭科学领域得到了普遍的应用 。 但是 , 在 实践中这些光源往往是相对独立的 , 没有和成像系统 有机地结合起来 , 现场潜在物证的发现和提取过程 衔接不够紧密 , 有时虽然发现了物证 , 却不能有效地 环形 LED 多波段光源成像 系统的研制及

2、应用 蔡能斌 1, 黄晓春 1, 徐宝桢 2(1. 上海市公安局物证鉴定中心 , 上海 200083;2. 上海恒光警用器材有限公司 , 上海 200083摘要 :目的 :研究显现 、 提取现场潜在物证的新设备及其应用 。 方法 :研制环形 LED 多波段光源 ; 以该光源为基 础 , 集成红紫外相机 、 载物台等设备组成相关的成像系统 ; 研究该系统在显现 、 提取现场潜在物证方面的应用 。 结果 :成功研制出环形 LED 多波段光源成像系统 ; 该系统在实际案件中得到了成功应用 。 结论 :环形 LED 多波段光源成像系 统为显现 、 提取现场潜在物证提供了一种新设备 , 该设备集成了多波

3、段光源和成像系统 , 提高了对现场潜在物证的 提取能力 。关键词 :多波段光源 ; 成像系统 ; 潜在物证Study and Applications of the Imaging System Based on Annular LED Multi-Band Light SourceCAI Neng-bin 1, HUANG Xiao-chun 1, XU Bao-zhen 2(1、 Shanghai Key Laboratory of Criminal Scene Evidence , Institute of Forensic Science ,Shanghai Public Securi

4、ty Bureau , Shanghai 200083, China ;2、 Shanghai Hengguang Police Equipment Co., Ltd. , Shanghai 200083, ChinaAbstract :Objective:Study on the technology and experimental device of revealing latent Evidences. Methods:Develop the annular LED Multi-Band light source,Integration of an imaging system by

5、the light source 、 UV-IR camera and other equipments. Results:The imaging system base on annular LED Multi-Band light source has been successfully used in criminal cases. Conclusion:This experimental device can improve the efficiency of detection for latent evidence.Key Words :Multi-Band Light Sourc

6、e; Imaging System; Latent Evidences收稿日期 :2012-01-12基金项目 :公安部应用创新计划项目 (2011YYCXSHSJ037。作者简介 :蔡能斌 (1967-, 男 , 上海青浦人 , 高级工程师 , 主要研究方向 :现场物证光学探测技术及特种照相 。微缩成像与特种成像 37影 像 技 术 2012年 第 2期提取 ; 就多波段光源而言 , 各波段由镀膜的带通滤光 镜分光而来 , 受镀膜工艺的限制 , 随着时间的推移 , 镀膜可能逐渐消褪 , 从而使各波段的光谱有所偏移 。 此外 , 由于激光和多波段光源功率较大 , 通常需要使 用交流电源 , 因

7、此在现场应用有一定的限制 。 为此 , 本文研制了环形 LED 多波段光源成像系统 , LED 是一 种固态的半导体组件 , 不同种类的 LED 能够发出从200-1550nm 波长范围的不同波长的光线 6; LED 是被完全的封装在环氧树脂里面 , 灯体内也没有松动的 部分 , 因此可承受高强度机械冲击和震动 , 不易损 坏 , LED 光源体积小 、 重量轻 , 单色性好 , 无需滤光 , 可 直接发出相关波段的光 , 且亮度衰减周期长 , 使用寿 命长 。 本文研制的环形 LED 多波段光源成像系统集成了多波段光源和红紫外相机 、 载物台等设备 , 使现场 潜在物证的发现和提取过程融为一

8、体 , 由于 LED 发光 的单色性好 , 光谱窄 , 无需滤光 , 因此各波段的光谱 稳定 , 检测灵敏度较高 , 且操作简便 , 交直流两用 , 不 仅适合实验室使用 , 同样也适合现场应用 。2环形 LED 多波段光源成像系统的总体的 设计如图 1、 图 2所示为环形 LED 多波段光源成像系 统的总体设计图 , 由主体柜 1、 升降装置 2、 XY 移动平 台 3、 主体平台 4、 万向云台 5、 立柱架 6、 光源固定架 7、 环形 LED 多波段光源 8、 相机固定架 9和红紫外相机10组成 。 其结构如下 : 主体柜 1, 其柜面 11设有中心孔 111, 柜内设置升 降装置 2

9、, 本实施例的升降装置 2采用电动马达驱动 。 在主体柜 1的底部安装 4个万向滚轮 12, 万向滚轮 12为低噪音万向移动滚轮 , 使用万向滚轮 12使主体柜 1可以在水平方向任意移位 , 同时万向滚轮 12具有锁死功能 , 进行照相工作时可使主体柜 1固定在所需位 置 。XY 移动平台 3, 这是现有产品 , 其有两个使移动 平台台面在水平方向分别能作 X 与 Y 向移动的电机 , 其置于主体柜 1内 , XY 移动平台 3的台面底面固定于图 1系统总体设计图 (正视图 微缩成像与特种成像38升降装置 2的升降杆 21顶部 , 使该 XY 移动平台 3的台 面既能进行升降移动 , 又能在水

10、平方向进行 X 与 Y 向 的移动 , 该移动平台台面上面固定一安装杆 31, 安装 杆 31伸出柜面的中心孔 111。主体平台 4, 固定于所述安装杆 31的顶部 , 使其 可以跟随 XY 移动平台 3既能进行升降移动 , 又能在 水平方向进行 X 与 Y 向的移动 。万向云台 5, 是现有产品 , 采用能进行 360°转动及 0-45°倾斜的万向云台 , 其搁置于所述主体平台 4上的 中心位置 , 其既可以跟随主体平台 4进行 X 、 Y 方向移 动及升降移动 , 本身又能进行 360°转动及 0-45°倾斜 。 如果只需平面取证的被检物证 , 不需

11、进行多角度照 相取证 , 将万向云台 5取走 , 直接将该被检物证置放 于主体平台 4上进行照相取证 ; 如果是需要多角度取 证的被检物证 , 就需要多角度进行照相取证 , 则将该 万向云台 5搁置于所述主体平台 4上 , 将该被检物证 置放于万向云台 5的台面上 , 进行多角度照相取证 。 立柱架 6, 为中空管 (内置电路线 , 固定于所述 主体柜的柜面 11上 。环形 LED 多波段光源 8, 参见图 3-图 4, 其是由安 装座 81、 安装在该安装座 81上的 LED 光源集成组 82以及与光源集成组 82连接的直流电源 83组成 , 在安 装座 81的中心设置中心孔 84。相机 1

12、0, 采用红紫外数码相机 , 其安装在一个相 机固定架 9上 , 相机固定架 9固定安装在立柱架 6顶 端 , 并使相机 10的镜头中心正对万向云台 5的台面中 心 , 与相机 10连接的镜头探入环形 LED 多波段光源 8的中心孔 84内进行拍照 。 红紫外数码相机可通过 USB 线与计算机连接 , 可通过计算机对相机进行操 控 (计算机内装有图像处理软件 , 可对红紫外相机 所拍摄的现场物证图像进行优化 。3环形 LED 多波段光源的设计如图 3所示为环形 LED 多波段光源的结构设计 图 , 由安装座 81、 安装在该安装座 81上的 LED 光源集 成组 82以及与光源集成组 82连接

13、的直流电源 83组 成 , 在安装座 81的中心设置中心孔 84。 如图 4所示为 环形 LED 多波段光源的电路设计图 , 所述直流电源 83为 +12V锂电池 , 置放在安装座 81内 。安装座 81的一侧固定一个光源固定架 7, 参见图 2, 光源固定架 7固定在万向云台 5上方的立柱架 6上 并使环形 LED 多波段光源 8的中心正对万向云台 5的 台面中心 , 使环形 LED 多波段光源 8的光源均匀照在 置于万向云台 5上的物证或置于主体平台 4上的物 证 。LED 光 源 集 成 组 82由 九 个 不 同 波 长 (365nm , 400nm , 420nm , 450nm ,

14、 520nm , 580nm , 620nm , 945nm 及白光 的光源组并联组成 , 每个波长的光源组由数 个四波长的 LED 串联组成 。 图 4所示的电路中 , 直流 电源 83与分色光源集成组 82之间连接一个总开关 K , 在总开关 K 与每个波长的光源组之间分别连接一 个分开关 K1-K9, 这样 , 可以根据每个现场潜在物证 的具体情况 , 来选择不同波长的 LED 光源组进行照 明 , 以满足分色照相 、 紫外照相 、 红外照相及光致发 光照相等技术要求 。为使照明的光源均匀 , 参见图 3, LED 光源集成 组 82的所有 LED 均匀分布于安装座 81中心点 (B 点

15、 周围 , 即所有 LED 均匀分布于与中心孔 84同心的两 个同心圆上 , 并每个波长的光源组中数个 LED 同样 均匀分布于安装座 81中心点 (B 点 周围 , 即每个波 长的光源组中 4个 LED 在均匀分布在一个圆上相隔 90°的位置上 。为防止环境光线的干扰 , 在环形 LED 多波段光源 8的外面套有一个遮光罩 20。 遮光罩 20是由扇形折叠 式遮光材料围成的圆锥形罩 , 其高度为环形 LED 多波 段光源 8与主体柜的柜面 11的距离 。 遮光罩 20套在环 形 LED 多波段光源 8的外面后搁置在柜面 11上 , 圆锥 形罩顶部一点与安装座 81可拆卸连接 , 左

16、右两个扇 边设有互扣的搭扣 。 使用时将扇形面从该点开始左 右展开并沿着安装座 81周边围成一个圆锥形罩 , 并 将重叠的扇边用搭扣互扣 ; 不用时 , 解开搭扣成折叠 状 , 这样 , 便于被检物证以及万向云台 5的取放 。图 3环形 LED 多波段光源的结构设计图微缩成像与特种成像 39 影 像 技 术 2012年 第 2期 4研制结果如图 5所示为环形 LED 多波段光源成像系统研制结果的实物照片 。 环形 LED 多波段光源包含九个 不 同 波 段 (365nm , 400nm , 420nm , 450nm , 520nm ,580nm , 620nm , 945nm 及白光 的光谱

17、 , 在这些波段可 以用来进行分色照相 , 其中的 365nm 是紫外荧光照相 和紫外反射照相的常用波段 , 400nm 、 420nm 、 450nm 和 520nm 是可见荧光照相和红外发光照相的常用波 段 , 580nm 可用来激发潜在字迹的红外发光 7, 620nm 和 945nm 是红外反射照相的常用波段 。 综上所述 , 应 用该设备可以进行分色照相 、 紫外照相 、 红外照相及 光致发光照相等实验 , 且具有光照均匀 、 单色性好 、 无需滤光 、 光谱稳定 、 使用寿命长等特点 , 因此具有 较大的推广应用价值 。 此外 , 为了进一步提高该设备 的实用性 , 在研制过程中还设

18、计了许多附件 , 如 :直 流面光源 、 直流环形光源 、 多头点光源等 , 以满足可 见光物证检验照相的配光技术要求 。 5案例应用环形 LED 多波段光源成像系统已经在多起案件中得到了成功的应用 , 例如 :2011年 10月 , 上海市嘉定区发生一起杀人焚尸案 , 技术人员在现场提取到 一个残缺的塑料瓶 , 要求以光学方法在该物证表面 提取指印 。 由于该物证经高温后表面变形严重 , 普通 照相光斑较小 , 指印纹线表现不完整 , 如图 6所示 。 利 用环形 LED 多波段光源成像系统进行紫外照相 , 拍 摄结果光照均匀指印纹线表现较完整 、 反差良好 , 为 案件侦破提供了技术支撑 , 如图 7所示 。参考文献 :1孙成元 , 吴万哲 , 李强 . 便携环形紫外灯的研制与应用 M . 第四次全国刑事照相学术交流会论文选 , 1998:323-324. 2蔡能斌 , 黄晓春 , 温思博 . 紫外激光技术显现潜在指印的研 究 J . 中国司法鉴定 , 2010(4:20-22.3蔡 能 斌 , 顾 丽 华 , 黄 晓 春 等 . 紫 外 激 光 探 测 对 常 见 现 场 生 物物证 DNA 检验的影响 J . 影像技术 , 2011(6:29-32. 4杨任伟 .