各种光谱成像技术在侦破办案中的实际应用和深入研讨20141111原始教材

各种光谱成像技术在侦破办案中的实际应用和深入研讨

广州星博科仪有限公司总经理罗旭东2014年11月11日主要内容颜色与光谱各种成像光谱技术简介MISystem物证鉴定成像光谱影像分析软件光谱成像技术在侦破办案中的实际应用结论和思考RGB真彩色B蓝色通道G绿色通道R红色通道色彩的构成：强度光谱400500600700Ired=253Igreen=203Iblue=112RGB而传统RGB彩色成像只记录每点的三个值：

强度光谱及光谱曲线光本身沒有色颜色，

颜色源自于观察者的感觉，因而对一个观察者而言，以下二种情形对肉眼来说都是黄色。颜色与光谱肉眼光譜分析光譜分析黃光谱400500600700光强度成像光谱曲线：各种成像光谱技术简介凝视型：光栅推扫型：反射或透射光栅分光棱镜分光液晶可调滤光器(LCTF)分光滤光片转轮切换滤光片转轮：液晶可调滤光器：凝视型成像光谱仪扇形滤光片及转轮：

中心波长

带宽265nm25nm272nm25nm290nm25nm313nm23nm330nm90nm330nm26nm345nm14nm350nm60nm365nm19nm375nm50nm380nm14nm420nm20nm425nm50nm425nm100nm440nm20nm475nm20nm475nm100nm509nm20nm528nm5nm532nm17nm542nm10nm550nm100nm558nm5nm570nm20nm575nm100nm中心波长带宽580nm20nm578nm10nm590nm17nm615nm17nm615nm100nm620nm10nm645nm17nm650nm100nm660nm10nm667nm17nm669nm10nm675nm100nm680nm10nm700nm10nm717nm10nm750nm100nm775nm100nm790nm10nm832nm5nm843nm27nm850nm100nm858nm120nm860nm10nm918nm10nm972nm10nmlyot滤光片固定延迟片线偏振片线偏振片液晶延迟片Constructiveanddestructiveinterference液晶可调滤光器：550600650

I450500SpectraWavelength(nm)图像中每一像素都对应一条光谱曲线CCD450nm500nm550nm600nm650nm黑色素瘤CCD一次曝光拍摄一个单一波长图像，多幅单波长图像整合为多光谱图像凝视型成像光谱仪紫外光谱成像:获取八个紫外波段的影像-MISystem光谱分析Nuance可见及近红外光谱成像NUANCEEX450nm—950nm获取物证的微观光谱信息获取物证的宏观光谱信息消除印油捺印指印下签字笔字迹背景印油和签字笔油墨的光谱曲线(A)、原貌(B)、可见荧光效果(C)和光谱成像效果(D)应用光谱成像技术可有效消除印油捺印指印下签字笔字迹背景,其检验效果明显优于其他传统检验技术方法鉴别是否为同种纤维在物证检验中的应用案例光栅推扫式高光谱成像仪—美国Headwall全息反射光栅式高光谱仪实验室用高光谱成像仪机载高光谱成像光谱仪UAV光栅分光光路及光谱成像方式：高光谱影像立方体：白纸上草汁指纹：400nm1000nmRGB影像自动目标识别算法分析结果机载高光谱成像仪光谱分类处理结果机载高光谱成像仪MISystem物证鉴定成像光谱影像分析软件公安部物证鉴定中心等相关单位已购置了Nuance成像光谱仪，能够获取大量的典型物证的成像光谱数据，为精确提取典型物证提供了数据基础。但是在多光谱物证鉴定中，依然存在着较多技术难题限制着多光谱数据的利用，例如下图的物证和背景严重混合，且背景复杂。CRI原厂配备的光谱分析软件，无法准确地分离物证检材中的目标和背景。MISystem物证鉴定成像光谱影像分析软件

为了克服物证识别中的技术难题，推进多光谱成像技术在物证鉴定中的应用与发展

国家科技部立项“十一五”国家科技支撑计划课题“光谱成像关键技术研究”

转化成果为物证鉴定成像光谱影像分析软件系统，下图为本软件物证鉴定的结果MISystem物证鉴定成像光谱影像分析软件星博公司与公安部物证鉴定中心合作承担并完成十一五国家科技支撑计划项目。MISystem系统功能介绍系统功能构成物证鉴定成像光谱影像分析软件基础模块帮助模块基本处理模块物证识别模块菜单栏工具栏状态栏控制面板鹰眼图

基础模块1.影像数据管理影像立方体打开影像文件打开影像文件存储2.影像数据浏览影像波段合成显示影像的缩放和平移影像的鹰眼图显示3.影像样区(ROI)管理样区矢量生成样区编辑样区存储MISystem系统功能介绍影像数据管理：打开影像立方体打开影像文件保存影像文件影像数据浏览影像波段合成显示影像的缩放和平移影像的鹰眼图显示状态栏：影像大小、缩放比例等影像样区(ROI)管理

样区矢量生成工具样区编辑样区列表地物光谱特征样区存储样区编辑基本处理模块1.

图像二值化2.

分段线性拉伸3.

对数变换4.指数变换5.

直方图均衡化6.直方图正态化1、图像二值化变换公式：阈值设定

将灰度图像转换为二值图像2、分段线性拉伸

采用交互式方法建立输入图像的灰度值和输出图像灰度值的关系，以达到改善图像质量的目的3、直方图均衡化

将输入图像的直方图均衡化，以达到改善图像质量的目的光谱成像技术在侦破办案中的实际应用1.文字墨迹识别2.背景相对简单的指纹提取3.背景复杂的指纹提取4.目标信号较弱的指纹提取5.消除印油捺印指印下签字笔字迹背景6.检验潜在手印7.检验消退传真纸字迹8.解晰速递单中模糊的收货地址及收件人1.文字墨迹识别影像特点：背景简单、单一，目标与背景光谱差异大，不同目标之间的光谱差异比较小。光谱分类1.文字墨迹识别本软件结果结论：本软件可以得到很好的分类效果。上海市虹口分局送检物证2.背景相对简单的指纹提取

处理难点：背景多样，血液与多种颜色混合，但边界分明，存在较多的混合光谱人工方法光谱混合分解光谱分类不再适用2.背景相对简单的指纹提取

为人工方法光谱混合分解选择先验光谱

人工混合分解得到的代表不同图像内容的组分2.背景相对简单的指纹提取本软件结果结论：本软件能够有效抑制背景，均匀提取指纹，得到完整的指纹结构，纹线清晰。上海市虹口区四平路凶杀案茚三酮指印的加强上海市局机场分局送检物证茚三酮指印的加强3.复杂背景的指纹提取难点：目标与背景严重混合，并且边界不分明，从目视上根本无法区分光谱分析光谱分类、光谱混合分解均不再适用3.复杂背景的指纹提取

为光谱分析选择先验光谱曲线3.复杂背景的指纹提取本软件结果结论：本软件对背景的抑制很好，得到的指纹结构很完整，纹线也很清晰。4.目标信号微弱的指纹影像难点：目标信息(DFO)信号微弱，目标信息与背景信息对比度低物证成分分析选取先验光谱困难特点：无需选择先验光谱4.目标信号微弱的指纹影像

设定物证成分数目

物证成分分析得到的代表不同图像内容的物证成分4.目标信号较弱的指纹影像本软件物证成分分析结果（无先验光谱）结论：本软件能够从背景中自动提取出微弱的目标信号，得到的指纹结构很完整，纹线也很清晰。湖北省孝感市某地民事案上海市浦东分局送检现场物证微弱目标信号的发现与提取5.消除印油捺印指印下签字笔字迹背景印油和签字笔油墨的光谱曲线(A)、原貌(B)、可见荧光效果(C)和光谱成像效果(D)应用光谱成像技术可有效消除印油捺印指印下签字笔字迹背景,其检验效果明显优于其他传统检验技术方法6.利用光谱成像技术检验潜在手印

案情简介：2008年10月6日，杭州市拱墅区一凶杀案中，检材为现场的塑料开关面板，要求检验拍摄面板上的潜在血手印。利用普通照相拍摄，无法使指印中心部分纹线很好地显现，而利用光谱成像拍摄，利用对部分可见血指印纹线定义一个颜色值，对背景定义一个反差较大的色值进行去混合处理，获得较为满意的效果。由于该检材为塑料面板上的潜在血指印，我们对该检材利用紫外反射技术也进行了检验拍摄，得到了有许多重叠指印干扰的检验效果，因为面板上留有的陈旧潜在汗液手印干扰了目标手印的检验固定，因此效果不甚理想。7.利用光谱成像技术检验消退传真纸字迹案情简介：2009年1月，东阳市东伦纸业有限公司部分原股东认为2002年东阳市工商局对东阳市东伦纸业有限公司股东变更登记材料不齐全，工商局变更股东登记不合法，要求对公司行使股东权益。本案关键证据为2001年12月8日东阳市东伦纸业有限公司出具的一张《董事会决议》传真件，传真件上内容已消退。办案单位送检要求对东伦纸业有限公司出具的一张《董事会决议》传真件上的内容进行光学显现、固定。

检材原样光谱成像检验，拼合后效果

8.速递单中收货地址及收件人解晰8.速递单中收货地址及收件人解晰2011年8月14日，某市某速递有限公司，有个邮包发生爆燃。对该公司投递单进行调查，发现该快递公司的投递单共有3联，第一联贴在包裹上，第二联交与投递人，第三联存档。查看橘黄色包裹发现第一、二两联，均已被炸毁。现场提取存档的第三联查看后发现，该投递单地址和收件人信息模糊。要求对该投递单进行进一步的技术处理。结论与思考多光谱影像处理技术在物证鉴定方面具有巨大的应用潜力，可应用于痕迹照像、理化分析及文件检验等。光谱分类、光谱混合分解、光谱分析、成分分析等技术在刑事物证鉴定中有较好的效果。针对不同的物证检材，需应用不同的光谱分析方法。“十一五”国家科技支撑计划课题“光谱成像关键技术研究”转换成果“物证鉴定成像光谱影像分析软件”系统--MISystem能够满足我国刑事技术的应用需求。结论与思考

新应用的发现--血液年龄的鉴定目前的多光谱成像设备，主要在实验室内应用，多光谱成像设备现场应用价值的开发。便携式的光谱成像仪，应用于现场生物物证的发现光谱分析算法的完善与发展光谱成像技术发展的思考

血红蛋白是血液中运输氧气的蛋白质，占到血液干物质成分的97%.与体外氧气接触后，血红蛋白将随时间逐步转化成三联体衍生物，同时伴随着颜色从深红色到暗褐色的转变。使用多光谱成像仪记录每个血迹的光谱，血迹年龄即可得知。

血液年龄的鉴别右图显示的两个典型血迹光谱，测量时间分别为1小时和1天。光谱仪可以记录1小时内到几个月的血迹结论与思考

对于不同的客体，需要用不同的光谱分析算法去分析、处理。需要发展