[发明专利]一种光谱成像手印增强的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，特别涉及一种光谱成像手印增强方法。

背景技术

手印是刑事技术中重要的物证之一，可以为侦查提供线索，有利于缩小范围；为破案提供证据，有力地证实犯罪。手印检验技术已经发展了很多年，已有的技术包括传统光学方法、物理化学显现方法、照相法、指纹胶带粘取法和制模法等，虽然这些方法能解决手印检验中的大多数问题，但尚存在一些缺点：目前使用的光学检测法对于一些微弱物证、被掩盖物证以及暗背景或复杂背景下的物证是难以检测的；物理化学显现方法对使用环境或其他外部条件要求较高，并且极有可能污染或破坏犯罪现场，同时，一些手印即使经过显影后仍然难以从复杂的干扰背景中清晰识别出来。

光谱成像技术逐渐凸显出在物证检测方面明显的技术优势。光谱成像技术结合了数字成像技术和分子光谱技术，在获取目标图像信息的同时，也获得了目标的特征光谱信息，包括拉曼散射、荧光、光子发光、紫外、可见光和近红外吸收光谱。这些光谱信息可用于物质的化学成分识别，结合空间信息可实现物质分布的可视化，因此，相对于传统技术，光谱成像技术大大提高了物证探测和检验的准确性，同时它还是一种无损检验方法。目前欧美等国家正积极研究高光谱成像刑事案件现场物证检验技术。

2003年9月澳大利亚联邦警察在Forensic Sciences杂志上发表了第一篇光谱成像检验指印的文章。国内公安部物证鉴定中心王桂强研究员于2004年在《刑事技术》第1期发表了《光谱成像检验技术》一文，从专业理论角度论证了光谱成像技术应用于物证检验的可行性、先进性、技术性；在实验研究方面，中国人民公安大学硕士研究生黄威在运用光谱成像技术进行了文件检验和指印显现加强方面做了初步研究工作。他们一致认为相对于传统分析化学检验或成像检验技术，光谱成像检验技术的能力和效果都具有明显的优势，必将成为物证探测、检验领域今后发展的热点和趋势。

在利用高光谱成像技术检测手印方面，一些研究者评估了使用高光谱成像技术增强与探测未处理指纹的可能性。如：Exline等使用可见光反射和光致发光高光谱技术探测塑料和纸张上未处理的潜指纹，并将结果与传统警用成像系统拍摄图像进行比较。尽管两种方法都可显现塑料上的潜指纹，但高光谱成像技术能增强显示白纸上的指纹，使用的处理方法包括背景移除、偏置校准、归一化和主成分分析。Payne等使用不同的处理方法对优化增强显示效果作了进一步研究。

与可见光高光谱成像不同，近红外和中红外高光谱成像技术可以获得分子振动信息，因此可得到更多有关物质化学成分的信息。Bartick等使用指纹化学成分的特征波段初次显示了近红外和中红外高光谱成像在显现潜指纹方面的应用，他们成功显现了遗留在镀铝显微镜载片上的指纹。

Crane等阐明了红外高光谱成像技术用于探测不同渗透客体(复印纸、烟头纸、美元钞票、明信片)和非渗透客体(垃圾袋、苏打罐、磁带)上未处理潜指纹的能力。在9842nm(非对称O-C-C stretch ester)的灰度图像中，苏打罐和黑色垃圾袋上的指纹清晰可见。其他客体上的潜指纹还需要使用复杂的处理方法来增强显现效果，如主成分分析、二阶导数等。处理后，大多数的指印清晰可见，甚至包括纸张等渗透表面上的潜指纹，但采集图像之前需先知道指纹的位置。

Tahtouh等在两篇文献里也描述了红外高光谱成像技术在显影未处理指纹方面的应用。结果显示，由于脂肪酸残留，很多未处理指纹的光谱在3333nm附近出现峰值(C-H stetching振动)，这些峰值对于大多数有机成分都存在，但是它们可以被用于显现金属、矿物和陶瓷等不包含C-H键的物质背景上的指纹。他们认为，除此之外的其他背景上的指纹在进行高光谱成像之前需进行化学增强。

Bhargava等描述了使用红外高光谱成像技术显露两个重叠潜指纹，其中按压两指纹的手指条件不同。在C-H stretching mode和其他振动模式的特征谱段显示出的差异表明两个指印含有不同的化学组分。由于这种变化，线性解混合方法可用来分离显示两例重叠指纹。

通过以上高光谱成像技术在增强和探测未处理指纹方面的研究发现，该技术可以直接显影一些条件下的未处理指纹，这一过程中复杂的高光谱数据处理方法起到了重要作用。但仍有一些背景上的指纹在进行高光谱成像之前需进行化学增强。这种经化学试剂处理后的指纹还可使用高光谱成像方法进行进一步增强。