光谱成像和传统光学方法增强光滑纸张上血指印的比较研究
赵丽华1, 何海明2
1.杭州市余杭区公安司法鉴定中心 杭州311100
2.杭州市公安司法鉴定中心,杭州310004

作者简介:赵丽华(1961—),女,浙江杭州人,工程师,大专,研究方向为声像检验。 E-mail: 932225826@qq.com

摘要

目的 研究光谱成像和传统光学方法增强光滑纸张上(有复杂背景干扰的)血指印效果,比较这些方法的实际效果和消除背景的规律性及特点,便于有选择性的拍摄利用。方法 利用可见光定向反射(小偏角)配光照明方法照相;利用多光谱成像仪中的420~720 nm波段进行可见光多光谱成像方法照相,并进行影像分类和去混合处理;利用全波段CCD系统进行降温降噪恒温锁定、暗视场配光照明、254 nm短波紫外反射照相,分别对21种光滑纸张上的血指印样本进行拍摄采集。结果 得到了21种光滑纸张上的血指印不同程度的显现效果,其中利用可见光定向反射(小偏角)配光照明方法照相、可见光多光谱成像方法照相以及暗视场配光照明、254 nm短波紫外反射照相,消除21种血指印背景干扰后,使影像效果明显改善的分别约占19%、33%和66%。结论 利用不同光谱拍摄光滑纸张上(背景干扰状况下)的血指印,能各自消除某些特定背景干扰状况,能使得影像效果得到较好的改善,利用不同光谱拍摄光滑纸张上(背景干扰状况)的血指印具有各自的优缺点,可根据消除各种血指印背景干扰的实际效果来选择相应的光谱拍摄。

关键词: 血指印; 光谱成像; 光滑纸张; 复杂背景干扰; 配光角度
中图分类号:DF794.1 文献标志码:中图分类号: DF794.1 文献标识号:A 文章编号:1008-3650(2015)03-0215-03 文章编号:1008-3650(2015)03-0215-03 doi: 10.16467/j.1008-3650.2015.03 .011
Comparison of Spectral Imaging and Traditional Optical Methods for Enhancing Blood Fingerprints on Glossy Paper
ZHAO Lihua1, HE Haiming2
1. Institute of Forensic Science, Yuhang Branch of Hangzhou Public Security Bureau, Hangzhou 311100, China, 2 Institute of Forensic Science,Hangzhou Public Security Bureau, Hangzhou 310004, China
Abstract

Objective To compare the effects of spectral imaging and traditional optical methods for blood fingerprints on glossy paper with complex background and the regularity and characteristics of eliminating background, for the purpose of selection the most optimal photographical method.Methods Three methods were employed to take photo of blood fingerprint samples on 21 different kinds of glossy paper separately: the optical directional reflection at small angle with light illumination for photography; the visible spectrum imaging at 420~720 nm band of the Multiple Spectral Imager, classifying images and filtering the mixed; the full-wave band CCD system for the constant temperature locking by reducing temperature and filtering noise, illuminating with light in the dark field, and the reflex photography by 254 nm short-wave ultraviolet band.Results Different images of blood fingerprints on 21 kinds of glossy paper had been taken, among which, the image effects were obviously improved by light illumination method at 19%, Multiple Spectral Imager at 33% and full-wave band CCD system at 66% respectively after eliminating blood fingerprint background interference.Conclusions Different imaging methods by multiple spectra for blood fingerprints on different glossy paper could eliminate the interference under some specific background, and to improve the imaging effects. It is suggested to select the right photographic method by the corresponding spectrum according to the real effect of eliminating interference from the background of the blood fingerprints.

Keyword: blood fingerprints; spectral imaging; glossy paper; complex background interference; light illumination angle

利用小偏角反射照明可见光照相; 利用可见光光谱成像仪420~720 nm波段进行可见光谱成像; 利用全波段CCD系统254 nm紫外反射照相, 对光滑纸张实验样本上的血指印进行光谱成像和传统光学方法拍摄提取, 比较光谱成像和传统光学方法拍摄提取光滑纸张上的血指印, 将会各自显现哪些不同的效果。

1 材 料
1.1 设 备

Nuance可见光多光谱成像仪(配60 mm尼克尔镜头); 内置接收光谱波段420~720 nm 可自动调节的液晶滤光镜, 计算机分析处理软件; 全波段CCD系统(配105 mm尼克尔紫外镜头), 254 nm紫外滤光镜, 254 nm短波紫外灯(8W); 尼康D700数字相机(配60 mm尼克尔微距镜头); “ 永江牌” 冷光灯。

1.2 样 本

将日常工作中搜集到的21种具有复杂背景干扰的光滑纸张, 分别裁剪成约20 mm× 30 mm长方形式样, 捺印上人血指印并编号1~21。

2 方 法
2.1 采集过程

(1)调相机镜头距被摄血指印高度约15 cm, 用可见光小偏角照明调整至血指印纹线相对比较全面、反差比较适中后, 设感光度ISO为3000, f =11, 自动曝光, 分别采集21张血指印图像。

(2)将全波段CCD系统降温至- 3℃度并锁定恒温, 确保降温降噪后CCD的接收效果。通常使用254 nm短波紫外灯配暗视场照明[1]; 也可以围绕血指印在任意方向上寻找能反射出最好的血指印紫外影像效果配光角度。根据血指印反射的亮度设镜头距离被摄血指印高约20 cm左右, f =5.6或8, 曝光时间自动, 分别对21张样本上的血指印进行紫外拍摄采集, 获得21张血指印的紫外反射图像。

(3)将可见光多光谱成像仪中的CCD Bit Depth:12位改变成8位, 选择亮视场, 1× 1和Full; 镜头与被摄血指印的垂直距离约15 cm左右, 采用放大调焦方法至影像清晰, 设f =5.6, 曝光时间自动; 对21张样本上的血指印分别进行拍摄采集, 用TIFF格式保存, 得到21组各种客体背景干扰下的血指印影像集随波段的递增而呈现不同变化效果的影像集[2]

2.2 影像集的处理

获得的21组影像集, 由光谱成像仪内置计算机软件分别打开每组影像集中较好一幅图像进行分析计算处理, 共计得到效果最好的21幅血指印图像。根据客体背景干扰血指印纹线颜色的种类和状况不同, 决定采用分类或去混合的处理方法[3], 如想获得深色调的血指印纹线图像, 则应选择黑色标划线, 标划在浅色调血指印纹线上, 反之则相反[4]。通常用直接分类的方法计算处理则血指印反差较大, 血指印的纹线显现效果较差, 用去混合的方法处理则血指印反差比较适中, 效果比较好。要根据客体背景干扰血指印纹线的部位和情况来决定采用哪种方法[5]

3 结 果

采用可见光小偏角反射照明拍摄的21张光滑复杂客体背景上的血指印中的编号4、6、14、17的血指印背景干扰相对较小, 检验、鉴定条件相对较好, 约占19%(见图1)。

图 1 用小偏角照明拍摄的部分血指印Fig.1 Blood fingerprint images taken by optical directional reflection camera at small-angle

采用可见光光谱成像仪拍摄21张血指印, 其中编号4、6、12、13、17、18、20的血指印背景干扰较小, 特别是同色异质血指印具有明显的去红色干扰的效果[5], 约占33%(见图2)。

图 2 用多光谱成像仪(420~720 nm)拍摄的部分血指印Fig.2 Blood fingerprint images taken by multiple Spectral Imager at 420~720 nm

采用全波段CCD系统中的254 nm短波紫外光谱拍摄21张血指印样本, 编号1、2、3、5、7、8、9、11、13、14、15、16、19、21的血指印, 具有明显去背景干扰的效果, 血指印纹线条件较好, 约占66%(见图3)。

图 3 用全波段CCD系统拍摄的部分血指印Fig.3 Blood fingerprint images taken by whole wave-band CCD system under 254 nm UV lighting

4 讨 论

从上述使用三种设备和不同光谱采集到的光滑纸张上的血指印图像具有各自的特点:(1)使用可见光小偏角反射照明拍摄的血指印多数效果一般, 去背景效果相对较差; (2)使用光谱成像仪420~720 nm光谱拍摄采集到的血指印, 无论采用自动拍摄法, 还是运用计算机软件进行分类或去混合方法处理, 在消除背景干扰上有一定的效果, 特别对同色异质的血指印, 能取得比较理想的消除背景干扰的效果, 对有红色背景干扰的血指印应首先考虑选择多光谱成像仪拍摄; (3)使用全波段CCD系统中的短波紫外区作为接收波段, 配254 nm紫外灯和适当的光照高度、角度、强度和方向性对显现光滑纸张上的血指印, 特别对血指印消除背景干扰具有明显的效果, 且成功率比较高。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 王桂强. 指印的光学显现和照相技术 [M]. 北京: 群众出版社, 2001: 193-244. [本文引用:1]
[2] 王桂强. 光谱成像检验技术[J]. 刑事技术, 2004(1): 7-12. [本文引用:1]
[3] 汪旭峰, 王文斌, 李忠. 运用光谱成像技术检验拍摄手印[J]. 刑事技术, 2009(5): 65-68. [本文引用:1]
[4] 汪旭峰, 李忠, 王文斌. 光谱成像技术的应用[J]. 刑事技术, 2010(5): 61-62. [本文引用:1]
[5] 汪旭峰. 利用光谱成像技术检验消褪传真纸字迹1例[J]. 刑事技术, 2011(4): 60-61. [本文引用:2]