應(yīng)用于血跡檢測的高光譜成像技術(shù)研究

血跡作為暴力案件現(xiàn)場出現(xiàn)率較高的生物檢材，其檢驗鑒定工作可為案件的快速偵破提供大量信息。高光譜成像技術(shù)可對案發(fā)現(xiàn)場的血跡檢材進(jìn)行無損、快速成像，相比于檢測血跡的化學(xué)試劑法和傳統(tǒng)的光譜分析方法，高光譜成像技術(shù)具有圖譜合一的顯著優(yōu)勢。

計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和跨學(xué)科研究的不斷深化，使得光譜成像技術(shù)的應(yīng)用日趨成熟。案發(fā)現(xiàn)場血跡檢材的檢測分析中多使用紫外可見反射光譜、可見-近紅外多光譜、拉曼光譜等進(jìn)行光譜數(shù)據(jù)分析。但是，常規(guī)的光譜分析技術(shù)因其無法記錄檢材物體的圖像信息，應(yīng)用上不斷受到限制。同時，隨著案件現(xiàn)場痕跡物證愈發(fā)復(fù)雜，法醫(yī)人員的檢驗鑒定要求也不斷提高，所以充分了解現(xiàn)場檢材的化學(xué)組成和檢材上的空間信息是十分重要的。

01高光譜成像技術(shù)特點

高光譜成像技術(shù)是交叉學(xué)科發(fā)展的產(chǎn)物,是指在紫外到紅外范圍內(nèi)利用數(shù)百上千個較短的電磁波波段(一般小于10nm)從感興趣的目標(biāo)物體中獲取有價值的數(shù)據(jù)信息的技術(shù),其多波段的特點使得圖像維的每一個像素元均可在光譜維得到近乎連續(xù)的光譜曲線。

圖1 高光譜數(shù)據(jù)立方體示意圖

02高光譜圖像數(shù)據(jù)分析

血跡高光譜圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理常包含去噪、校正、拼接等操作,以消除干擾信息的影響。如圖3所示,數(shù)據(jù)降維、光譜特征參量化、數(shù)據(jù)的混合像元分解以及高光譜數(shù)據(jù)分類是數(shù)據(jù)分析階段的主要內(nèi)容。

圖2 基于高光譜成像的血跡檢測流程及應(yīng)用

特征選擇即從原始波段中按照既定的搜索準(zhǔn)則或策略選擇一定數(shù)量包含被測物體主要信息的波段組合,這些波段應(yīng)滿足信息量大、相關(guān)性小以及光譜曲線差異大的要求,并能夠很好地將被測物質(zhì)與其他物質(zhì)區(qū)分開。

圖4 波段選擇過程

圖5 特征提取過程

03高光譜成像技術(shù)在血跡檢驗中的應(yīng)用

血跡作為暴力案件現(xiàn)場較常見的生物物證，對血跡的檢測分析可為偵查人員偵破案件提供嫌疑人和被害人的線索信息,并為審判提供證據(jù)。

目前潛在血跡的顯現(xiàn)主要依靠化學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)等方法。其中化學(xué)試劑法是當(dāng)前較傳統(tǒng)的顯現(xiàn)方法，在顯現(xiàn)過程中，通過向檢材中加入化學(xué)試劑,使?jié)撛谘E產(chǎn)生肉眼可見的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，從而實現(xiàn)潛在血跡的顯現(xiàn)。相對于試劑法，光譜法可對潛在血跡檢材進(jìn)行非接觸性的無損檢測。如圖6所示，高光譜成像技術(shù)依據(jù)各波段下血跡形態(tài)特征清晰度的差異，在不同波段下對血跡檢材進(jìn)行連續(xù)成像,后經(jīng)光譜特征提取、圖像融合處理可獲得各波段下血跡的清晰圖像。

圖6 高光譜成像技術(shù)檢測某殺人現(xiàn)場血跡示意圖

04總結(jié)

高光譜成像技術(shù)能同時分析物體的圖像信息和光譜數(shù)據(jù)，其無損、非接觸的特點彌補了傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)的不足，現(xiàn)已在軍事偵察與識別偽裝、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、海洋遙感、植被研究、生態(tài)環(huán)保、自然災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在血跡的檢測中，高光譜成像技術(shù)主要應(yīng)用于無損顯現(xiàn)案發(fā)現(xiàn)場遺留的潛在血跡、分析血跡組分動態(tài)變化、分類識別血跡種屬以及精確預(yù)測血跡陳舊度等方面。

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審核編輯 黃宇