摘要：光譜成像組合了光譜技術(shù)和成像技術(shù)。通過運用成像光譜儀，光譜成像方法可以記錄被檢驗物體在一個較寬光譜范圍內(nèi)均勻密集分布的窄波段反射光或熒光亮度分布影像，形成含有物體亮度信息和光譜信息的光譜影像集。這種技術(shù)方法可以用于物證的形態(tài)特征檢驗和物質(zhì)成分檢驗。相對傳統(tǒng)光譜檢驗或成像檢驗技術(shù)，光譜成像檢驗的能力和效果都具有明顯優(yōu)勢。

光譜成像(SpectralImaging)是通過成像光譜儀記錄被檢驗物體在一定光譜范圍內(nèi)密集均勻分布的多個窄波段單色光的反射光亮度分布或熒光亮度分布，形成由許多單色光影像構(gòu)成的光譜影像集。

光譜成像組合了光譜技術(shù)和數(shù)字成像技術(shù)，其裝置由液晶可調(diào)波長濾光鏡(LCTF)、數(shù)字CCD照相機(jī)、照明光源和計算機(jī)及專用軟件組成(圖1)，其中由計算機(jī)控制的液晶可調(diào)波長濾光鏡與CCD照相機(jī)連接構(gòu)成了成像光譜儀。光譜成像首先要根據(jù)檢材狀況和檢驗?zāi)康?，按?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/4854/" target="_blank">光學(xué)檢驗原理，選擇照明光源和照明條件，在檢材上形成適當(dāng)?shù)姆瓷涔饬炼确植蓟驘晒饬炼确植?。在成像記錄時，計算機(jī)控制液晶可調(diào)波長濾光鏡在一定范圍內(nèi)依次透過預(yù)先設(shè)定的多個等間距波長位置上的窄波段單色光，使檢材在各個波段的反射光或熒光透過濾光鏡依次到達(dá)CCD感應(yīng)器。計算機(jī)控制CCD感應(yīng)器記錄操作與濾光鏡透過單色光操作同步進(jìn)行，使CCD感應(yīng)器能夠記錄檢材在相應(yīng)波段的亮度分布，并將眾多單色光亮度影像儲存在計算機(jī)中形成光譜成像的光譜影像集。

圖1.光譜成像裝置示意圖

光譜成像記錄的光譜影像集包含了檢材物體在多幅等間隔波長位置的窄波段單色光亮度分布影像，因此這種成像技術(shù)也被稱為多光譜成像或超光譜成像(HyperspectralImaging)。此外，光譜影像上任意一個像點在各個單色影像中的亮度變化，就是這個像點位置物質(zhì)的光譜亮度曲線。由于這些光譜亮度曲線能夠在一定程度上反映被檢驗物體上物質(zhì)的化學(xué)成分，光譜成像又被稱為“化學(xué)成像”(ChemicalImaging)。這兩種名稱反映的側(cè)重點不同，光譜成像或超光譜成像強調(diào)了這種技術(shù)方法的性質(zhì)和影像集信息的光譜屬性，而化學(xué)成像更著重強調(diào)的是這種技術(shù)方法鑒別物質(zhì)化學(xué)成分的應(yīng)用。光譜影像集的每幅單色影像記錄了物體在相應(yīng)波長的光亮度分布信息，單色影像的組合記錄了物體在所有選定單色波段的光亮度分布信息。這些表達(dá)物體表面光譜亮度分布性質(zhì)的信息可以由兩個空間坐標(biāo)(X，Y)和一個波長坐標(biāo)(λ)構(gòu)成的三維坐標(biāo)描述(圖2)，光譜影像集也因此被稱為“光譜影像立方體”(SpectralImageCube)。此外，光譜成像記錄的影像也可以被想象成為一幅特殊的，其每個像點上不僅有這個像點對應(yīng)物質(zhì)的亮度值信息，還含有物質(zhì)光譜信息的“光譜平面影像”。

圖2.光譜影像集屬性示意圖。左側(cè)為影像上任意像點的光譜亮度曲線, 右側(cè)為在空間 (X, Y)坐標(biāo)和波長(λ)坐標(biāo)中的“ 光譜影像立方體” 。通過專用的計算機(jī)軟件程序可以將光譜影像集包含的光譜亮度分布信息轉(zhuǎn)化為反映物體亮度分布性質(zhì)的結(jié)果影像或反映物質(zhì)光譜性質(zhì)的曲線和數(shù)據(jù)，用于物證形態(tài)特征檢驗或物質(zhì)化學(xué)成分鑒別兩種用途。

3.5 光譜成像技術(shù)的局限性

在物證技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)階段光譜成像技術(shù)還存在一些局限性。由于目前多數(shù)成像光譜儀不是專門為物證檢驗應(yīng)用配套的，它們的成像檢驗范圍偏小，只能用于較小尺寸的痕跡(10～20cm)。另外一個限制因素是目前研究工作大多處于探索階段，還需開展更多研究才能使其成為物證檢驗的常規(guī)手段。此外，光譜成像裝置需要使用科學(xué)級的CCD數(shù)字照相機(jī)和液晶可調(diào)波長濾光鏡，成本相對較高。

4 光譜成像檢驗技術(shù)的發(fā)展和前景光譜成像技術(shù)的理論和技術(shù)實踐已有數(shù)十年歷史，但近年來液晶可調(diào)波長濾光鏡的出現(xiàn)和數(shù)字成像技術(shù)的成熟，使這項技術(shù)的作用能力達(dá)到了一個嶄新的水平。它在飛機(jī)和衛(wèi)星遙感測量及工業(yè)檢測等領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用效果，并被嘗試用于包括物證檢驗技術(shù)在內(nèi)的更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

近年來，光譜成像技術(shù)開始試用于指印顯現(xiàn)和加強、墨水種類鑒別、油漆和纖維等微量物證檢驗。初步的研究工作表明光譜成像技術(shù)在許多物證檢驗專業(yè)中具有獨特的優(yōu)勢，顯示出非常好的應(yīng)用前景，但它還是一個有待進(jìn)一步開發(fā)研究的領(lǐng)域。例如，光譜成像技術(shù)顯現(xiàn)潛在指印的靈敏度在實驗研究中顯示出明顯高于常規(guī)成像檢驗方法。無損的影像檢驗是物證檢驗領(lǐng)域最有吸引力和最有效的檢驗技術(shù)方法，在各種類型物證檢驗鑒定中占有重要地位。刑事影像檢驗方面的任何技術(shù)改善和進(jìn)步，都將在物證檢驗實踐中顯示出重要的積極作用。因此，通過引入光譜成像技術(shù)提高刑事影像檢驗?zāi)芰哂蟹浅Ｖ匾膶嶋H意義。光譜成像技術(shù)將為刑事物證檢驗技術(shù)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，并很有可能在今后幾年成為刑事影像技術(shù)發(fā)展的熱點而倍受關(guān)注。相信經(jīng)過更廣泛和深入的技術(shù)和應(yīng)用研究，光譜成像將被證明是物證檢驗領(lǐng)域有價值的工具。

審核編輯 黃宇