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1、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 n颜色与光谱 n各种成像光谱技术简介 nMISystem物证鉴定成像光谱影像分析软件 n光谱成像技术在侦破办案中的实际应用 n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 400500600700 I red = 253I green = 203Iblue= 112 RGB 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
2、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 265nm25nm 272nm25nm 290nm25nm 313nm23nm 330nm90nm 330nm26nm 345nm14nm 350nm60nm 365nm19nm 375nm50nm 380nm14nm 420nm20nm 425nm50nm 425nm100
3、nm 440nm20nm 475nm20nm 475nm100nm 509nm20nm 528nm5nm 532nm17nm 542nm10nm 550nm100nm 558nm5nm 570nm20nm 575nm100nm 中心波长带宽 580nm20nm 578nm10nm 590nm17nm 615nm17nm 615nm100nm 620nm10nm 645nm17nm 650nm100nm 660nm10nm 667nm17nm 669nm10nm 675nm100nm 680nm10nm 700nm10nm 717nm10nm 750nm100nm 775nm100nm 790n
4、m10nm 832nm5nm 843nm27nm 850nm100nm 858nm120nm 860nm10nm 918nm10nm 972nm10nm lyot滤光片 固定延迟片 线偏振片 线偏振片 液晶延迟片 Constructive and destructive interference 液晶可调滤光器： 550600650 I 450500 Spectra Wavelength (nm) 图像中每一像素都对应一条 光谱曲线 CCD 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 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
5、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 NUANCE EX 450nm950nm 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 n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) n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
6、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： 400nm1000nm RGB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 n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。 n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
7、软件 n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 n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” n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 n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 n1. 影像数据管理 影像立方体打开 影像文件打开 影像文件存
8、储 n2. 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 n3. 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 n1. 图像二值化 n2. 分段线性拉伸 n3. 对数变换 n4. 指数变换 n5. 直方图均衡化 n6. 直方图正态化 1、图像二值化 变换公
9、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 n1.文字墨迹识别 n2.背景相对简单的指纹提取 n3.背景复杂的指纹提取 n4.目标信号较弱的指纹提取 n5.消除印油捺印指印下签字笔字迹背景 n6.检验潜在手印 n7.检验消退传真纸字迹 n8.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
10、. 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
11、，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
12、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 n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) n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
13、，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 n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
14、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 n2011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。 n要求对该投递单进行进一步的技术处理。 结论与思考 n多光谱影
15、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。 n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。 n“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 n新应用的发现-血液年龄的鉴定 n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。 n便携式的光谱成像仪，应用于现场生物物证 的发现 n光谱分析算法的完善与发展 光谱成像技术发展
16、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 n对于不同的客体，需要用不同的光谱分析算 法去分析、处理。 n需要发展更多的光谱分析算法，去解决可能 遇到的疑难客体。 光谱分析算法 部分已采购的用户名单 n1、公安部物证鉴定中心 n2、最高人民检察院 n3、司法部上海司法研究所 n4、中国人民公安大学 n5、浙江省公安厅 n6、青岛市公安局 n7、武汉市公安局 n8、湖北警官学院 n9、湖南省人民检察院 n10、上海市公安局 n11、杭州市公安局 感谢以下单位提供的实际应用案例： 湖北警官学院 上海市公安局 杭州市公安局 天津市公安局 欢迎光临多光谱产品演示现场 地点：1231室 祝大家 身体健康！
